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Información adicional

El modelo térmico de Motor-CAD se basa en el estudio analítico del modelo de parámetros concentrados, por lo que es extremadamente rápido de calcular. Esto permite al usuario llevar a cabo los cálculos en tiempo real. Los métodos numéricos alternativos suelen requerir días o incluso semanas para introducir el modelo, y varias horas para calcular una solución.

Todos los componentes térmicos del modelo de Motor-CAD se calculan automáticamente a partir de las dimensiones geométricas, las propiedades de los materiales y los tipos de refrigeración seleccionados. De esta manera el usuario no necesita ser un experto en transferencia de calor ni en dinámica de fluidos .

El software se emplea para optimizar la refrigeración de un amplio rango de tiposde motores y métodos de refrigeración. Su agilidad de cálculo es uns gran ventaja sobre todo cuando se modelan ciclos de trabajo complejos.

Motor-CAD incluye una amplia variedad de tipos de motores, carcasas y métodos de refrigeración.

Tipos de motores

Motor-CAD se encuentra disponible para los siguientes tipos de motores:

  • motores brushless de imanes permanentes (BPM)
  • motores BPM de rotor exterior
  • motores de inducción
  • máquinas DC de imanes permanentes
  • motores de reluctancia conmutada
  • máquinas sinccrónicas
  • máquinas de polos encastrados
  • motores universales

Métodos de refrigeración

Motor-CAD dispone de diferentes modelos que permiten tener en cuenta los siguientes métodos de refrigeración:

  • convección natural (TENV)
  • convección forzada (TEFC)
  • a través de la ventilación
  • camisas de agua (varias configuraciones)
  • cumergibles
  • estator húmedo y rotor húmedo
  • spray de refrigeración
  • radiación
  • conducción

Además, el usuario puede incluir en el modelo varias configuraciones de anclaje que pueden proporcionar un calentantamiento o enfriamiento adicional a la máquina.

Tipos de carcasa

Motor-CAD tiene una gran variedad de topologías de carcasa para satisfacer una amplia gama de tipos de enfriamiento. Algunos de los tipos de carcasa son los siguientes:

Introducción del modelo

Es necesario introducir los datos geométricos mediante los editores de sección transversal tanto de la vista radial como axial, lo que permite modelar los aspectos tridimensionales de la transferencia de calor. La información visual proporcionada es útil para eliminar posibles errores en la entrada de datos y proporciona al usuario una indicación de las principales rutas de transferencia de calor. Se dispone de una gran variedad de configuraciones geométricas disponibles, en función del tipo de motor, tipo de carcasa, tipo de anclaje, tipo de ventilación, etc.

 

A continuación se puede ver la información visual proporcionada cuando se introducen los datos del bobinado del motor. El diagrama da una idea del modelo de capas utilizado para calcular la temperatura acumula en el bobinado. El bobinado se divide automáticamente en varios niveles de conductividad térmica diferente. El relleno de la ranura se indica visualmente por la cantidad de cobre (amarillo) y de aislamiento (verde).

Análisis térmico

El modelo térmico del Motor-CAD se basa en el análisis de circuitos de parámetros concentrados, lo que permite una resolución extremadamente rápida. Esto permite al usuario realizar simulaciones en tiempo real. Los métodos numéricos alternativos, tales como el análisis de elementos finitos [FEA] y la dinámica de fluidos computacional [CFD], suelen requerir varios días/semanas para definir los modelos en 3D. El modelo numérico puede tardar varias horas (días de un problema transitorio complejo) para el proceso de resolución.

Todas las resistencias térmicas y las capacidades en el modelo de Motor-CAD se calculan automáticamente a partir de las dimensiones geométricas y las propiedades del material. El usuario no tiene por qué estar familiarizado con los complejos fenómenos de transferencia de calor como el análisis de dimensiones de la convección. Motor-CAD selecciona automáticamente y resuelve la formulación más adecuada para una determinada superficie y el tipo de refrigeración seleccionado. Motor-CAD cuenta con algoritmos matemáticos eficaces, precisos y robustos que tienen en cuenta el tipo de convección (natural/forzada), una posible refrigeración líquida, la radiación y la conducción. Una amplia biblioteca de laminar demostrado y las correlaciones de convección turbulenta se utilizan para dar modelos exactos de todas las superficies internas y externas. El modelo entrehierro incluye convección laminar, vórtice y convección turbulenta.

Análisis en régimen permanente

A continuación se muestra una captura de pantalla del esquema que  resuelve Motor-CAD. Este esquema se utiliza ampliamente para el análisis de resultados de la resolución del sistema en régimen permanente. Las resistencias y fuentes de energía que se muestra en el esquema están codificadas por colores, que corresponden con cada una de las regiones que aparecen en los editores de la sección transversal. Resistencias con una orientación vertical representan la transferencia de calor radial, mientras que las resistencias con una orientación horizontal representa la transferencia de calor axial. La letra "C" indica que son las resistencias asociadas a la convección y la letra 'R' corresponde a la radiación. Las resistencias representadas en dos colores son las resistencias de interfaz entre dos regiones.

El diagrama muestra etiquetas junto a resistencias componentes y nodos. Con un clic, el usuario puede modificar el esquema para ver valores de temperaturas nodales y resistencias térmicas o valores de potencia. El esquema es muy útil para visualizar donde puede haber restricciones a la transferencia de calor y donde se puede trabajar para mejorar la refrigeración.

Análisis transitorio

También es posible modelar transitorios térmicos, en cuyo caso se añaden automáticamente las capacitancias térmicas al circuito. Es esencial llevar a cabo un análisis térmico transitorio detallado cuando se utilizan complejos ciclos de carga si el motor va a ser conducido a su máximo potencial. El siguiente gráfico muestra un transitorio térmica típico. En este caso se aplica un ciclo de trabajo repetitivo (3 veces la carga nominal seguido de 0.5 veces la carga nominal). Se observa que el bobinado tiene una constante de tiempo mucho más corta que la mayor parte de la máquina y se consume en un tiempo relativamente corto en una situación de sobrecarga. En este caso, también se representan en el mismo gráfico los datos de mediciones reales, de modo que se observa como existe una correspondencia excelente entre el cálculo de Motor-CAD y el ensayo real.

Análisis del flujo de red

Para determinados tipos de enfriamiento como 'through ventilation', el flujo del fluido debe ser previsto antes de que se pueda calcular el circuito de transmisión de calor. El análisis de flujo de red es empleado por Motor-CAD para calcular el flujo de fluido que atraviesa de la máquina. A menudo, en una máquina con 'through ventilation' este flujo se dispersa en tres caminos paralelos: los conductos del estator, los conductos del rotor y el entrehierro. A continuación se muestra un circuito típico de flujo calculado en Motor-CAD:

El usuario puede introducir la característica del ventilador. Para determinar el flujo total que atraviesa máquina se utiliza la intersección con la resistencia característica del sistema calculada - ver a continuación:

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