Asinhronski Motor in FEM Analiza

7/30/2019 Asinhronski Motor in FEM Analiza

1/32

Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko

Seminarska naloga

ASINHRONSKI MOTOR

ANALIZA STROJA V DOMENI KONNIH ELEMENTOV IN PRIMERJAVA REZULTATOV SIMULACIJE Z

MERITVAMI

Fakulteta za elektrotehniko v Ljubljani

Dean Peternelj

Mentor: prof. dr. Damijan Miljavec

Ljubljana, julij 2011


2/32


2

Kazalo

Uvod 3

Naloga in cilj 3

Model stroja 4

Metoda Konnih Elementov 4

Celoten model 4

Magnetostatika 5

Magnetodinamika 5

Tranzientna analiza 5

Potek izgradnje stroja 6

Geometrija 7

Materiali in regije 8

Mrea 9

Mehanski parametri 9

Elektrino vezje 10

Stator 10

Rotor 11

Doloitev elezovih izgub 13

Rezultati simulacij in analiza 14

Magnetodinamika 14

Preizkus prostega teka 16

Navorni preizkus 20

Bremenski preizkus 25

Preizkus optimalne napetosti 27

Tranzientna analiza 29

Zakljuek 31


3/32


3

Uvod

V dananjih asih mora proizvajalec v kratkem asu izdelati in dobaviti izdelek (stroj), ki mora

ustrezati strogim zahtevam in predpisom. V preteklosti se je stroje nartovalo na podlagi

analitinih in izkustvenih metod, ki so bile osnova za izgradnjo vejih fizinih prototipov, katerim

je sledilo veliko popravljanja in modifikacij. Danes bi bil tak pristop drag, zamuden in pa

nesmiseln, saj nam zmogljiva raunalnika tehnologija omogoa razvoj strojev na hitreji inceneji nain. Namesto, da stroj projektiramo na principu analitinih in izkustvenih metod, raje

uporabimo razline programske pakete, ki nam omogoajo izjemno natanno simulacijo stroja

na podlagi numerinih modelov. Eno taknih orodij bo uporabljeno za to seminarsko nalogo.

Zanimalo nas bo, kako se model stroja v simulaciji ujema s fizinim izdelkom. Problema se bomo

lotili v obratni smeri, kot se ga inenirji lotijo v realnem svetu. Dobili bomo namrefizini izdelek

asinhronskega stroja, na podlagi tega bomo zgradili numerini model in nato naredili primerjavo.

Naloga in cilj

Potrebno je simulirati e izdelan asinhronski motor in primerjati rezultate simulacije z meritvami

e izdelanega stroja. Pri tem mora biti odstopanje med rezultati simulacije in meritvami v

sprejemljivih mejah.

Cilj naloge je, da se pokae:

do kako velikih odstopanj lahko pride med simulacijo in izdelanim strojem kaj lahko zanemarimo (e lahko) in bistveno ne poveamo odstopanj kakna je obutljivost odstopanj glede naanalitino izraunane parametre


4/32


4

Model stroja

Metoda Konnih Elementov

Motor bomo simulirali v programskem paketu, ki deluje na principu metode konnih

elementov FEM (Finite Element Method). Metoda v grobem deluje tako, da geometrijo

motorja razdelimo na mreo tok (= mreo neznank) in definiramo robne pogoje. Vsakatokana mreipredstavlja neznanko raunane koliine, npr. magnetni pretok, robni pogoj

pa predstavlja znano vrednost , ki jo moramo navesti, da se lahko sistem enab rei. Za

robni pogoj velikokrat doloimo, da je v okolici stroja enak 0. Iz mree neznank, robnih

pogojev in snovnih lastnosti ter dodatnih parametrov se na podlagi maxwellovih enab

sestavi matrika neznank. Reitev predstavlja funkcijo magnetnega pretoka od prostorskih

koordinat in pa tudi odvisnost od drugih veliin, kot sta npr. slip in pa as.

Celoten model

Sestavljen je pravzaprav iz dveh delov, en del predstavlja poljski model, to je tisti del, kideluje v sklopu metode konnih elementov, in vezni model, katerega predstavlja zunanje

elektrino vezje prikljueno na FEM model.

Slika 1: Model analize stroja


5/32


6/32


6

Potek izgradnje stroja

Stroj bomo obravnavali v 2D (dveh dimenzijah). Sprva bi priakovali, da v program enostavno

vnesemo 3D strukturo stroja, vendar pa to ni potrebno. e si og ledamo jedro motorja (Slika 2),

vidimo, da ima vzdol pogonske gredi homogeno zgradbo. Zaradi tega ga lahko geometrijsko

opiemo kot produkt 2D geometrije (Slika 3) in pa globine jedra. Dele geometrije (glave

statorskih navitij in kratkostina obroa), ki so izven jedra in jih tako ne moremo opisati v 2D,

bomo obravnavali drugae. Opiemo jih s pomojo elektrinih parametrov (stresana

induktivnost glav navitji, induktivnost segmenta kratkostinega obroa...), katere izraunamo

analitino. Elektrine parametre nato vkljuimo v elektrino vezje(Slika 7, Slika 5). Jedro stroja

torej obravnavamo v domeni konnih elementov FEM (poljski model), vse ostalo pa opiemo z

elektrinimi elementi (vezni model).

e bi se odloili za 3D obravnavo problema, bi bila ta pot bolj zamudna. Imeli bi opravka z

daljim asom izgradnje geometrije stroja, najve bi se pa poznalo na asu, ki ga raunalnik

potrebuje za reitev problema. Je pa res, da bi s tako obravnavo tudi veliko pridobili, najve na

natannosti rezultatov. Zavedati se je potrebno, da smo v 2D nainu v obravnavo vkljuili

parametre, ki so doloeni z analitinimi obrazci , pri katerih zna biti odstopanje od prave

vrednosti veliine tudi to 30% ali ve.


7/32


7

Geometrija

Najprej definiramo geometrijo. Vnesemo dimenzije jedra stroja, to je dimenzije rotorja in

statorja, praktino gledano, nariemo jedro stroja gledano s strani motorja (Slika 2). Podamo

tudi globino jedra stroja. Definirati je potrebno samo jedra motorja, saj so razmeresimetrine, s tem pa veliko pridobimo na asu izgradnje stroja, najve pa na asu, ki ga

program potrebuje za reitev problema.

Slika 2: Asinhronski motor. Zeleno obarvana regija predstavlja obmoje zajeto vFEM

kratkostini

obro

glava

statorskega

navitja

pogonska

gred

statorsko

elezno

jedro

rotorsko

elezno

jedro


8/32


8

Materiali in regije

Definiramo e regije, kjer vsaki doloimo tip in material. Kot tip regije je miljeno ali gre za

navitje (Coil conductor), za masiven prevoden material (Solid conductor) , za magnetilni

material (Magnetic non conducting region) ali zrano reo (Air gap). Regije so na sliki

oznaene vsaka s svojo barvo, pri tem je:

temno modra: magnetilni material, lamelirana ploevina svetlo modra: zrana rea rdea in rumena: statorsko bakreno navitje s pozitivno smerjo navijanja zelena: statorsko bakreno navitje z negativno smerjo navijanja lila: rotorske palice iz masivnega aluminija

Slika 3: Geometrija in regije jedra stroja

Pri magnetilnih materialih je glavni podatek magnetilna karakteristika (odvisnost gostotne

magnetnega pretoka B od magnetne poljske jakosti H), ki je navadno podana tabelarino izopravljenih meritev. Za ta projekt je bil uporabljen material M330-35A, ki je bil uvoen iz

standardne knjinice materialov programskega paketa.

Regijam, kjer so prisotna navitja (na Slika 3 rdee, zeleno in rumeno obarvana obmoja),

podamo e tevilo ovojev.


9/32


9

Mrea

Potrebno je generirati mreo neznank, ki jo zahteva metoda konnih elementov. Hoemo,

da je mrea najbolj gosta v zrani rei in njeni blinji okolici, in redka na zunanjih robovih

statorja. Razlog tega je, da na rezultate simulacije najbolj vplivajo razmere na obmoju

zrane ree, med temko dogajanje v na robu statorja nima velike tee. Naeloma bi lahko

po celi geometriji napravili gosto mreo, vendar to nima smisla, saj bi tako izjemno podaljalias raunanja, rezultati bi pa bili praktino enaki tistim z optimizirano mreo. Da pa povemo

programu kje naj naredi veliko in kje majhno gostoto tok, pa moramo tokam, ki definirajo

geometrijo (Slika 3) doloiti vrednosti utei. Tako bomo tokam geometrije, ki leijo na

zrani rei in v njeni blinji okolicidoloili utei z vejo numerino vrednostjo, kot pa tistim,

ki leijo na robu statorja.Rezultat je samodejno generirana mrea neznank (Slika 4).

Slika 4: K geometriji in regijam jedra dodana mrea neznank

Mehanski parametri

Programu je potrebno e navesti, kateri deli so fiksni in kateri so mobilni. Pri tem sevedarotor definiramo kot mobilni del, stator pa kot stojei. Posebno vrsto rotacije dodelimo tudi

zrani rei, razlog tega je samo v hitrejem izraunu. Vrtljivim delom lahko doloimo

naslednje lastnosti:

V primeru magneto-dinamine analize slip, in zaetno hitrost ali vsiljeno hitrost egre za tranzientno analizo.


10/32


10

Elektrino vezje

Sestavljeno je iz dveh delov; iz statorskega dela (Slika 7) in rotorskega dela (kratkostina kletka,

na Slika 7je to blok s simbolom veverice, celotno vezje rotorja pa lahko vidimo naSlika 5).

StatorObravnavani stroj je vezan v vezavo zvezda, zato bomo v isti vezavi vezali elemente v

statorskem vezju.

Statorski elementi :

statorske stresane induktivnost glav Lg1, Lg2, Lg3 statorske ohmske upornosti navitij Rs1, Rs2, Rs3 statorske induktivnosti Ls1, Ls2, Ls3 napetostni viri ( fazno zamaknjeni za 120 elektrinih stopinj) U1 ,U2, U3

Lg1

Lg2

Lg3

Ls1, R1

Ls2, R2

Ls3, R3

U1

U2

U3

Slika 6: Kratkostina kletka in nanjej oznaen segment

kratkostinega obroa

Slika 5: Elektrino vezje kratkostine kletke

Slika 7: Elektrino vezje statorja


11/32


11

Pri tem so statorske induktivnostiLs1, Ls2, Ls3vkljuene (izraunane) s strani FEM, sami pa moramo

podati e informacijo o napajalnih napetostihU1 ,U2, U3.Preostanejo nam e stresane induktivnost

glav navitji Lg1, Lg2, Lg3 in statorske ohmske upornosti navitij Rs1, Rs2, Rs.Stresane induktivnosti

glav izraunamo iz analitinih formul, ohmske upornosti navitijpa imamo podane e iz meritev.

Potrebno se je zavedati, da statorske induktivnosti Ls1, Ls2, Ls3 ne predstavljajo samo magnetilnih

(medsebojnih) induktivnosti med statorjem in rotorjem. e gledamo induktivnost ene faze, npr. Ls1,ta

induktivnost zajema magnetilno induktivnost in vse stresane induktivnosti, razen stresane

induktivnosti glave navitja, ki je FEM model ne zajema.

Rotor

Opiemo ga tako, da kratkostino kletko na im bolj naraven nain nadomestimo z elektrinimi elementi.

To pomeni, da vsako rotorsko palico predstavimo z induktivnostjo in ohmsko upornostjo, enakonapravimo s segmenti kratkostinih obroov, ki med seboj povezujejo palice(Slika 6).

Rotorski elementi:

stresana induktivnost M-tega segmenta na rotorskem kratkostinem obrou LavM ohmska upornost M-tega segmenta na rotorskem kratkostinem obrouRavM ohmska upornost in induktivnost M-te palice Rm

Ohmske upornosti in induktivnosti palic so e vkljuene v poljskem modelu (FEM). Podati pa moramo

podatke ohmske upornosti in induktivnosti segmenta kratkostinega obroa (Slika 6, Slika 5). Slednje

izraunamo iz analitinih obrazcev.


12/32


12

Analitini izraun parametrov

stresana induktivnost glave navitja Lg na statorju

Lg = l (pp q) Enaba 1

permeabilnost praznega prostora

Z ... tevilo ovojev na fazo

l ... globina utora oz. globina stroja

pp... tevilo polovih parov

q ... tevilo utorov na pol in fazo

korelacijska faktorja

Pri tem sta korelacijska faktorja in odvisna od oblike utora (Slika 8). Prvi (Enaba 2)

nanaa na del utora, ki je zapolnjen z zrakom (modra barva na Slika 8), drugi (Enaba 3) pa

na del utora, v katerem je navitje (rdea barva na Slika 8).

h1/(b+b0) Enaba 2

h2/(3b) Enaba 3

stresana induktivnost segmenta kratkostinega obroa Lav

Lav = 0.46 log(2.35 D0sr / (2c+d)) Enaba 4

D0srsrednji diameter kratkostinega obroa

cirina kratostinega obroa

d ... viina kratkostinega obroa

h1

h2

b0

b

c

d D0sr

Slika 9: Prerez kratkostinega

obroa

Slika 8: Statorski utor


13/32


13

upornost segmenta kratkostinega obroaRav

Rav = Al l0 / (c d) Enaba 5

Al...specifina upornost aluminija

l0 ...dolina segmenta kratkostinega obroa med sosednjima palicama

Doloitev izgub v elezu

Izgube v elezu se raunajo na drugaen nain, kot bi sprva priakovali. Ko zaenemo

simulacijo in ko se ta kona, rezultati nimajo vsebovanih izgub v elezu. To pa pomeni, da

dobimo manji magnetilni tok, manje izgube v bakru na statorju, manjo energijo stresanja

polja na statorju, bolji izkoristek in podobno. Popravek naredimo tako, da programu, po

tem, ko je e reil problem, naknadno podamo koeficiente za izraun izgubv elezu. Preko

teh koeficientov program doloi celotno izgubno mo v stroju iz katere nato sami

preraunamonove vrednosti tokov, moi... Koeficiente raunamo po enabi 6.

dP ... povprena gostota moi v prostoru

kh ... koeficient histereznih izgub

ke ... koeficient dodatnih izgub

... specifina prevodnost materiala

d ... debelina lamele

f ... frekvenca

Bm ... amplitudna vrednost gostote magnetnega polja

Pri tem prvi len predstavlja histerezne, drugi vrtine, zadnji pa dodatne izgube v elezu.

Doloiti moramo pravzaprav samo koeficienta kh in ke, specifino prevodnost in pa

izgubno mo P pri B = 1 T in B = 1.5 T nam poda proizvajalec.

Enaba 6


14/32


14

Rezultati simulacij in analiza

Magnetodinamika

V tem nainu simulacije so bili opravljeni tirje preizkusi. To so:

Navorni preizkus (Torques test) Bremenski preizkus (Load test) Preizkus prostega teka (No load test) Preizkus optimalne napetosti (Optimal voltage test)

Na vseh grafih sta po dve krivulji. Modra krivulja z oznako Xmpomeni v praksi merjeno koliino

na stroju (m meritev), kjer je X ta koliina. Rdea krivulja z oznako Ys pomeni v programskem

paketu simulirano koliino (s simulacija), kjer je Y ta koliina.

Slika 10: Silnice magnetnega polja pri nazivnem obratovanju


15/32


15

Slika 11: Gostota toka pri nazivnem obratovanju. V palicah kratkostine kletkeje viden skinefekt.


16/32


16

Preizkus prostega teka

Motor prikljuimo na napajalno napetost, pri tem ga ne obremenimo. Stroj se sinhrono vrti

skupaj z vrtilnim magnetnim poljem, torej tee v sinhronizmu . Spreminjamo napajalno

napetost U in pri tem opazujemo, kako se spreminjajo ostale veliine. Pri tem preizkusu nas

predvsem zanima odvisnost izgub v bakru Pba in izgub v elezu Pe od napetosti.

Graf 1: Odvisnost statorskega elektrinega toka I od napajalne napetosti U (Im meritve, Issimulacija)

Graf 2: Odvisnost faktorja delavnosti FD od napajalne napetosti U (Fdm meritve, FDssimulacija)

0

12

3

4

5

6

7

8

9

80 180 280 380 480

I[A]

U [V]

Statorski elektrini tok

Im

Is

0

0,2

0,4

0,6

0,8

80 180 280 380 480

FD[/]

U [V]

Faktor delavnosti

FDm

FDs


17/32


17

Graf 3: Odvisnost izgub v elezu Pe od napajalne napetosti U (Pem meritve, Pessimulacija)

Graf 4: Odvisnost vhodne moi Pvh od napajalne napetosti U (Pvhm meritve, Pvhssimulacija)

0

50

100

150

200

250

300

80 180 280 380 480

Pe[W]

U [V]

Izgube v elezu

Pem

Pes

0

200

400

600

800

1000

1200

80 180 280 380 480

Pvh[W]

U [V]

Vhodna mo

Pvhm

Pvhs


18/32


18

Graf 5: Odvisnost izgub v bakru Pba od napajalne napetosti U (Pbam meritve, Pbassimulacija)

Opazi se, da pride pri napetostih, ki so vije od nazivne medfazne napetosti (Un = 400V), do vejih

odstopanj opazovanih koliin. e pogledamo fazni statorski elektrini tok I (Graf 1), ta mono skoi v

obmoju nad nazivno napetostjoUn. Vzrok tega bomo poiskali s pomojo elektrinega nadomestnega

vezja za asinhronski stroj za eno fazo (Slika 12).

Slika 12: Elektrino nadomestno vezje asinhronskega stroja

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

80 180 280 380 480

Pba[W]

U [W]

Izgube v bakru

Pbam

Pbas


19/32


19

Najprej si poglejmo, kaj pomenijo elektrini elementi v nadomestni shemi (Slika 12).

U1na stator prikljuena napajalna fazna napetost I1 rotorski fazni tok I2 statorski reducirani fazni tok I0 magnetilni tok R1 statorska upornost navitja ene faze X1 statorska stresana reaktanca ene faze X2 reducirana rotorska reaktanca ene faze Xm glavna magnetilna reaktanca Rfeupornost zaradi elezovih izgub R2 reducirana rotorska upornost s - slip (1-s)*R2/sdelovna mehanska mo na bremenu

Motor deluje v sinhronizmu, kjer je slip enak ni. e pogledamo na nadomestnem vezju (Slika 12)

element (1-s)R2/s, ta predstavlja pri tem slipu neskonno upornost, zato skozenj ne bo tekel noben tok.

To pa pomeni, da tok ne tee tudi skozi elementa R2 in X2. Ostane nam torej paralelna vezava

elementov Xm in Rfe, zaporedno vezano z R1 in X1. Zapiimo enabo za celotno impedanco Z(Enaba 7).

Enaba 7

In e za tok I1 skozi fazno vejo (Enaba 8):

Enaba 8

Ker je X1 Xm (Xm ~5% Rfe), lahko enabo 8

poenostavimo v:

Enaba 9

Za prevelik magnetilni tok I pri nazivni napetosti Un je torej kriva premajhna magnetilna induktivnost Lm.

Induktivnost je po definiciji snovno geometrina lastnost, torej je odvisna od snovi in geometrijskezgradbe. Predpostavimo, da napake v geometriji nismo storili, torej da se upotevana geometrija

natannoujemo s pravim strojem, sploh pa debelina zrane ree in tevilo ovojev, ki zelo vplivata na

magnetilno induktivnost Lm motorja. Izkljuujemo tudi monost veje numerine napake zaradi

preredke mree. Simulacija je bila opravljena pri razlinih gostotah mree in rezultati so se razlikovali k

vejemu na prvem decimalnem mestu. Tudi izkustveno gledano bi morala uporabljena mrea

zadostovati.


20/32


20

e vzrok ni v geometriji, je lahko samo e zaradi snovi. Uporabili smo material, ki je bil na voljo v

standardni knjinici materialov, tako da se B-H karakteristika uporabljenega materiala glede na rezultate

dosti razlikuje od pravega.

Navorni preizkus

Motor obremenjujemo praktino od sinhronizma (slip je enak ni) pa skoraj do zavore (slip skoraj enak

ena). Pri tem je napajalna napetost konstantna. Opravili bomo dva navorna preizkusa, enega pri nazivni

medfazni napetosti Un = 400V, in drugega pri medfazni napetosti U = 330V.

Navorni preizkus pri nazivni napetosti Un = 400V

Graf 6: Odvisnost faznega toka I od slipa s (Im meritve, Is simulacija)

0

2

46

8

10

12

14

16

18

20

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

I[A]

s [/]

Tok

Im

Is


21/32


21

Graf 7: Odvisnost navora M od slipa s (Mm meritve, Ms simulacija)

0

5

10

15

20

25

30

35

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

M[Nm]

s [/]

Navor

Mm

Ms


22/32


22

Navorni preizkus pri napetosti U = 330V

Graf 8: Odvisnost toka I od slipa s (Im meritve, Is simulacija)

Graf 9: Odvisnost toka izhodne moi Pizh od slipa s (Pizhm meritve, Pizhs simulacija)

Graf 10: Odvisnost navora M od slipa s (Mm meritve, Ms simulacija)

0

5

10

15

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

I[A]

s [/]

Tok

Im

Is

0

500

1000

1500

2000

2500

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Pizh[W]

s [/]

Izhodna mo

Pizhm

Pizhs

0

5

10

15

20

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

M[Nm]

s [/]

Navor

Mm

Ms


23/32


23

Graf 11: Odvisnost vhodne moi Pvh od slipa s (Pvhm meritve, Pvhs simulacija)

Graf 12: Odvisnost faktorja delavnosti FD od slipa s (FDm meritve, FDs simulacija)

Graf 13: Odvisnost izkoristka Izkod slipa s (Izkm meritve, Izks simulacija)

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Pvh[W]

s [/]

Vhodna mo

Pvhm

Pvhs

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

FD[/]

s [/]

Faktor delavnosti

FDm

FDs

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

Izk[/]

s [/]

Izkoristek

Izkm

Izks


24/32


24

Graf 14: Odvisnost izgubne moi Pizg od slipa s (Pizgm meritve, Pizgs simulacija)

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

Pizg[W]

s [/]

Izgubna mo

Pizgm

Pizgs


25/32


25

Bremenski preizkus

Podobno kot pri navornemu preizkusu, le da tukaj opazujemo odvisnost koliin od navora,

namesto od slipa. Razlika je tudi v razponu slipnih vrednosti. Ta preizkusjih zajema praktino

od sinhronizma (s je skoraj 0), pa do vrednosti slipa 10 %.

Graf 15: Odvisnost toka Iod navora M (Im meritve, Is simulacija)

Graf 16: Odvisnost vhodne moi Pvh od navora M (Pvhm meritve, Pvhs simulacija)

0

1

2

3

4

5

6

0 2 4 6 8 10 12 14 16

I[A]

M [Nm]

Tok

Im

Is

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 5 10 15

Pvh[W]

M [Nm]

Vhodna mo

Pvhm

Pvhs


26/32


26

Graf 17: Odvisnost izgubne moi Pizg od navora M (Pizhm meritve, Pizhs simulacija)

Graf 18: Odvisnost faktorja delavnosti FD od navora M (FDm meritve, FDs simulacija)

Graf 19: Odvisnost vrtilne hitrosti n od navora M (nm meritve, ns simulacija)

0

500

1000

15002000

2500

0 5 10 15

Pizh[W]

M [Nm]

Izhodna mo

Pizhm

Pizhs

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 5 10 15

FD[/]

M [Nm]

Faktor delavnosti

FDm

FDs

1350

1400

1450

1500

0 5 10 15

n[obr/min]

M [Nm]

Vrtilna hitrost

nm

ns


27/32


27

Preizkus optimalne napetosti

S tem preizkusom v praksi ugotavljamo, ali ima stroj pravo tevilo navojev.e je temu tako,

bo pri nazivni napetosti, torej pri napetosti za katero je stroj grajen, optimalno deloval. To

pa pomeni, da bo takrat deloval z najboljim izkoristkom.

Preizkus izvedemo tako, da na izhodu stroja vzdrujemo konstantno nazivno obremenitev,pri tem pa spreminjamo napetost in opazujemo veliine. V simulaciji je bil ta preizkus, zaradi

hitreje in laje izvedbe, opravljen drugae. Namesto vsiljene konstantne nazivne mehanske

moi na gredi, so bile meritve v simulaciji opravljene pri takih slipih, pri katerih je pri

doloeni napetosti mehanska obremenitev nazivna. Vrednosti parov slipa in pripadajoe

obremenitev dobimo iz podanih meritev motorja. V teoriji bi po tej metodi morali dobiti v

simulaciji enako mehansko mo na gredi kot pri meritvi, vendar zaradi napak priakovano

pride do odstopanj.

Graf 20: Odvisnost toka I od napajalne napetosti U (Im meritve, Is simulacija)

Graf 21: Odvisnost toka I od napajalne napetosti U (Pvhm meritve, Pvhs simulacija)

3

3,5

4

4,5

5

5,5

6

300 350 400 450 500

I[A]

U [V]

Fazni tok

Im

Is

1800

2000

2200

2400

300 350 400 450 500

Pvh[W]

U [V]

Vhodna mo

Pvhm

Pvhs


28/32


28

Graf 22: Odvisnost izhodne moi Pizh od napajalne napetosti U (Pizhm meritve, Pizhssimulacija)

Graf 23: Odvisnost izgubne moi Pizg od napajalne napetosti U (Pizgm meritve, Pizgssimulacija)

Graf 24: Odvisnost izkoristka Izk od napajalne napetosti U (Izkm meritve, Izks simulacija)

1300

1500

1700

1900

300 350 400 450 500

Pizh[W

]

U [V]

Izhodna mo

Pizhm

Pizhs

300

400

500

600

700

300 350 400 450 500

Pizg[W]

U [V]

Izgubna mo

Pizgm

Pizgs

0,650,7

0,75

0,8

0,85

300 350 400 450 500

Izk[/]

U [V]

Izkoristek

Izkm

Izks


29/32


29

Tranzientna analiza

Ogledali si bomo asovni potek navora, statorskega toka in vrtilne hitrosti pri steku neobremenjenega

stroja. Primerjava z meritvami tukaj ni mona, saj nimamo na razpolago podatkov o dinaminem

delovanju motorja.

Graf 25: Odvisnost faznih tokov Ia, Ib, Ic od asa t

Graf 26: Odvisnost vrtilne hitrosti n od asa t

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

I[A]

t [s]

Fazni tokovi

Ia

Ib

Ic

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

n[obr/min]

t [s]

Vrtilna hitrost

n


30/32


30

Graf 27: Odvisnost navora M od asa t

Graf 28: Odvisnost rotorskih tokov I1, I2 in I3 v kratkostini kletki, v treh sosednjih palicah

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

M[Nm]

t [s]

Navor

M

-2500

-2000

-1500

-1000

-500

0

5001000

1500

2000

2500

3000

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

I[A]

t [s]

Tok I v palicah kratkostine kletke

I1

I2

I3


31/32


31

Zakljuek

Rezultati simulacij se dokaj zadovoljivo pokrivajo z meritvami, e najbolje v obmoju nazivnih vrednosti.

Res je, da je pri doloenih preizkusih prilo do malo vejih odstopanj, vendar se je potrebno zavedati, da

je bilo kar nekaj vhodnih elektrinih parametrov (stresane induktivnosti, upornosti...) za simulacijo,

izraunanih analitino po obrazcih, ki so bolj izkustvene narave pa tudi B-H karakteristika se izven

nazivne obratovalne toke nekoliko razlikuje od prave.

Izkazalo se je tudi, da kljub temu, da analitino izraunani parametriveinoma predstavljajo manjinski

dele v stroju (njihove vrednosti so majhne v primerjavi s tistimi, ki jih zajema FEM), izjemno vplivajo na

lastnosti stroja, torej jim lahko pripiemo lastnost visoke obutljivosti. In e je bila pri izraunih teh

obutljivih parametrov narejena veja napaka (kot je bilo e omenjeno imajo lahko analitino obrazci

tudi do 30% ali ve odstopanja od dejanskih vrednosti), po tem lahko priakujemo tudi veja odstopanja

na rezultatih.

Natannost rezultatovbi lahko izboljali tako, da bi v program v 3D vnesli geometrijo celotnega stroja in

bi se tako izognili analitinim izraunom, ki predstavljajo glavni vzrok odstopanj.


32/32


Uporabljena literatura:

[1] Damijan Miljavec, Peter Jereb ; Elektrini stroji - temeljna znanja

*2+ Peter Jereb, Damijan Miljavec ; Vezna teorija elektrinih strojev

Documents

Asinhronski Motor in FEM Analiza