| Περίληψη: | H βασική παράμετρος που καθορίζει, για πόσο χρόνο μπορεί μια ηλεκτρική μηχανή να λειτουργήσει με ένα δεδομένο φορτίο, είναι η θερμοκρασία που αναπτύσσεται στο εσωτερικό της. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η αύξηση της θερμοκρασίας πέρα από τα επιτρεπτά όρια που ορίζει ο κατασκευαστής επιφέρει ανεπιθύμητα αποτελέσματα στη λειτουργία των μηχανών ακόμα και την καταστροφή τους. Τα κυριότερα προβλήματα που εντοπίζονται, έχουν να κάνουν με τη φθορά των μονωτικών υλικών και την επιτάχυνση της μείωσης του χρόνου ζωής τους, όταν η θερμοκρασία υπερβεί μια καθορισμένη τιμή, καθώς και με τη μείωση του βαθμού απόδοσης ισχύος της μηχανής. Άλλα ανεπιθύμητα αποτελέσματα της μεγάλης θερμοκρασίας στα μέρη των μηχανών, μπορεί να είναι αλλαγές της γεωμετρίας κάποιων εξαρτημάτων της μηχανής εξαιτίας της θερμικής διαστολής των υλικών τους, καθώς και υποβάθμιση του λιπαντικού και του υλικού κατασκευής των εδράνων του άξονα. Εξαιτίας τέτοιων προβλημάτων, αλλά και δεδομένης της ανάγκης για βελτιστοποίηση της σχεδίασης των ηλεκτρικών μηχανών και το σχεδιασμό όλο μικρότερων και πιο οικονομικών μηχανών, η θερμική ανάλυση των μηχανών αποτελεί πλέον ένα αρκετά σημαντικό πεδίο έρευνας της επιστήμης των ηλεκτρικών μηχανών.
Για να προβλεφθεί η άνοδος της θερμοκρασίας στα μέρη των μηχανών και να γίνει βελτιστοποίηση της σχεδίασης τους, χρησιμοποιούνται θερμικά μοντέλα τα οποία μας δίνουν πληροφορίες για τη θερμική συμπεριφορά τέτοιων θερμοδυναμικών συστημάτων. Συνήθως για την επίλυση τέτοιων προβλημάτων χρησιμοποιείται είτε η μέθοδος κυκλωμάτων συγκεντρωμένων παραμέτρων, είτε τα μοντέλα πεπερασμένων στοιχείων (FEM). Ένα θερμικό μοντέλο συγκεντρωμένων παραμέτρων μπορεί να μας δώσει πληροφορίες για τη μέση τιμή της θερμοκρασίας ενός στοιχείου υπολογίζοντας την τιμή της τόσο για την περίπτωση της μόνιμης όσο και της μεταβατικής θερμικής κατάστασης. Τα πλεονεκτήματα αυτής της μεθόδου είναι ότι περιγράφει το θερμικό σύστημα με απλές μαθηματικές εκφράσεις, καθώς και η εύκολη επίλυση του προβλήματος. Για την εξαγωγή αυτών των εκφράσεων όμως απαιτείται μελέτη του αρχικού συστήματος και μελέτη των μηχανισμών ανάπτυξης και μετάδοσης της θερμότητας. Τα θερμικά μοντέλα που βασίζονται στη μέθοδο πεπερασμένων στοιχείων, επιλύουν το θερμικό πρόβλημα υπολογίζοντας με ακρίβεια τη συνάρτηση θερμοκρασίας σε όλο τον όγκο της μηχανής και η χρήση τους ενδείκνυται για την επίλυση προβλημάτων μόνιμης αλλά και μεταβατικής κατάστασης, όπου παρατηρούνται μεγάλες διαφορές στη θερμοκρασία μεταξύ των εξαρτημάτων της μηχανής, όπως για παράδειγμα στην περίπτωση ενός κινητήρα που εκκινεί με φορτίο μεγάλης αδράνειας, λειτουργία υπό ασύμμετρη τροφοδοσία ή σε περίπτωση που εξαιτίας σφαλμάτων του συστήματος ψύξης εμφανίζονται ασυμμετρίες στην κατανομή της θερμοκρασίας. Μειονέκτημα της θερμικής ανάλυσης με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων είναι ότι πρώτον είναι απαραίτητη η χρήση κατάλληλων λογισμικών πακέτων για τη σχεδίαση του μοντέλου καθώς και εξελιγμένη υπολογιστική ισχύς.
Για την περίπτωση μιας μηχανής χαμηλής ισχύος, στην οποία δεν εμφανίζονται μεγάλες διαφορές θερμοκρασίας μεταξύ των εξαρτημάτων, ενδείκνυται η χρήση ενός μοντέλου συγκεντρωμένων παραμέτρων, το οποίο θα επιλύει εύκολα το θερμικό πρόβλημα. Η εργασία αυτή ασχολείται με την κατασκευή και παρουσίαση ενός τέτοιου θερμικού δικτύου για την περίπτωση μιας ασύγχρονης μηχανής κλωβού, ισχύος 4 kW και τύπου TEFC. Σκοπός μας είναι να επεκτείνουμε τη μοντελοποίηση εισάγοντας τις θερμοχωρητικότητες των σωμάτων και να πραγματοποιηθεί πειραματικός έλεγχος της αξιοπιστίας των αποτελεσμάτων. Το πείραμα περιλαμβάνει την καταγραφή θερμοκρασιών στην περιοχή του στάτη της μηχανής κατά την ονομαστική λειτουργία της, από τη στιγμή της εκκίνησης μέχρι τη στιγμή που φτάνει σε θερμική κατάσταση ισσοροπίας. Επίσης θα παρουσιαστεί η κατασκευή της μετρητικής συσκευής που υλοποιήθηκε στα πλαίσια της εργασίας και χρησιμοποιήθηκε για τη μέτρησης της θερμοκρασίας μέσω των θερμοζευγών.
|
|---|
