Mô phỏng các đặc tính động cơ không đồng bộ ba pha với Motor CAD

BỘ CÔNG THƯƠNG
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN
--------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Mơ phỏng các đặc tính động cơ khơng đồng bộ ba pha
với Motor - CAD
Người hướng dẫn : TS. LÊ ANH TUẤN
Nhóm sinh viên thực hiện:
MAI MINH TÙNG

2017600437

NGUYỄN MINH HIẾU

2017600710

BÙI VĂN QUANG

2017600461

NGUYỄN TẤT THÀNH 2017600345
CAO HỮU CƯƠNG

2017603391

Lớp : Điện 1 – K12

Khoa : Điện

Hà Nội, 05/2021


BỘ CÔNG THƯƠNG
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN
--------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Mơ phỏng các đặc tính động cơ khơng đồng bộ ba pha
với Motor - CAD
Người hướng dẫn : TS. LÊ ANH TUẤN
Nhóm sinh viên thực hiện:
MAI MINH TÙNG

2017600437

NGUYỄN MINH HIẾU

2017600710

BÙI VĂN QUANG

2017600461

NGUYỄN TẤT THÀNH 2017600345
CAO HỮU CƯƠNG

2017603391

Lớp : Điện 1 – K12

Khoa : Điện

Hà Nội, 05/2021


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Mô phỏng động cơ không đồng bộ 7.5kW

LỜI MỞ ĐẦU
Cuộc sống càng hiện đại, thì việc xuất hiện nhiều loại động cơ mới để đáp ứng
chất lượng cuộc sống của người dân ngày càng tăng, tuy nhiên ưu thế của loại động cơ
không đồng bộ vẫn là rất lớn trong nền kinh tế. Là loại máy điện có kết cấu đơn giản,
dễ chế tạo, làm việc chắc chắn ít phải chăm sóc bảo dưỡng và giá thành thấp hơn nhiều
so với các loại động cơ khác có cùng cơng suất, do đó động cơ khơng đồng bộ là loại
động cơ được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay. Nổi bật hơn cả là động cơ không đồng
bộ roto lồng sóc cơng suất vừa và nhỏ. Được sử dụng trong công nghiệp làm máy động
lực, máy công cụ… trong nông nghiệp dùng làm động cơ bơm nước, dùng trong các lị
sấy nơng sản, ... trong các thiết bị dân dụng như quạt gió, thiết bị điện tử - điện lạnh.
Ngày nay nguồn tài nguyên đang dần cạn kiệt, trong khi đó chưa tìm được năng
lượng thay thế mới, việc sử dụng những nhiên liệu hóa thạch truyền thống đang làm
môi trường sống bị đe dọa nặng nề, như chúng ta thấy, đó là hiệu ứng nhà kính, thiên
tai lũ lụt gia tăng trong những năm gần đây. Vì vậy, giải pháp của thế giới là sử dụng
tiết kiệm nguồn tài nguyên ít ỏi này sao cho đạt hiệu quả cao nhất. Nhằm góp phần vào
nỗ lực bảo vệ môi trường sống. Chúng ta phải làm sao để việc sử dụng năng lượng tiết
kiệm và hiệu quả nhất, với việc nghiên cứu chế tạo ra những hệ thống, thiết bị có hiệu

suất cao.
Là một sinh viên chuyên ngành Điện – Điện tử, em nhận đề tài: “Mô phỏng
các đặc tính động cơ khơng đồng bộ ba pha với Motor - CAD” để làm đồ án tốt
nghiệp.
Hiện nay có 2 phương pháp thiết kế máy điện đó là thiết kế trực tiếp và thiết kế
thông thường. Thiết kế trực tiếp tức là từ tính năng của máy, xác định các tham số và
tham số quyết định kích thước hình học. Đối với thiết kế thơng thường ta chọn kích
thước hình học trước rồi tính các tham số, sau đó kiểm nghiệm lại tính năng. Nếu kiểm
nghiệm khơng đạt thì chọn lại kích thước và tính lặp lại.
Với phương pháp trực tiếp địi hỏi có một số lượng thống kê rất lớn các số liệu
kinh nghiệm về các sản phẩm hiện có làm cơ sở để tính tốn. Theo em, đối với một
sinh viên nên học và thiết kế theo cách thơng thường trước, để từ đó xây dựng được
một tư duy thiết kế không quá phụ thuộc vào các hệ số kinh nghiệm. Việc tính tốn lặp
lại nhiều lần có thể sử dụng sự hỗ trợ từ máy tính. Nhằm tự xây dựng cho mình một cơ
sở dữ liệu để sau này sẽ phát triển và ứng dụng phương pháp thiết kế trực tiếp.
Đối với thiết kế này em có sử dụng một phần mềm hỗ trợ thiết kế động cơ của
phần mềm MOTOR CAD để thuận tiện cho việc tính tốn tự động.


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Mô phỏng động cơ không đồng bộ 7.5kW

Trong quá trình làm đồ án em đã được sự hướng dẫn tận tình của các
thầy cơ bộ mơn Thiết bị điện, đặc biệt là tiến sĩ Lê Anh Tuấn cùng với sự nỗ lực của
bản thân em đã hoàn thành nhiệm vụ thiết kế theo các chương sau:S
Chương I.

Tổng quan về phần mềm Ansys Motor-CAD.

Chương II. Phân tích các công cụ mô phỏng và khảo sát động cơ không đồng
bộ trong phần mềm Ansys Motor-CAD.
Chương III. Tính tốn các thơng số động cơ khơng đồng bộ Rotor lồng sóc để
mơ phỏng và khảo sát đặc tính.
Chương IV. Mơ phỏng đánh giá kết quả với phần mềm Ansys Motor-CAD.
Do vừa tìm hiểu, vừa làm đồ trong một thời gian tương đối hạn chế, vì vậy đồ án
này khơng tránh được những sai sót. Em mong các thầy cơ thơng cảm và bỏ qua cho
em. Em cũng rất mong muốn nhận được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cơ trong bộ
môn để em học hỏi và rút ra kinh nghiệm cho việc học tập công tác sau này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 5 năm 2021
Sinh viên

Mai Minh Tùng


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Mô phỏng động cơ không đồng bộ 7.5kW

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM MOTOR-CAD ................................1
1.1. Giới thiệu về phần mềm Motor-CAD ..................................................................1
1.1.1. Lịch sử phát triển ..........................................................................................1
1.1.2. Giới thiệu về phần mềm Motor-CAD ...........................................................2
1.1.3. Khả năng mô phỏng ......................................................................................3
1.1.4. Ứng dụng ......................................................................................................3
CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH CÁC CƠNG CỤ MƠ PHỎNG VÀ KHẢO SÁT

ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ TRONG PHẦN MỀM MOTOR-CAD ................5
2.1. Giới thiệu ứng dụng chuỗi phần mềm MOTOR-CAD trong mô phỏng số máy
điện ..............................................................................................................................5
2.2. Model E – Magnetics .........................................................................................16
2.2.1. Geometry ....................................................................................................16
2.2.2. Winding ......................................................................................................17
2.2.3. Input Data ...................................................................................................19
2.2.4. Calculation ..................................................................................................23
2.2.5. E-Magnetics ................................................................................................24
2.2.6. Output Data .................................................................................................26
2.2.7. Graphs .........................................................................................................26
2.2.8. Các công cụ khác ........................................................................................27
CHƯƠNG 3. TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ
7.5kW ROTO LỒNG SĨC ĐỂ MƠ PHỎNG VÀ KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH .........28
3.1. Thơng số của động cơ cần thiết kế .....................................................................28
3.2. Phân tích và hướng thiết kế ................................................................................28
3.3. Vật liệu sử dụng trong thiết kế ...........................................................................29
3.4. Thiết kế các thơng số hình học cơ bản của động cơ ..........................................31


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Mô phỏng động cơ không đồng bộ 7.5kW

CHƯƠNG 4. MÔ PHỎNG ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VỚI PHẦN MỀM MOTORCAD...............................................................................................................................52
4.1. Hướng dẫn tạo project và nhập dữ liệu cần thiết vào phần mềm ANSYS MotorCAD ..........................................................................................................................52
4.1.1. Tạo project mô phỏng động cơ không đồng bộ ..........................................52
4.1.2. Cài đặt dữ liệu chung ..................................................................................53
4.1.3. Cài đặt cấu tạo của Stator và Rotor ............................................................55
4.1.4. Cài đặt dây quấn .........................................................................................57

4.2. Mô phỏng động cơ khơng đồng bộ 3 pha, roto lồng sóc 7.5kW với các thông số
thiết kế sử dụng phần mềm Motor-CAD...................................................................61
4.3. Kết luận, ứng dụng phần mềm trong việc hỗ trợ thiết kế động cơ.....................70
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................72
CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN ..........................73


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Mô phỏng động cơ không đồng bộ 7.5kW

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 2.1.Khả năng của chuỗi phần mềm MOTOR CAD làm được ...............................5
Hình 2.2.Interior PM machine design .............................................................................7
Hình 2.3.Switched reluctance machine design ................................................................7
Hình 2.4.Linear winding layout.......................................................................................7
Hình 2.5.Radial winding pattern .....................................................................................7
Hình 2.6.Visualisation of oil spray cooling .....................................................................8
Hình 2.7. Thermal network .............................................................................................8
Hình 2.8.Radial temperature distribution ........................................................................8
Hình 2.9.Thermal transient solution ................................................................................8
Hình 2.10.Fan cooled machine with cowling ................................................................9
Hình 2.11.Through ventilation with radial ducts .........................................................9
Hình 2.12.Water jacket with axial channels ..................................................................9
Hình 2.13.Cross-Section Showing Axial Temperatures ..............................................10
Hình 2.14.Slot cross section for a concentrated winding .............................................10
Hình 2.15.Thermal Resistance Network .......................................................................10
Hình 2.16.Slot cross section for ....................................................................................10
Hình 2.17.Bản đồ hiệu quả được tính tốn trong khu vực vận hành và tạo ra ..............11
Hình 2.18.Tổn thất được tính tốn theo thời gian cho một chu kỳ ...............................11

Hình 2.19.Đồ thị đường cong tốc độ / mô-men xoắn cực đại .......................................13
Hình 2.20.Đồng giải quyết hành vi điện từ và nhiệt trong chu kỳ ................................14
Hình 2.21.Von Mises Stress in IPM rotor at maximum speed ......................................15
Hình 3.1.Lưu đồ thiết kế động cơ ..................................................................................29
Hình 3.2.Sơ đồ dây quấn của stato ................................................................................34
Hình 3.3.Quan hệ giữa hệ số bão hòa với hệ số cung cực từ và hệ số sóng .................35
Hình 3.4.Kích thước cơ bản của rãnh quả lê .................................................................37
Hình 3.5.Kích thước rãnh roto.......................................................................................40


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Mô phỏng động cơ không đồng bộ 7.5kW

Hình 3.6.Mặt cắt ngang vịng ngắn mạch ......................................................................41
Hình 4.1.Tốc độ của động cơ theo thời gian .................................................................65
Hình 4.2.Mơmen của động cơ theo thời gian ................................................................65
Hình 4.3.Biến thiên dịng điện cuộn dây stato ..............................................................66
Hình 4.4.Các loại tổn hao theo thời gian .......................................................................67
Hình 4.5.Phân bố từ thơng tại thời điểm 0,01s ..............................................................68
Hình 4.6.Mật độ từ trường tại thời điểm 0,01s ..............................................................68
Hình 4.7. Phân bố từ thơng tại thời điểm 0,45s .............................................................69
Hình 4.8. Mật độ từ trường tại thời điểm 0,45s .............................................................69
Hình 4.9. Lưu đồ thiết kế động cơ khi có sự hỗ trợ của phần mềm ..............................71

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1. Bảng giá trị đường cong từ hóa của sắt kỹ thuật điện ...................................30
Bảng 3.2. Bảng tỉ lệ đường kính trong và đường kính ngồi stato ...............................31
Bảng 3.3. Bảng bước rãnh theo cực ..............................................................................32
Bảng 3.4. Bảng tổng hợp giá trị điện trở, điện kháng ...................................................48

Bảng 4.1. Bảng nhập, xuất dữ liệu của phần mềm Motor - CAD .................................61
Bảng 4.2. Bảng so sánh các đường đặc tính của động cơ giữa mơ phỏng và thực tế ...67


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Mô phỏng động cơ không đồng bộ 7.5kW

TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM MOTOR-CAD
Trong vận hành, thiết kế động cơ thì các đặc tính của động cơ khơng đồng bộ là
rất quan trọng và cái đặc tính này giúp người vận hành tránh lỗi trong quá trình vận
hành , tuy nhiên đối với người sử dụng các đặc tính vận hành phải đo lường thực tế,
nếu chúng ta mơ phỏng được trên máy tính mà các thơng số sát với thực tế, rút ngắn
được thời gian chế tạo. Việc ứng dụng phần mềm hiện đại( Motor – CAD) trong thiết
kế, khảo sát động cơ không đồng bộ, giúp sinh viên làm chủ bài tốncơng nghệ. Phần
mềm này giúp người thiết kế khảo sát được các đặc tính của động cơ qua đó đánh giá
để có những điều chỉnh trong thiết kế. Việc này sẽ làm giảm các bước trong quá trình
thiết kế động cơ theo phương pháp truyền thống (chế tạo và thử nghiệm động cơ mẫu).
Giới thiệu về phần mềm Motor-CAD
Lịch sử phát triển
Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài:
Các nước trên thế giới đã sử dụng phần mềm Motor-CAD để thiết kế và phân
tích các thiết bị điện 3-D, 2-D, bao gồm động cơ điện, cơ cấu truyền điện, máy biến
áp, cảm biến và cuộn dây...
Motor-CAD có thể làm việc nhanh chóng, chính xác đó là việc ứng dụng
phương pháp mô phỏng số - dựa trên nền tảng là phương pháp phần tử hữu hạn (FEA)
kết hợp với lý thuyết trường điện từ để nghiên cứu, ứng dụng trong lĩnh vực thiết kế
máy điện nói chung. Hầu hết ở các nước phát triển mạnh như Nga, Trung Quốc, Nhật,
Hàn … đều có các diễn đàn về ứng dụng mô phỏng số và FEA.
Phương pháp phần tử hữu hạn là phương pháp số để giải các bài tốn được mơ

tả bởi các phương trình vi phân riêng phần cùng với các điều kiện biên cụ thể. Cơ sở
của phương pháp này là làm rời rạc hóa các miền liên tục phức tạp của bài toán. Các
miền liên tục được chia thành nhiều miền con, các miền này được liên kết với nhau tại
các điểm nút. Trên miền con này, dạng biến phân tương đương với bài toán được giải
xấp xỉ dựa trên các hàm xấp xỉ trên từng phần tử, thoả mãn điều kiện trên biên cùng
với sự cân bằng và liên tục giữa các phần tử.
Về mặt toán học, phương pháp phần tử hữu hạn được sử dụng để giải gần đúng
bài tốn phương trình vi phân từng phần và phương trình tích phân, ví dụ như phương
trình truyền nhiệt. Lời giải gần đúng được đưa ra dựa trên việc loại bỏ phương trình vi
phân một cách hoàn toàn là những vấn đề về trạng thái ổn định, hoặc chuyển phương

1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Mô phỏng động cơ không đồng bộ 7.5kW

trình vi phân từng phần sang một phương trình vi phân thường tương đương mà sau đó
được giải bằng cách sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn.
Trong lĩnh vực kỹ thuật điện FEA được áp dụng để giải các phương trình vi tích
phân của hệ phương trình Motor-CAD viết cho trường điện từ. Kết quả lời giải sẽ cho
ta biết được phân bố trường điện từ trong các loại máy điện, từ đó tính tốn được các
tham số của máy điện.
FEA được đánh giá là có tính vạn năng, phù hợp cả mới những mơ hình phức
tạp về hình học, hoặc đặc tính vật liệu biến đổi thời thời gian.
Tuy nhiên, khi ứng dụng mô phỏng số trong thiết kế máy điện cũng vẫn cịn
gặp nhiều khó khăn, do các thơng số đưa vào mơ hình mơ phỏng và thơng số chế tạo
thực tế có thể sai khác, FEA cũng khơng thể phản ánh được tồn bộ tác động của yếu
tố cơng nghệ chế tạo nên giữa mơ hình mơ phỏng và mơ hình thực tế sẽ có sai số. Do

đó, trong phương pháp mới này vẫn rất cần kết hợp của phương pháp mô phỏng và
kinh nghiệm chế tạo.
Tình hình nghiên cứu ở trong nước
Trong nước phần mềm Motor-CAD chưa được sử dụng phổ biến.
Tại trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội thì phần mềm chưa được ứng dụng
rộng rãi trong các môn học đặc biệt là các môn như: Máy điện, truyền động điện, đo
lường và cảm biến. Nhiều sinh viên chưa biết tới phần mềm Motor-CAD.
Phần mềm này có thể áp dụng vào nhiều mơn học như máy điện, truyền động
điện, hệ thống điện, trang bị điện… nếu sử dụng phần mềm này việc tính tốn diễn ra
nhanh hơn khơng gặp sai sót và tiết kiệm được thời gian.
Giới thiệu về phần mềm Motor-CAD
Motor-CAD là phần mềm thiết kế động cơ điện hàng đầu thế giới cho phép
mô phỏng đa trường vật lý của máy điện trên tồn bộ dải tốc độ - mơ men xoắn.
Đánh giá các ý tưởng và các cấu trúc động cơ trên toàn bộ dải hoạt động và tạo
ra các thiết kế được tối ưu cho kích thước, hiệu năng và hiệu suất. Bốn mơ đun được
tích hợp của phần mềm Motor-CAD – Emag, Therm, Lab và Mech – thực hiện tính
tốn đa trường vật lý một cách nhanh chóng và lặp lại, do đó bạn có thể đi từ ý tưởng
đến thiết kế cuối cùng trong thời gian ngắn.
Với chu kì phát triển ngày càng giảm, người thiết kế động cơ cần phải đưa ra
các thiết kế nhanh chóng, và chắc chắn họ sẽ không đối mặt với các vấn đề sau này.
2


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Mô phỏng động cơ không đồng bộ 7.5kW

Quy trình tính tốn nhanh và nhập dữ liệu được sắp xếp hợp lý giúp người dùng
Motor-CAD có thêm thời gian để khám phá các cấu trúc của động cơ và đánh giá đầy
đủ các tác động của các hiệu ứng tổn thất nâng cao ở giai đoạn đầu của thiết kế.

Thiết lập dựa trên mẫu, trực quan của phần mềm Motor-CAD và các chuyên
môn về đa vật lý được nhúng giúp đơn giản hóa q trình thiết kế, giảm sự phụ thuộc
vào nhiều các nhóm kinh nghiệm riêng về điện từ, nhiệt hoặc cơ học - vì vậy các nhà
thiết kế động cơ có thể kiểm sốt nhiều hơn thiết kế của họ.
Các mơ phỏng có thể được hồn thành trong vài giây do đó cho phép có nhiều
thời gian và phạm vi để khám phá không gian thiết kế rộng rãi. Ansys Motor-CAD cho
phép các kỹ sư tạo ra các thiết kế động cơ điện và máy phát điện được tối ưu hóa để
giúp đáp ứng kích thước, trọng lượng, hiệu quả năng lượng, chi phí và các thơng số kỹ
thuật khác.
Để phân tích sâu và xác nhận thiết kế động cơ, mơ hình Motor-CAD có thể
được truyền tới Ansys Maxwell, Ansys Icepak và Ansys Fluent. Việc kết hợp các bộ
giải này với Motor-CAD mang lại khả năng phân tích 2D/3D có độ trung thực cao, cho
phép người dùng phân tích các hiệu ứng cuối, khử từ, suy hao lõi, độ trễ và các hiện
tượng điện từ tiên tiến khác, tính tốn đường bao nhiệt cho hoạt động và thiết kế hệ
thống làm mát động cơ hoàn chỉnh.
Khả năng mơ phỏng
Điện từ: Tính tốn mơmen, cơng suất, dịng điện, hiệu suất, gợn sóng mơmen
quay, tổn hao (đồng, sắt và dịng điện xốy), liên kết từ thơng, điện cảm và lực.
Nhiệt: Tối ưu hóa khả năng làm mát của máy điện bằng cách sử dụng kỹ thuật
lập mơ hình nhiệt tham số tập trung, để tính tốn điện trở nhiệt và điện dung.
Cơ khí: Ước tính biến dạng cơ học, ứng suất và chuyển vị gây ra trong rôto bởi
lực ly tâm để định kích thước cho hiệu năng điện từ tối ưu.
Chu trình truyền động: Nhanh chóng tạo bản đồ hiệu suất và tổn thất, vẽ biểu
đồ đặc tính mơ-men xoắn/tốc độ và phân tích hiệu năng của máy điện trong suốt các
chu kỳ truyền động.
Ứng dụng
-

Ứng dụng mô phỏng từ trường trong động cơ BPM, IM, SRM, SYNRC,
IM1PH, ... với các yêu cầu:

3


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Mô phỏng động cơ không đồng bộ 7.5kW

+ u cầu về khơng tải như: Xác định dịng đường cong từ hóa, tổn hao khơng tải,
điện cảm từ hóa...
+ Về có tải như: Xác định điện cảm tản, tổn thất từ trễ, tổn thất do dòng Fuco, suất
điện động cảm ứng...
+Các yêu cầu về ngắn mạch như: Xác định điện cảm tản, suất điện động...
-

Giúp phân tích quá độ và phân tích nhiệt trong động cơ điện.
Áp dụng phân tích báo cáo tính tốn phục vụ cho các môn học liên quan tới
máy điện, tác động của từ trường, từ tĩnh.

4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Mô phỏng động cơ không đồng bộ 7.5kW

PHÂN TÍCH CÁC CƠNG CỤ MƠ PHỎNG VÀ KHẢO SÁT
ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ TRONG PHẦN MỀM MOTOR-CAD
Giới thiệu ứng dụng chuỗi phần mềm MOTOR-CAD trong mô phỏng số máy
điện

Nhà phát triển Motor-CAD - công cụ hàng đầu thế giới về thiết kế và phân tích
động cơ điện. Cho phép phân tích điện từ, nhiệt và cơ học nhanh chóng và chính xác
của máy điện trên tồn bộ hoạt động. Được thiết kế và phát triển với sự cộng tác chặt
chẽ của các nhà thiết kế máy điện chuyên nghiệp, chuyên môn kỹ thuật nhúng. Hỗ trợ
khách hàng tuyệt vời và phản hồi phản hồi của người dùng. Phần mềm cho phép người
dùng phân tích thiết kế trực tiếp trên máy tính, cung cấp một mơi trường nền chung
cho việc phát triển sản phẩm nhanh, hiệu quả với chi phí hợp lý, từ giai đoạn thiết kế ý
tưởng cho đến giai đoạn thử nghiệm cuối cùng và kiểm nghiệm bằng thực tế.

Hình 2.1.Khả năng của chuỗi phần mềm MOTOR CAD làm được
Các module được tích hợp trong phần mềm MOTOR CAD

5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Mô phỏng động cơ không đồng bộ 7.5kW

 Motor-CAD – Emag
 Motor-CAD – Therm
 Motor-CAD – Lab
 Motor-CAD – Mechanical
 Motor-CAD – Emag
Motor-CAD – Emag là phần mềm tính tốn về điện, có nhiều loại mẫu & hình
học được tham số. Nó giúp giảm khối lượng cơng việc cho kỹ sư thiết kế, người dùng
chỉ cần nhập các thông tin về kết cấu của động cơ, thông tin về vật liệu sử dụng, phần
mềm sẽ tự động tính tốn các thơng số cịn lại. Cho phép các kỹ sư tính tốn sớm các
hiệu ứng điện từ phức tạp trong q trình thiết kế. Phần mềm giúp tính tốn mơ-men
xoắn, cơng suất, tổn thất, điện áp, dịng điện, độ tự cảm, liên kết từ thông và lực. Các

thiết kế có thể được nhập và tính tốn trong vài phút cho phép lặp lại nhiều lần và
khám phá toàn bộ không gian thiết kế; đảm bảo các quyết định thiết kế tối ưu. Tự
động thiết lập tính tốn cho các hiệu suất khác nhau. Các tính tốn nâng cao như dịng
điện xốy trong nam châm, thanh rơto máy cảm ứng và tổn hao cuộn dây AC.

6


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Mô phỏng động cơ không đồng bộ 7.5kW

Hình 2.2.Interior PM machine design

Hình 2.3.Switched reluctance machine
design

Hình 2.4.Linear winding layout

Hình 2.5.Radial winding pattern

 Motor-CAD Therm
Motor-CAD Therm là loại tính tốn về nhiệt là cơng cụ tiêu chuẩn cơng nghiệp
để phân tích nhiệt của máy điện với hơn 20 năm kinh nghiệm sẵn có:
-

Tính tốn nhiệt độ của các thành phần động cơ ở trạng thái ổn định và điều kiện
hoạt động thống qua.

-

Cho phép lập mơ hình chính xác về hành vi nhiệt trong vịng vài giây sau khi
tính tốn
Cho phép hiểu biết về các đường truyền nhiệt chính và cơ hội để cải thiện đáng
kể sản lượng.
Cho phép lặp lại và khám phá tồn bộ khơng gian thiết kế, cùng với phân tích
điện từ; đảm bảo các quyết định thiết kế tối ưu

-

7


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Mô phỏng động cơ không đồng bộ 7.5kW

Hình 2.7. Thermal network

Hình 2.6.Visualisation of oil
spray cooling

Hình 2.8.Radial temperature
distribution
Hình 2.9.Thermal transient solution
 Các loại làm mát
•

TENV: Hồn tồn kín khơng thơng gió.Đối lưu tự nhiên từ nhà ở

•

TEFC: Làm mát bằng quạt hoàn toàn kèm theo. Đối lưu cưỡng bức từ nhà ở

•

Thơng qua hệ thống thơng gió

•

TE với khơng khí tuần hồn bên trong

•
•

Đường dẫn lưu thơng khơng khí bên trong
Vỏ bọc nước làm bộ trao đổi nhiệt
8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Mô phỏng động cơ không đồng bộ 7.5kW

•

Mở tấm chắn cuối làm mát

•

Vỏ bọc nước

•

Trục hoặc chu vi

•

Làm mát chìm

•

Làm mát Rotor ướt & Stator ướt

•

Phun làm mát

•

ví dụ. Phun dầu tiếng kêu của các cuộn dây cuối

•

Làm mát dây dẫn trực tiếp
-

Ví dụ. Khe ống dẫn dầu

Hình 2.10.Fan cooled machine with

cowling

Hình 2.11.Through ventilation with
radial ducts

Hình 2.12.Water jacket with axial
channels

9


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Mô phỏng động cơ không đồng bộ 7.5kW

 Mạng lưới nhiệt
•

Mạng lưới nhiệt và dịng chảy được tạo tự động

•

Mạng 3D bao gồm truyền nhiệt xuyên tâm và dọc trục

•

Hình dung chi tiết và tính tốn mặt cắt rãnh

•

CFD, FEA và mối tương quan thực nghiệm đằng sau tất cả các tính tốn.

Hình 2.13.Cross-Section
Temperatures

Showing

Axial Hình 2.14.Slot cross section for a
concentrated winding

Hình 2.15.Thermal Resistance Network
Hình 2.16.Slot cross section for

10


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Mô phỏng động cơ không đồng bộ 7.5kW

 Dữ liệu sản xuất
•

Mơ hình nhiệt của máy điện có thể là một thách thức vì hành vi nhiệt bị ảnh
hưởng đáng kể bởi các khía cạnh sản xuất.

•

Ví dụ về sự không chắc chắn trong sản xuất ảnh hưởng đến tăng nhiệt độ:

– Độ tốt của giao diện hiệu quả giữa stator và vỏ
– Giải pháp tốt khi cuộn dây được ngâm tẩm hoặc trong chậu
-

Experience được tích hợp sẵn trong phần mềm để hỗ trợ người dùng lựa chọn
các giá trị phù hợp.

 Motor – CAD Lab
Motor – CAD Lab là motor –CAD thử nghiệm ảo có những đặc điểm sau:
•

Bản đồ hiệu quả và tổn thất

•

Đường cong tốc độ / mơ-men xoắn cực đại

•

Đường cong mơ-men xoắn / tốc độ liên tục

•

Phân tích chu kỳ nhiệm vụ

•

Kiểm tra hở và đoản mạch

•

Tự động áp dụng các chiến lược điều khiển mô-men xoắn / amp tối đa để tái tạo
hiệu suất của máy với biến tần

•

Các tính tốn cần thiết để thiết kế và phân tích máy điều khiển biến tần với
nhiều điều kiện hoạt động.

Hình 2.17.Bản đồ hiệu quả được tính tốn Hình 2.18.Tổn thất được tính tốn theo thời
trong khu vực vận hành và tạo ra
gian cho một chu kỳ

11


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Mô phỏng động cơ không đồng bộ 7.5kW

 Phương pháp tiếp cận
•

Để tạo bản đồ và dữ liệu chu kỳ, hàng nghìn điểm hoạt động phải được tính
tốn.

•

Chúng tơi sử dụng FEA và bộ giải EMag phân tích để xây dựng bản đồ điện
cảm và tổn thất của thiết kế máy.

•

Kết hợp với bộ giải nhiệt để dự đốn EMag kết hợp và hành vi nhiệt.

•

Tất cả các bản đồ hiệu quả tính tốn, chu kỳ nhiệm vụ, v.v. có thể được tính
bằng phút và do đó được sử dụng trong quá trình thiết kế lặp đi lặp lại.

Giao diện xây dựng mơ
hình trong Phịng thí
nghiệm Motor-CAD

Bề mặt phản ứng của tổn
thất sắt so với cường tính
độ và góc hiện tại, được
tốn bằng bộ giải FEA

12