The innovative design concept of thermal model for the calculation of the electromagnetic circuit of rotating electrical machines

Operating parameters and reliability of rotating electrical machines are connected to a large extent with their thermal state. The high temperature of these devices has an impact on the life of such elements as bearings, windings, andalso efficiency and possibility of their use. More often, during the analysis of the existingand new designs of electrical machines,the thermal and mechanical calculations are carried out. The finite element method which uses spatial models is commonly used in such calculations. The correct formulation of boundary conditionsand the appropriate model simplifications are the key problems. Parameters calibration of thecalculation model in order to obtain adequate calculations results to the actual device operation is necessary to performed. The innovative conception for determining the thermal parameters of the numerical model for the most complex structure of electrical machinery, which is the electromagnetic circuit, is presented in this paper. During the preparation of the thermal spatial computational models of rotating electrical machines, this method can be used. The proposed simplified monolithic model of the electromagnetic circuit with base on simple experiment calibration method allows to preparethe effective computational model which can be successfully applied in the programs which use the finite element method.

Parametry eksploatacyjne oraz niezawodność wirujących maszyn elektrycznychzwiązane są w znacznymstopniu z ich stanem cieplnym. Wysoka temperatura tych urządzeń ma wpływ na żywotność takich elementów jakłożyska, uzwojenie, oraz sprawność i możliwości ich zastosowania. Podczas analizy istniejących konstrukcji maszyn elektrycznych oraz na etapie projektowania nowychprowadzone sącoraz częściejobliczeniawytrzymałościowe i termiczne.Przy obliczeniach takich powszechnie stosowana jest metoda elementów skończonych wykorzystująca przestrzenne modele obliczeniowe, w których zagadnieniem kluczowym jest sformułowanie poprawnych warunków brzegowych oraz przyjęcie właściwych uproszczeń. W celu otrzymania wyniku adekwatnego do rzeczywistej pracy analizowanego urządzenia niezbędne jest przeprowadzenie kalibracji parametrów modelu obliczeniowego. W niniejszej pracy przedstawiono innowacyjną koncepcję określania parametrów cieplnych modelu numerycznego dla najbardziej złożonej struktury maszyn elektrycznych, jaką jest obwód elektromagnetyczny. Metoda ta ma zastosowanie podczas budowy przestrzennych termicznych modeli obliczeniowych wirujących maszyn elektrycznych. Zaproponowany uproszczony monolityczny model obwodu elektromagnetycznego wraz z metodą jego kalibracji za pomocą prostego doświadczenia pozwala na szybkie przygotowanie efektywnegomodelu obliczeniowego, który z powodzeniem może być użyty w programach wykorzystujących metodę elementów skończonych.