Tepelné výpočty motorů s permanentními magnety v silnoproudé elektrotechnice
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií
Abstract
Práce se zabývá výpočty magnetických a tepelných vlastností servomotoru s permanentními magnety (motor M718 I vyráběný firmou VUES s.r.o. v Brně). Všechny uvedené výpočty jsou založené na numerických metodách konečných prvků a konečných objemů. 2D magnetická analýza motoru byla řešena s pomocí programu FEMM, zatímco pro 3D analýzu byl využit software ANSOFT. Magnetické analýzy umožnily stanovit rozložení magnetického pole v motoru a ve vzduchové mezeře. Ztráty způsobené vířivými proudy byly počítány v závislosti na rozměrech permanentních magnetů a velikosti toku magnetické indukce ve vzduchové mezeře. U 3D modelu v programu ANSOFT byly vypočítány i Joulovy ztráty. Pro daný servomotor byly navrženy dva způsoby chlazení. V prvním případě se jedná o vnitřní chladicí systém. K původnímu modelu motoru byly přidány některé modifikace (otvory v rámu motoru a radiální ventilátor na hřídeli uvnitř rámu motoru). U druhého způsobu chlazení bylo navrženo vnější chlazení. K původnímu rámu byly přidána chladicí žebra a radiální ventilátor na hřídeli vně rámu motoru. Výpočty proudění a tepelná analýza byly provedeny jak pro původní model motoru, tak i pro modifikovaný návrh (vnitřní a vnější chlazení) pomocí software ANSYS Workbench. Teplotní charakteristiky původního motoru byly měřeny různými senzory. Bylo provedeno porovnání experimentálně získaných výsledků s vypočteným teplotním modelem. Práce byla vytvořena v rámci doktorského studijního programu Elektrotechnika a komunikační technologie, obor Silnoproudá elektrotechnika a elektroenergetika. Podstatná část práce vznikla za podpory Centra výzkumu a využití obnovitelných zdrojů energie a výzkumných projektů CZ.1.05/2.1.00/01.0014 and FEKT S-11-9.
This dissertation focuses on magnetic, thermal, and cooling calculations of servo motor with permanent magnets (M718 I servo motor produced by VUES company). These calculations are achieved using dedicated software based on numerical methods of finite elements (FEM) and finite volumes (FVM). The 2D (two dimensional) magnetic analysis of the motor is computed using FEMM (finite element method magnetics). 3D (three dimensional) magnetic analysis is computed too using ANSOFT software. From the performed analyses, distribution of the magnetic field inside the servo motor, the circumferential distribution of the magnetic flux density in the air gap center are obtained. Eddy current losses are calculated depending on the magnets dimensions and the value of the air gap magnetic flux density. Joule losses are also calculated using ANSOFT for 3D model. Two cooling models are designed for the servo motor. In the first one, internal cooling system is used. Some modifications (openings in the motor frame and radial fan mounted on the motor shaft inside the frame) are added to the motor original model. In the second model, external cooling system is used. For this type, cooling slots are added to the original frame and radial fan is mounted on the motor shaft out of the frame. Fluid flow and thermal transient analyses are computed for the original motor and for the modified one (internal cooling and external cooling model) using ANSYS Workbench program. Heat characteristics of the original servo motor are measured using different sensors. Finally, an evaluation of the different results is performed. This work was performed at the Faculty of Electrical Engineering and Communication, within doctoral study program “Electrical Engineering and Communication” with the branch of “Power Electrical and Electronic Engineering”. A substantial part of this work was supported by the Centre for Research and Utilization of Renewable Energy (CVVOZE), under projects CZ.1.05/2.1.00/01.0014 and FEKT S-11-9.
This dissertation focuses on magnetic, thermal, and cooling calculations of servo motor with permanent magnets (M718 I servo motor produced by VUES company). These calculations are achieved using dedicated software based on numerical methods of finite elements (FEM) and finite volumes (FVM). The 2D (two dimensional) magnetic analysis of the motor is computed using FEMM (finite element method magnetics). 3D (three dimensional) magnetic analysis is computed too using ANSOFT software. From the performed analyses, distribution of the magnetic field inside the servo motor, the circumferential distribution of the magnetic flux density in the air gap center are obtained. Eddy current losses are calculated depending on the magnets dimensions and the value of the air gap magnetic flux density. Joule losses are also calculated using ANSOFT for 3D model. Two cooling models are designed for the servo motor. In the first one, internal cooling system is used. Some modifications (openings in the motor frame and radial fan mounted on the motor shaft inside the frame) are added to the motor original model. In the second model, external cooling system is used. For this type, cooling slots are added to the original frame and radial fan is mounted on the motor shaft out of the frame. Fluid flow and thermal transient analyses are computed for the original motor and for the modified one (internal cooling and external cooling model) using ANSYS Workbench program. Heat characteristics of the original servo motor are measured using different sensors. Finally, an evaluation of the different results is performed. This work was performed at the Faculty of Electrical Engineering and Communication, within doctoral study program “Electrical Engineering and Communication” with the branch of “Power Electrical and Electronic Engineering”. A substantial part of this work was supported by the Centre for Research and Utilization of Renewable Energy (CVVOZE), under projects CZ.1.05/2.1.00/01.0014 and FEKT S-11-9.
Description
Keywords
Citation
DEEB, R. Tepelné výpočty motorů s permanentními magnety v silnoproudé elektrotechnice [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2013.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Silnoproudá elektrotechnika a elektroenergetika
Comittee
doc. Dr. Ing. Miroslav Patočka (předseda)
prof. Ing. Jiří Skalický, CSc. (člen)
doc. Ing. Čestmír Ondrůšek, CSc. (člen)
doc. Ing. Ondřej Vítek, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Petr Toman, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Modlitba, CSc. (člen)
doc. Ing. Vladislav Singule, CSc. - oponent (člen)
Ing. Jiří Duroň, Ph.D. - oponent (člen)
Date of acceptance
2013-11-15
Defence
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení