بررسی سازوکارهای انتقال حرارت در موتورهای سنکرون مغناطیسی دائم (PMSM)

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 استاد دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه تبریز

2 دانشجوی دکترای دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه تبریز

چکیده

استفاده وسیع از موتورهای الکتریکی، مهندسین را بر آن می‌دارد که در طراحی، بهره‌برداری و کنترل موتورهای الکتریکی دقت لازم را مبذول دارند. در این پژوهش به بررسی سازوکارهای انتقال حرارت در موتور سنکرون مغناطیس دائم پرداخته می‌شود. ابتدا تک‌تک بخش‌های موتور سنکرون مغناطیس دائم معرفی شده و سپس انتقال حرارت در این بخش‌ها بررسی می‌شود. مهم‌ترین قسمت موتور از نظر حساسیت و اهمیت انتقال حرارت بهتر برای دقت بیش‌تر روی آن، مارپیچ‌ها هستند که قبل از قسمت‌های دیگر موتور آسیب می‌بینند. همچنین دومین قسمت موتور از نظر اهمیت انتقال حرارت بیش‌تر و بهتر، فاصله هوایی است. مورد بعدی که باید مد نظر گرفته شود، فاصله فصل مشترک بین بدنه (فریم) و استاتور است که در زمان طراحی می‌توان از فاصله‌های بسیار بزرگ خودداری کرد. همچنین در مطالعه دقیق‌تر انتقال حرارت قابل ذکر است که بیش‌ترین انتقال حرارت جابجایی در فاصله هوایی، انتهای مارپیچ و داخل و خارجی موتور است و همچنین بیش‌ترین نرخ انتقال حرارت هدایتی در استاتور، روتور و آهنرباهای مغناطیسی دائم است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Study of Heat Transfer Mechanisms in Permanent Magnet Synchronous Motors (PMSM)

نویسندگان [English]

  • Saeed Zeinali Heris 1
  • Pedram Vousoughi 2
1 Faculty of Chemical and Petroleum Engineering- University of Tabriz
2 Faculty of chemical and Petroleum Engineering, University of Tabriz,
چکیده [English]

Vast usage of electric motors force engineers to pay more attention in design of electric motors so these machines could be better used by major population of people. In this article heat transfer mechanism of PMSM is studied. Firstly all parts of the motor is introduced and then heat transfer study has applied on each. The most important part of the motor is winding that is highly vulnerable. The second important part is air-gap. The next important part that should be considered is gap between frame and stator that should be considered while designing. The most convective heart transfer is occurred in air-gap, end windings and inside and outside of the motor. On the other hand, the most conduction heat transfer rate is occurred in stator, rotor and magnet.

کلیدواژه‌ها [English]

  • PMSM
  • Convective heat transfer
  • Permanent Magnetic Synchronous Motor
  • Air-Gap
  • Rotor
  • Stator
  1. ایلکا. ر، (1391)، طراحی بهینه و ساخت موتور سنکرون مغناطیس دائم سطحی پنج فاز، پایان‌نامه کارشناسی ارشد دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، جلد 15، شماره 1، ص‌ 113-121.
  2. پاکزاد. ع، (1390)، کنترل و تغییر سریع سرعت در موتورهای سنکرون مغناطیس دائم (PMSM)، پایان‌نامه کارشناسی ارشد دانشکده مهندسی برق و الکترونیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی.
  3. Asef. P, Perpina. R, Barzegaran. M.R, (2018), An innovative natural air-cooling system technique for temperature-rise suppression on the permanent magnet synchronous machines, Electric Power Systems Research, Vol. 154, pp 174-181.
  4. Pyrhönen.J, Lindh.P, Polikarpova.M, Kurvinen. E, Naumanen.V, (2015), "Heat-transfer improvements in an axial-flux permanent-magnet synchronous machine", Applied Thermal Engineering, Vol. 76, pp 245-251.
  5. Fang.G, Yuan.W, Yan.Z, Sun.Y, Tang.Y, (2019), "Thermal management integrated with three-dimensional heat pipes for air-cooled permanent magnet synchronous motor", Applied Thermal Engineering, Vol. 152, pp 594-604.
  6. Wang, S, Li.Y, ZeLi.Y, Wang. J, WeiGuo.X, (2016),"Transient cooling effect analyses for a permanent-magnet synchronous motor with phase-change-material packaging", Applied Thermal Engineering, Vol. 109, pp 251-260.
  7. Lee.S, (2009). "Development and Analysis of Interior Permanent Magnet Synchronous Motor with Field Excitation Structure", PhD thesis, University of Tennessee.
  8. Pyrhonen, J, Jokinen.T, Hrabovcova. V, (2007), Design of rotating electrical machines, Wiley.
  9. Gieras. J. F, (2010) "Permanent magnet motor technology: design and applications/3rd edition", CRC press.
  10. Demetriades, G., Zelaya Parra.H, Andersson.E, Olsson.H, (2010), "A Real-Time Thermal Model of a Permanent-Magnet Synchronous Motor", Power Electronics, Vol. 25, No. 2, pp 463-474.
  11. Kylander.G, (1995), "Thermal modelling of small cage induction motors", School of Electrical and Computer Engineering, Chalmers University of Technology ,Göthenborg, Sweden,Technical Report No. 265.
  12. Lindstorm.J, (1999), "Thermal model of a permanent-magnet motor for a hybrid electric vehicle", Department of Power Engineering., Chalmers University of Technology, Gothenburg, Sweden,Internal report .
  13. Boglietti.A, Cavagnino.A, Lazzari.M, and Pastorelli.M, (2003), "A simplified thermal model for variable-speed self-cooled industrial induction motor", Industry Applications, vol. 39, no. 4, pp. 945–952.
  14. Puranen.J, (2006), "Induction motor versus permanent magnet synchronous motor in motion control applications: A comparative study", Ph.D. dissertation, Lappeenranta University of Technology, Lappeenranta, Finland.
  15. Touhami.S, Bertin.Y, Lefèvre.Y, Llibre.J.F, Henaux.C, Fenot.M, (2017), "Lumped Parameter Thermal Model of Permanent Magnet Synchronous Machines", Electrimacs, pp. 1-6.
  16. Holman.J.P, (1992), "Heat Transfer", 7th edition. New York: McGraw-Hill.
  17. Bertotti.G, (1988), "General Properties of Power Losses in soft Ferromagnetic Materials, IEEE Transactions on magnetics", vol. 24, no. 1, pp. 621- 630.
  18. Burress.T.A, (2011), "Evaluation of the 2010 Toyota Prius Hybrid Synergy Drive System, Technical Report", Oak Ridge National laboratory.
  19. Widek,P. (1990), "Auxillary powered induction machines with inverter supply", Chalmers university of technology, Department of electrical machines and power electronics-technical report,R-90-08.
  20. Becker.K.M, Kaye.J, (1962), "Measurements of adiabatic flow in an annulus with an inner rotating cylinder", Journal of Heat Transfer, Vol 84, pp. 97- 105.
  21. Gazley.C, (1958), "Heat transfer characteristics of rotational and axial flow between concentric cylinders.Transactions of the ASME", Vol 80-1, pp.79-90.
  22. Aoki.H, Nohira.H, Arai.H, (1967),"Convective heat transfer in an annulus with an inner rotating cylinder", Bulletin of JSME, Vol 10 - 39, p. 523- 532.
  23. Bjorklund.I.S, Kays.W.M, (1959), "Heat transfer between concentric rotating cylinders", Journal of Heat Transfer, Vol 81, pp. 175-186.
  24. Illet.C, Hadi.A.W, Perret.R, Isnard.R, (1989), "Identification du modèle thermique d'une machine à induction de puissance moyenne" Revue de Physique Appliquée, Vol 24 -9, pp. 923-931.
  25. Luke.G.E, (1923), "The cooling of electric machine" Transactions of the AIEE, Vol 42, pp. 636-652.
  26. Koziej.E, (1989), "Cooling and heating of electrical machines", Helsinki University of Technology, Laboratory of Electromechanics, Lecture Notes, Helsinki, Finland, pp104.
  27. Incropera.F, DeWitt.D, Bergman.T, Lavine.A, (2006), "Fundamentals of heat and mass transfer", 6th edition. John Wiley and Sons.