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Refrigeração elétrica do motor
Aug 22, 2017

O resfriamento de um motor elétrico é estudado neste exemplo.    O motor consiste em peças rotativas e estacionárias.    Ele aquece devido à transferência de calor do motor ao qual está montado e devido ao aquecimento por fricção nos rolamentos do eixo.    O arrefecimento é realizado por bobinas montadas na caixa e, em menor grau, pelo entreferro entre os componentes rotativos e estacionários

Os resultados sugerem que é necessário um arrefecimento adicional para este design particular do motor e do motor.

 

A tarefa de geração de energia distribuída é geralmente alcançada por um conjunto gerador composto por um motor de combustão interna (IC) acoplado a um motor elétrico. Arrefecionar os motores elétricos é uma tarefa desafiadora. Além do calor liberado das bobinas, os motores recebem fluxo de calor adicional do motor de IC anexado. O entreferro, que é confinado entre o rotor e os componentes estacionários (estator e caixa), geralmente é muito pequeno e não contribui significativamente para o processo de resfriamento.

Quando este é o caso, a água de refrigeração é circulada através das bobinas na carcaça do motor para dissipar o calor.   Este exemplo simula uma tal situação e prevê a distribuição da carga de calor em vários componentes do motor elétrico. Os resultados computacionais fornecem informações detalhadas sobre o processo de resfriamento do motor e podem ser usados para orientar o projeto de estratégias alternativas para o resfriamento efetivo do motor.

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Usando FLUENT, um setor periódico de 30 graus do motor é analisado.    O domínio de cálculo (Figura 1) consiste no eixo do motor, rotor, estator, ímãs, carcaça do motor e adaptadores de eixo e caixa, que são usados para aparafusar o motor ao motor. O estator, não mostrado na figura, fica dentro do rotor e do alojamento, estendendo-se da região abaixo dos ímãs para a região dentro da parte externa da carcaça do motor. Tem uma seção transversal com a forma de   letra "eu".    Com exceção do estator, todos os componentes do motor sólido são simulados como paredes condutoras (zonas sólidas), ao longo dos quais a equação de energia é resolvida.

O rotor é separado da carcaça do motor e do estator por um entreferro (azul). Contém um par de ímãs (vermelhos) que rodam com o rotor. O motor é aparafusado ao motor usando a carcaça e adaptadores de eixo. Os parafusos utilizados para fazer as conexões, com as secções transversais mostradas em verde, transferem uma quantidade significativa de calor do motor para o motor. As juntas entre os adaptadores e as montagens do motor são usadas para minimizar essa transferência de calor.

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As condições de fronteira da transferência de calor por convecção são aplicadas nas superfícies exteriores da caixa. As bobinas de refrigeração, montadas na carcaça do motor, também são modeladas usando esta condição de limite. As temperaturas são especificadas nas superfícies do adaptador. As faces das superfícies do adaptador que são cobertas com juntas são modeladas usando a condição de limite de resistência térmica da parede fina. Esta condição de limite especial permite uma camada fina   de material condutor (a junta) entre o limite externo (o motor) e as zonas de parede fluidas ou condutoras (os adaptadores) no interior do domínio.    As superfícies circulares de conexão do parafuso são descritas por condições de fronteira de temperatura constante.    As superfícies do estator são tratadas como limites externos com uma temperatura variável na direção radial.

A Figura 2 mostra contornos de temperatura no eixo e na carcaça do motor.    Os contornos de temperatura ilustram o influxo de calor para esses componentes a partir do motor. Os contornos de temperatura no rotor são mostrados na Figura 3. Uma temperatura mais alta pode ser vista no canto inferior direito (e, em menor grau, no canto inferior esquerdo) do rotor. Isto é principalmente devido ao aquecimento do adaptador do eixo, e em parte devido à fonte de calor que está incluída para representar o aquecimento por fricção no local dos rolamentos do eixo. Os contornos de temperatura nos ímãs são mostrados na Figura 4. Eles ilustram que as regiões mais próximas do motor (inferior direita) recebem refrigeração inadequada em comparação com outras.

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Em resumo, uma análise CFD de um motor elétrico montado em um motor de IC mostrou que as bobinas de água são efetivas no resfriamento apenas de uma parte da seção do motor - o que

está mais distante do motor. As regiões dos componentes do motor mais próximas do motor (ímãs, rotor e caixa) apresentaram temperaturas cada vez maiores devido ao influxo de calor direto através dos adaptadores e aquecimento por fricção nos rolamentos. Os resultados computacionais mostraram que um arrefecimento adicional ou proteção contra calor seria necessário nos adaptadores da carcaça para evitar danos nos ímãs do lado do motor. Além disso, um maior fluxo de refrigerante através do tubo do lado do motor proporcionaria um melhor arrefecimento no lado do motor do motor.