فهرست مطالب :

چکیده

انواع روشهای انتقال حرارت

انتقال حرارت به شکل هدایت

انتقال حرارت به شکل جابجائی

انتقال حرارت تابشی

تحلیل حرارتی موتور رلوکتانسی سه فاز

معرفی ماشین رلوکتانسی سنکرون و مشخصات نمونه آزمایشگاهی مورد بحث

معرفی مسئله انتقال حرارت در ماشین رلوکتانسی

چگونگی تشکیل مدل حرارتی برای ماشین رلوکتانسی و مشکلات آن

شبکه مقاومتی معادل و مقادیر اجزای آن برای تحلیل حرارتی ماشین

شبیه‌سازی مدل حرارتی

نتیجه‌گیری

فهرست مراجع

چکیده :

هر نوع جابجائی در مقدار گرما مستلزم سپری شدن میزانی از زمان است. این موضوع در بحث ترمودینامیک و انتقال حرارت، معمولاً با جریانهای الکتریکی قابل مقایسه است. هنگام طراحی ماشین، درجه حرارت نقاط خیلی گرم آن محاسبه و مورد رسیدگی قرار می‌گیرند .از آنجائیکه این نقاط در درون ماشین قرار گرفته‌اند، توجه به یک الگو (مدل) بعنوان پخش فضائی درجه حرارت در داخل ماشین امری ضروری است .بدلیل ساختمان نامتجانس در ماشینهای الکتریکی و شکل فیزیکی خاص عناصر متشکله آن، محاسبه تغییرات درجه حرارت در آنها کار بسیار دشواری است. امروزه در محاسبات، از روشهای شبیه‌سازی استفاده می‌شود و مطابق با سیستمهای مکانیکی دست به طرح سیستمهای الکتریکی می‌زنند و مدار معادلی برای حالت پیچیده ترسیم می‌گردد که از مقاومت‌ها و منابع الکتریکی تشکیل شده است. علاوه بر این، از روشهای محاسباتی مانند روش المان محدود و سایر روشهای محاسباتی نیز استفاده می‌گردد. این روشها در تحلیل ساختار پیچیده ماشین کمک بسیار قدرتمندی بوده و نتایج مهمی را ارائه می‌نمایند. در این مقاله، سعی در تشکیل یک مدل حرارتی برای یک ماشین رلوکتانسی سنکرون آزمایشگاهی می‌شود همچنین چگونگی انجام تحلیل حرارتی با استفاده از روش المان محدود و نرم‌افزار ANSYS نیز ارائه شده است.

واژگان کلیدی: ماشین رلوکتانسی، مدل حرارتی، تحلیل حرارتی، نرم‌افزار ANSYS،

 ۲ـ انواع روشهای انتقال حرارت

انتقال انرژی از یک جسم به جسم دیگر در اثر اختلاف درجه حرارت، امری بدیهی است. به عبارت بهتر اختلاف درجه حرارت نیروی محرکه‌ای است برای جابجائی انرژی است. انتقال حرارت به سه صورت هدایت[i][1]، جابجائی (همرفت)[ii][2] و تابش[iii][3] انجام می‌گیرد. در ماشین‌های الکتریکی، حرارت ابتدا بصورت هدایت و سپس به دو روش دیگر منتقل می‌شود. در ادامه بصورت خیلی مختصر انواع روشهای انتقال حرارت ذکر شده و ارتباط هر یک با مدل حرارتی نیز ذکر خواهند شد [۱,۳].

۲ـ۱ـ انتقال حرارت به شکل هدایت

در این شکل از انتقال حرارت، جرم جابجا نمی‌شود، بلکه جریان حرارت بر اثر جنبش و ارتعاش مولکولها منتقل می‌گردد.

که در آن:

QCond.: میزان حرارت منتقل شده به صورت هدایت،

: درجه حرارت نقاط (مرزها)،

R: مقاومت حرارتی با واحد .

بدین ترتیب اختلاف درجه حرارت مشابه اختلاف پتانسیل بوده و برای مقاومت حرارتی هدایتی[iv][4] می‌توان نوشت:

که در آن:

L: طول متوسط بر حسب [m]،

: هدایت ویژه حرارتی[v][5] بر حسب

A: سطح مقطع بر حسب [m2]

۲ـ۲ـ انتقال حرارت به شکل جابجائی

در این روش، انتقال حرارت بر اثر حرکت سیال ایجاد می‌گردد و بدین ترتیب با انتقال حرارت به سیال سرد، حرارت به بیرون منتقل می‌شود. اگر حرکت سیال طبیعی باشد، انتقال حرارت را جابجائی طبیعی و اگر حرکت سیال اجباری باشد، انتقال حرارت جابجائی، مصنوعی نامیده می‌شود. روابط (۳) و (۴) را می‌توان برای انتقال حرارت جابجائی نوشت:

که در آن:

: ضریب حرارتی مخصوص برحسب

: اختلاف درجه حرارت برحسب ،

KV: یک ثابت که بستگی به سیال دارد (اگر سیال یکنواخت باشد برابر ۳/۱ و اگر غیر یکنواخت باشد تا مقدار ۵/۰ کاهش می‌یابد).

V: سرعت سیال بر حسب [m/s].

۲ـ۳ـ انتقال حرارت تابشی

در این شکل از انتقال حرارت، نیازی به محیط و یا ماده حامل انرژی نمی‌باشد و حرارت نه تنها از ناحیه خلاء مطلق عبور می‌کند بلکه بطور مستقیم از منبع ساطع انرژی تابشی به جسم دریافت کننده انرژی منتقل می‌شود. انرژی تابشی همانند نور مرئی است و بر طبق نظریه الکترومغناطیس ماکسول از نوسان میدان الکتریکی توام با نوسان میدان مغناطیسی حاصل می‌گردد. رابطه (۵) را برای انتقال حرارت تابشی می‌توان نوشت [۱]:

که در آن:

T0 و T1: دمای مطلق محیط و دمای جسم انتشار دهنده حرارت برحسب کلوین،

e: ضریب انتشار (برای جسم سیاه برابر یک و برای سایر اجسام کمتر از یک است).

از آنجائیکه میزان انتقال حرارت بصورت تابشی، معمولاً بسیار کم است، اثر آنرا در مقاومتی حرارتی جابجائی لحاظ کرده و مقاومتی حرارتی معادل این دو نوع انتقال حرارت با رابطه (۶) بیان می‌گردد. [۴]:

که در آن:

A: سطح هم جوار یا سیال بر حسب [m2]،

V: سرعت سیال بر حسب [m/s].

۳ـ تحلیل حرارتی موتور رلوکتانسی سه فاز

قبل از بررسی مدل حرارتی، چگونگی عملکرد ماشین رلوکتانسی به صورت خلاصه، معرفی و مشخصات آن ارائه می‌گردد.

۳ـ۱ـ معرفی ماشین رلوکتانسی سنکرون و مشخصات نمونه آزمایشگاهی مورد بحث

موتور رلوکتانسی سنکرون، یک ماشین سنکرون قطب بر جسته است که هیچ سیم‌پیچی روی روتور قطب برجسته آن وجود ندارد. از طرف دیگر این ماشین خاص توانائی تحویل و یا جذب توان مفید در سرعت سنکرون را دارد. بنابراین عملکرد موثر و مفید ماشین در دور سنکرون صورت می‌پذیرد [۵]. این ماشین خود راه انداز نبوده و برای داشتن عملکرد دائم بایستی ماشین را به کمک یک وسیله گرداننده به دور سنکرون و حتی بالاتر از آن رساند تا اینکه ماشین سنکرون شده و قادر به عملکرد مفید و موثر باشد. از طرف دیگر اغلب، موتورهای رلوکتانسی مجهز به درایو فرکانس متغیر می‌باشند. این درایو فرکانس تغذیه را پائین می‌آورد، بدین ترتیب سرعت سنکرون پائین آمده و امکان خود راه اندازی ماشین نیز پدید می‌آید. ماشین مورد مطالعه یک ماشین رلوکتانسی سنکرون بصورت ۴ قطب در استاتور و ۲ قطب برجسته در روتور می‌باشد. دیاگرامی از این ماشین در شکل (۱) نشان داده شده است.

شکل (۱)ـ طرحی از ماشین رلوکتانسی مورد مطالعه

مشخصات ماشین بصورت زیر می‌باشد:

ولتاژ نامی:                          V(Y) 380 V=

قدرت:                                  W 200 P=

جریان نامی:                            A 5,0 I =

طول استاتور:                   Cm 25,3 LS =

شعاع بیرونی استاتور:          Cm 5,5  ROS =

شعاع داخلی:                   Cm 2,3  RIS =

تعداد شیار:                               ۲۴ Z =

عمق دهانه:                     mm 11 hslot =

دهانه باز شیار:                    mm 3 W1 =

عرض ته شیار:                    mm 6 W2 =

۳ـ۲ـ معرفی مسئله انتقال حرارت در ماشین رلوکتانسی

در اثر اتصال ماشین به منبع تغذیه، به دلیل وجود خواص الکترومغناطیسی و تلفات ناشی از این خواص، چشمه‌های حرارتی ایجاد خواهند شد که باعث تولید گرما و بالا رفتن دمای داخلی ماشین می‌شوند. چشمه‌های اصلی حرارتی در اغلب ماشین‌ها و از جمله ماشین رلوکتانسی تقریباً مشخص بوده که شامل تلفات اهمی در سیم‌بندی ماشین، تلفات جریانهای گردابی و تلفات هیسترزیس در هسته، تلفات باد و تهویه، تلفات مکانیکی و اصطکاک در یاتاقانها و غیره می‌باشند. حرارت تولید شده در چشمه‌های حرارتی ابتدا بصورت هدایتی به مرزهای بیرونی می‌رسند، سپس بصورت جابجائی و تشعشع به بیرون انتقال خواهند یافت. از فرآیند ذکر شده در رسم مدل حرارتی ماشین استفاده می‌شود.

۳ـ۳ـ چگونگی تشکیل مدل حرارتی برای ماشین رلوکتانسی و مشکلات آن

با توجه به مشخصات ارائه شده برای ماشین رلوکتانسی مورد بحث، ماشین از لحاظ تقارن هندسی برای تحلیل حرارتی دارای تقارن ۹۰ درجه است. این مطلب بدین مفهوم است که برای تحلیل و مدل‌سازی حرارتی ماشین، نیازی به تحلیل کل ساختمان ماشین و یا مدل کردن کل ماشین نمی‌باشد و تنها کافی است که تحلیل خود را برای ۹۰ درجه (یک ربع از ساختمان هندسی ماشین) انجام دهیم. بدین ترتیب ماشین از ۴ بخش تشکیل می‌شود که بین این ۴ بخش به دلیل تقارن و تشابه، هیچ انرژی حرارتی مبادله نمی‌شود. انجام این کار باعث پائین آوردن میزان حساسیت مورد نیاز و صرفه‌جوئی در وقت و حافظه مورد نیاز جهت ذخیره سازی و تحلیل خواهد شد.

فایل کامل این تحقیق ۲۵ صفحه بصورت ورد WORD مرتب و فونت بندی شده می باشد.
در تمامی ساعات شبانه روز >> پرداخت آنلاین و دانلود آنلاین پروژه