Kafesli Asenkron Motorun Dinamik Isıl Modeli

Abstract

Asenkron motorda koruma, temelde motorun öngörülen ömrünü tamamlayabilmesi için alınan önlemlerin tümüdür. Motor ömrü sargı yalıtımının ömrüyle birebir ilişkilidir ve sargı yalıtımının ömrünü etkileyen en önemli faktör sıcaklıktır. Motor sıcaklığının doğrudan ölçümü, makinanın karmaşık geometrisi, makina parçalarının farklı fiziksel özelliklere sahip olması, bu parçalar arasında ısı aktarımının farklı yollardan meydana gelmesi, ısıl kaynakların makina içinde dağılmış olması ve motorun hareketli kısımlar içermesi gibi pek çok nedenden dolayı yüksek maliyetli ve zordur. Ayrıca sıcaklık artışının son derece hızlı olduğu kısadevre, faz kaybı, aşırı yüklenme gibi durumlarda doğrudan sıcaklık ölçümü için kullanılan, ısıl zaman sabitleri yüksek ölçüm araçları sıcaklıktaki ani artışı takip edemez. Bu nedenle asenkron motorun ısıl davranışını hızlı ve yüksek doğrulukta tespit edebilecek, aynı zamanda mümkün olduğunca sadeleştirilmiş ısıl modeller araştırmacıların ilgi odağı olmuştur. Bu çalışmada asenkron motorun ısıl modeli ısı aktarımı ile elektrik devreleri arasında kurulan benzeşimden yararlanılarak oluşturulmuştur. Elektriksel direnç, kapasite ve akım kaynağının yerini modelde ısıl direnç, ısıl kapasite ve motorun kayıpları almaktadır. Asenkron motorda sıcaklık artışının kritik olduğu noktalar stator ve rotor sargıları ile stator sargı başlarıdır. Küçük ve orta güçlü makinalarda stator sargıları ile sargı başlarının sıcaklığı birbirine eşit kabul edilebilir. Dolayısıyla model, stator ve rotor sargısındaki sıcaklık artışını belirlemeye yönelik oluşturulmuştur. Stator sargısı, rotor sargısı ve stator laminasyonu modelde birer düğümle temsil edilmektedir. Her bir düğüm noktası makinanın kayıplarını temsil eden bir akım kaynağı, bir ısıl direnç ve bir ısıl kapasite içermektedir. Statorla rotor arasındaki ısı aktarımı dördüncü bir ısıl dirençle temsil edilmektedir. Modelin bilgisayar ortamında simülasyonu ile elde edilen sonuçlar deneysel sonuçlarla kıyaslanmıştır.

Protection of induction motors is essentially, sum of the precautions to prevent motor from the aging before the time that expected as its life. Life of an induction motor is almost equal to insulation life which is dependendent upon temperature closely. Because of some restrictions as the complex geomtetry of motor, different physical properties of materials those are used in construction for several parts of motor, different modes of heat transfer, distributed heat sources, centrifugal and tangential forces act on any monitoring system implemented on rotor and time delay of tthermocuples, measuring motor temperature directly is expensive and difficult. On account of this, simplified thermal models that can be used for estimating motor temperature quickly and with a high accuracy have a great importance for both designers and users. In this work, thermal modelling of induction motor is achieved by using analogy between the heat transfer and electrical circuits which are very familiar and easy to analyse. Electrical resistance, capacitance and current source are replaced with thermal resistance, thermal capacitance and losses, respectively. The model presented, aims to estimate temperature rise of stator and rotor windings which are the most critical points of machine. Thermal network of induction motor includes three nodes, one of them represents stator winding, second one represents rotor winding and the third one does stator core.With an experimental study, results of theoretical study is verified.