Calcul du chauffage avec ANSYS
Secteur: Ingénierie électrique/électroniqueDiscipline: Électromagnétisme, ThermiqueSCHOTTEL est le leader mondial des systèmes de propulsion et de contrôle marins. CADFEM a calculé avec Ansys la chaleur engendrée par un moteur asynchrone triphasée.
Résumé
Tâche
Dans les machines asynchrones triphasées, la chaleur est générée à la fois par le courant qui circule dans les enroulements du stator et par les courants induits dans les barres de court-circuit du rotor. Les pertes de remagnétisation y contribuent également. La simulation FE permettrait l’évaluation de la chaleur engendrée en fonction du temps et la visualisation des températures aux points critiques.
Solution
Les taux moyens de production de chaleur issus de la simulation EMAG sont transférés dans un modèle 3D FE thermiques. Les points de transition thermique entre les composants sont modélisés comme des contacts. Finalement, la simulation fournit le comportement de chauffage en fonction du temps de l'ensemble de la machine.
Avantages clients
La simulation 3D en fonction du temps, dans ANSYS, décrit le processus d’élévation de température de la machine en Joule sans recourir à des prototypes physiques complexes.
Schottel GmbH à Spay fournit, entre autres, des systèmes de propulsion de navires sur la base de moteurs asynchrones triphasées dans la gamme de puissance 2-5 MW. Dans ces machines, la chaleur dissipée est générée à la fois par l'alimentation des enroulements du stator et par les courants induits dans les barres de court-circuit du rotor. Les pertes de remagnétisation y contribuent également. Le refroidissement est assuré par l'eau de mer environnante via le boîtier et l'arbre creux, en bronze. En outre, l'air de refroidissement est forcé dans les espaces de tête d'enroulement et par des conduits d'air dans les empilements de tôles du stator et du rotor. Une simulation par éléments finis permet de visualiser la chaleur générée en fonction du temps et les températures atteintes aux points critiques.
La solution se fait en deux étapes :
1) Simulation EMAG transitoire en 2D
La détermination de la production de chaleur dans les enroulements du stator est relativement simple grâce aux courants de phase donnés et à la résistance ohmique. Cependant, la distribution de la densité de courant dans les barres de court-circuit du rotor résulte de l'induction électromagnétique. Au moyen d'une simulation électromagnétique 2D avec ANSYS/Multiphysics, les amplitudes de courant et de densité de flux et les taux de production de chaleur résultants sont calculés à partir du champ tournant du stator et des valeurs de vitesse ou de glissement données. En raison du principe de la machine asynchrone, un transitoire complet doit être calculé avant que les valeurs en régime permanent puissent être extraites. Cela demande beaucoup de temps. Il est démontré que la forme concrète des coupes de laminage a une influence considérable sur la distribution de la densité de courant.
2) Simulation thermique transitoire en 3D
Les taux moyens de production de chaleur issus de la simulation EMAG sont maintenant transférés dans un modèle 3D d'éléments thermiques. Dans ce modèle, les têtes de bobinage ainsi que les anneaux de court-circuit sont également conçus en détail. Les points de transition thermique entre les composants sont modélisés comme des contacts. La convection et le transport de chaleur sont représentés au moyen des éléments SURFACE et PIPE par des chiffres clés. Enfin, la simulation fournit le comportement de chauffage en fonction du temps de l'ensemble du corps de la machine.
