19757

17065

كارشناسي ارشد

الكترونيك قدرت و ماشين هاي الكتريكي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1403

شانزده، 105ص. :مصور، جدول، نمودار

1403/07/09

كتابنامه

مهندسي برق

مهندسي برق و كامپيوتر

1403/07/16

23043451

امروزه موتورها و درايوهاي الكتريكي استفاده زيادي پيدا كرده‌اند. كاربردهاي زيادي براي موتورهاي الكتريكي مي‌توان نام برد، خواه در كاربردهاي حركتي يا ايستايي باشند. يكي از كاربردهاي مهم در زندگي واقعي در سيستم‌هاي حركتي، سيستم حمل و نقل ريلي بوده كه انواع قطارها با مشخصات مختلف را شامل مي‌شود. در قطارها حركت و كنترل آن بايد مناسب و متناسب با استانداردها باشد تا راحتي را براي سرنشينان فراهم كند. قسمت مهم سيستم‌هاي حمل و نقل ريلي برقي، موتورهاي الكتريكي هستند. به دليل تنوع زياد در حمل و نقل ريلي، موتورهاي كششي الكتريكي متنوع همراه با درايوهاي مختلفي به صورت AC يا DC مورد استفاده قرار مي‌گيرند. در اين پايان‌نامه موتور كششي القايي 200 كيلووات، مورد استفاده در قطار برقي، بررسي خواهدشد. آناليز الكترومغناطيسي و حرارتي موتور از مهم‌ترين قسمت‌ها در طراحي موتور خواهندبود. آناليز الكترومغناطيسي براي مشاهده عملكرد موتور و توزيع پراكندگي شار داخل موتور خواهدبود و آناليز حرارتي موتور نيز كه با استفاده از روش آناليزي پارامتر فشرده انجام مي‌گيرد، نتايج خوبي از توزيع دما درون موتور، قسمت‌هاي حساس و نقاط داغ موتور ارائه خواهدداد. در اين پايان‌نامه، در ابتدا به ارائه يك مدل حرارتي براي آناليز دماي قسمت‌هاي مختلف موتور كششي القايي 200 كيلووات با سيستم خنك‌سازي هواخنك طبيعي، مورد استفاده در قطار برقي شهري پرداخته خواهدشد. اين مدل‌سازي شامل دو مرحله بوده كه مزيت‌هايي ايجاد خواهدكرد. سپس در مرحله بعد با ارائه يك مدل دقيق‌تر براي قسمت انتهاي سيم‌پيچي كه حساسيت بالاتري داشته، به بررسي دقيق‌تر دما در اين ناحيه پرداخته مي‌شود. مدل ارائه شده يك شبكه مقاومتي حرارتي بوده كه به صورت دوبعدي با فرض قرينگي‌‌هاي موجود در موتور، سادگي و بار كم محاسبات را درپي دارد كه براي هر موتور ديگري نيز قابل پياده‌سازي است. در اين مدل انتقال حرارت رسانشي در جامدات و همرفتي در سيالات همزمان پياده شده كه ديد كلي و واقعي از دماي قسمت‌هاي مختلف موتور ارائه ميكند. در مرحله دوم مدل بهينه‌اي نيز ارائه شده‌است كه امكان مدل‌سازي هر جزئي از موتور را بدون نياز به محاسبات كلي و تغيير در شبكه حرارتي كلي موتور امكان‌پذير خواهدكرد كه مي‌تواند در پايش‌‌هاي لحظه‌‌اي و آنلاين مورد استفاده قرار گيرد. در مرحله بعد به آناليز حرارتي و شبيه‌سازي موتور با استفاده از نرم‌افزارهاي شبيه‌سازي پرداخته مي‌شود. دو آناليز حرارتي المان محدود  و ديناميك سيالات محاسباتي توسط نرمافزارهاي شركت Ansys انجام ميشود. ابتدا آناليز مغناطيسي موتور انجام شده، سپس با استفاده از نتايج خروجي و محاسبه تلفات و منابع گرمايي داخل موتور، آناليز حرارتي و دماي نقاط مختلف موتور در نرم‌افزار Ansys MotorCAD انجام خواهدشد. در اين مدل‌سازي، برخي از پارامترهاي مورد نياز FEA به صورت روابط رياضي و آزمايشات تجربي بهينه‌سازي شده‌اند تا مدل دقيق‌تر و نتايج واقعي‌تر شود. سپس، براي آناليز دقيق‌تر دماي سيال داخل موتور، با استفاده از نرم‌افزار Ansys Fluent به بررسي رفتار سيال داخل موتور و توزيع دماي آن پرداخته خواهدشد. در پايان نيز مقادير شبيه‌سازي شده و آناليز با مقادير تست واقعي موتور كه توسط شركت موتورسازي جمكو (JEMCO) انجام گرفته است، مقايسه شده و صحت عملكرد موتور بررسي خواهدشد. همچنين، صحت عملكرد مدل‌هاي ارائه شده و ميزان دقت آن‌ها بررسي شده‌است.

Today, electric motors and drives are widely used. We can count many usage of electric motors, whether dynamic or static applications. One important usage in real life is in railway transportation. In Trains, movement and control should match together to make passengers comfortable. Main part of electric railway transportation is electric motor. There are different types of motor analysis: Electromagnetic, Thermal and Mechanical analysis. It is important to calculate and monitor motor temperature in different components. Avoid motor damage, insulation break and increase lifetime are thermal analysis goals. We can use analytical or numerical methods to thermal analyze motor. Lumped Parameters (LP), Finite Element (FEA) and Computational Fluid Dynamics (CFD) are these analysis methods. Good analysis should be suitable for motor type and geometry, have good accuracy and less time consumption. In this thesis, we study and thermal analyze 200 kW induction traction motor with self-ventilated cooling that is used in electric urban train. First, we use thermal network and define new LP approach to calculate temperatures. This model consist of two steps, which makes calculation easier and less time consumption, and can be used for complex parts without change in whole model. In addition, online hot spot estimation is another advantage. Then, FEA and CFD methods are used to simulate motor and calculate it. Some model parameters are optimized using equations to make model more accurate. Finally, we compare simulation results with real test results that is done by JEMCO motor company and validate motor performance and our models.

مرتضي سقائيان نژاداصفهاني

امير رشيدي

حميدرضا كارشناس , محمد سعيد مهدوي