Elektrotechnisches Institut (ETI)

Thermische Modellierung elektrischer Maschinen

  • Motivation

    Bei der Auslegung und Berechnung von Elektromotoren kommt der Kühlung eine entscheidende Bedeutung zu. Durch die Kühlung müssen Verluste, wie zum Beispiel Stromwärmeverluste der Wicklung und Eisenverluste des Stators abgeführt werden. Eine unzureichende Kühlung führt zu höheren Temperaturen und damit zu einer Verkürzung der Wicklungslebensdauer. Bei permanenterregten Maschinen besteht zudem die Gefahr einer irreversiblen Entmagnetisierung. Mit einem guten analytischen thermischen Ersatzmodell können zudem die im realen Betrieb in der Maschine auftretenden Temperaturen geschätzt werden. Je nach Güte des Modells kann damit auf Temperatursensoren verzichtet werden.

    Aufgabenstellung

    In dieser Arbeit soll zunächst in Matlab/Simulink eine Bibliothek mit Funktionsblöcken für analytische thermische Modelle einzelner Maschinenkomponenten erstellt werden. Zum Beispiel können Lagerschilde hierfür in guter Näherung als Zylinder modelliert werden. Die Ergebnisse sollen anschließend mit einem bestehenden 3D-FEM Modell in Ansys verglichen werden. Aufbauend auf den Ergebnissen soll in einer weiteren Detailierungsstufe ein Geometrieexport aus dem analytischen Motorberechnungsprogramm SPEED ermöglicht werden. Konturen wie Statorzähne und Wicklungen sollen damit in 2D-FEM berechnet werden. Finales Ziel ist dann eine Rückgabe der Temperaturen an Speed, wodurch eine gekoppelte Simulation ermöglicht wird. Ebenso soll das detaillierte 2D-Modell wiederum mit Ansys verglichen werden.