Design Optimization By Employing Thermal Distribution In 3-phase Induction Motors

Tez (Doktora) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2009Thesis (PhD) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2009Basit ve sağlam yapıları nedeniyle asenkron motorlar, endüstriyel uygulamalarda en yaygın elektrik motorlarıdır. Artan malzeme maliyetleri, küçük ve hafif elektrik motorlarına duyulan ihtiyaç ve değişken hızlı tahriklerin yaygın kullanımı nedeniyle makinanın çeşitli kısımlarındaki sıcaklık artışının belirlenmesi büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmada, asenkron sürekli halde sıcaklık dağılımını ve ısıl geçici rejimi belirlemek üzere akım kaynaklı elektriksel devre benzeşimine dayanan bir ısıl model oluşturulmuştur. Isıl modeli oluşturmakta kullanılan kritik parametreler belirlenmiş ve bu parametrelerin hesabı incelenmiştir. Farklı yükleme durumları için elde edilen sonuçlar, deneysel yolla elde edilen verilerle kıyaslanarak modelin doğruluğu gösterilmiştir. Asenkron motorun sürekli rejimdeki işletme büyüklüklerini hesaplayan bir tasarım programı yazılmıştır. Gerek imalatçı, gerek kullanıcı açısından motor performansının iyileştirilmesi ve maliyetin düşürülmesi büyük önem taşımaktadır. İşletme maliyetinin total maliyetin büyük bir kısmını oluşturması nedeniyle, işletme maliyetinin, motorda kullanılan aktif malzemelerin iyileştirilmesi ve motor tasarım değişkenlerinin optimizasyonu yoluyla azaltılması büyük önem taşır. Isıl model, asenkron motor tasarım programıyla birleştirilerek motor tasarım optimizasyonu için kullanılmıştır. Sabit güçte, mevcut tasarıma göre daha yüksek verimli, kompakt ve sıcaklık artışı minimumlaştırılmış bir motor tasarımı gerçekleştirilmiştir. Optimizasyon yöntemi olarak ısıl işlem benzeşimi kullanılmış ve asenkron motorun çok amaçlı tasarım optimizasyonu için basit ve verimli bir yapay ısıl işlem algoritması geliştirilmiştir.Induction motors are most common electric motors for industrial application due to their simple construction and robustness. Because of increased material costs, need of light small and light electric motors, extensive use of variable speed drives, the temperature rise should be investigated in various part of an induction motor . A thermal model for estimating the steady-state temperature distribution and transient thermal behaviour of a 3-phase induction motor was developed in this study. Critical parameters of the model were determined and their computations were discussed. The accuracy of the model for both steady state and transient cases was proven by comparing the calculated results that obtained from various load conditions with those of the experimental results. The induction motor s steady state performance was calculated by a design program. It is important to improve the performance and to reduce the cost of the machine from the both manufacturers and custormers point of view. Operating cost is the main part of the total cost. It is achieved by increasing motor efficiency through improving the materials and optimizing the motor design variable. The thermal model integrated with design program was used for induction motor design optimization. A more efficient, more compact motor design with minimum temperature rise was achieved for constant power. Simulated annealing was choosen as optimization method. A simple and efficient simulated annealing algorithm was developed to obtain multi–objective design optimization of the induction motor.DoktoraPh