Modeliranje in analiza trifaznih asinhronskih motorjev

KAVŠEK, LUKA (author), Čorović, Selma (mentor)

V diplomski nalogi sem se osredotočil na načrtovanje, modeliranje in analizo trifaznih asinhronskih motorjev s kratkostično kletko, namenjenih za uporabo v različnih industrijskih aplikacijah, kot so avtomobilska, kemična, farmacevtska itd. V začetnem delu je predstavljeno uporabljeno programsko orodje za numerično modeliranje elektromagnetnih struktur FEMM, ki temelji na metodi končnih elementov ter nadgradnja omenjenega programa v končno programsko orodje, ki omogoča lažje načrtovanje, konstruiranje in analizo različnih obratovalnih stanj trifaznih asinhronskih motorjev s kratkostično kletko. Omenjeno programsko orodje, torej temelji na programu FEMM, ki je bil ciljno nadgrajen s programskim orodjem Scilab. Grafični vmesnik pa je izdelan v programskem okolju Microsoft Visual Basic. Programsko orodje na podlagi vnesenih vhodnih geometrijskih, električnih, snovnih in ostalih podatkov asinhronskega motorja izračuna elemente nadomestnega vezja, katere nato uporabi za izračun izhodnih karakteristik motorjev. Glavni cilj diplomske naloge je bil ustrezno načrtati asinhronske motorje nazivnih moči 3 kW, 15 kW in 22 kW, na podlagi zahtevane geometrije statorja in rotorja, snovnih lastnosti posameznih segmentov motorja, navijalne sheme in lastnosti navitij ter uporabe poševljenja kratkostične kletke na rotorju za zmanjševanje pulzacij navora. Najprej sem zgradil numerične modele motorjev nazivnih moči 3 kW in 22 kW podjetja Bartec Varnost d. o. o. Izračunal sem navorne karakteristike, izgube v statorju in rotorju, faktor delavnosti ter izkoristke glede na definirane vhodne zahteve za načrtovanje omenjenih trifaznih asinhronskih motorjev. Rezultate numeričnih modelov sem primerjal z meritvami opravljenimi na realnih asinhronskih motorjih enakih moči, serijsko izdelanih v podjetju. Na ta način sem preveril natančnost numeričnih modelov in potrdil njihovo uporabnost. Na podlagi tako potrjenih oziroma validiranih modelov sem izdelal še modele trifaznih asinhronskih motorjev moči 15 kW namenjenih za uporabo v avtomobilski industriji.

• Language: Slovenian
• Keywords: trifazni asinhronski motor, metoda končnih elementov, FEMM, načrtovanje asinhronskega motorja.
• Work type: Bachelor thesis/paper
• Organization: FE - Faculty of Electrical Engineering
• Year: 2022
• PID: 20.500.12556/RUL-140634
• COBISS.SI-ID: 121715715
• Publication date in RUL: 16.09.2022

Secondary language

• Language: English
• Title: Modeling and analysis of three-phase induction motors

Abstract

This diploma thesis presents a systematic design, modelling, and analysis of three-phase induction motors with a squirrel cage on the rotor side, intended for use in various industrial applications, such as automotive, chemical, pharmaceutical etc. The first part presents the software tool based on finite element method (FEMM) which has been upgraded to facilitate the design, construction, and analysis of three phase inductions motors with a squirrel cage on the rotor side. The FEMM program has been upgraded with the software Scilab, while the graphic user interface has been developed using the Microsoft Visual Basic environment. The resulting software tool enables design and analysis of induction machines based on the required input data such as geometrical, electromagnetic, material, and other properties. The software returns the calculated equivalent circuit parameters based on which the output characteristics of the modelled motor can be calculated (i.e., torque characteristic, efficiency etc.) The main objective was to design the three-phase induction motors of nominal powers 3 kW, 15 kW and 22 kW, based on the input stator and rotor geometry, the basic characteristics of the individual motor segments, the selection of the appropriate winding scheme and winding characteristics, and finally, the use of methods such as rotor skewing to reduce the parasitic effects such as torque pulsations. First, the numerical models of induction motors with the nominal powers 3 kW and 22kW have been built and validated with the experimental measurements performed on the industrial induction motors with the same power, produced in the company Bartec Varnost d. o. o. Based on the validated numerical modelling approach the numerical models with the nominal power of 15 kW, intended for automotive industrial applications, have been developed and analysed.

• Keywords: three-phase induction motor, finite element method, FEMM, induction motor design.