Научный архив: статьи

Введение (постановка задачи и актуальность). Имитационное моделирование и расчёт теплового состояния электродвигателей важны в современных условиях развития автомобилестроения. Одним из ключевых компонентов электрифицированных транспортных средств является электродвигатель, удельные показатели которого достигают 10 кВт/кг для электротранспорта. Безусловно, такие высокие показатели невозможны без инновационных подходов к моделированию и применения передовых материалов. Цель исследования – анализ тепловых процессов внутри электродвигателя и определение коэффициента теплоотдачи.

Методология и методы. Используемые методы базируются на основных положениях тепломассообмена, электротехники, а также методов инженерного анализа и исследовательских испытаний.

Результаты и научная новизна. По результатам исследований получена верифицированная тепловая 1D-модель электродвигателя. Разработанная модель показала погрешность менее 10% по результатам дорожных испытаний по циклу в составе транспортного средства. В отличие от существующих подходов, основанных на упрощённых стационарных тепловых схемах или вычислительно затратных трёхмерных CFD-моделях, в данной работе разработана верифицированная нестационарная 1D-модель теплового состояния электродвигателя в среде Matlab/Simulink (Simscape). Модель учитывает взаимосвязанные процессы теплопроводности, конвективного теплообмена в системе жидкостного охлаждения и принудительной конвекции ротора, а также зависимость теплофизических свойств охлаждающей жидкости от температуры и расхода. Новизна подхода состоит в совместном рассмотрении тепловых процессов в активных частях электродвигателя и в системе охлаждения модели, пригодной для встраивания в общую тепловую систему транспортного средства.

Практическая значимость. Современные вызовы в автомобилестроении направлены на улучшение удельных показателей, что неизбежно приводит к необходимости решения проблем отвода тепла. Данная модель позволяет оценивать тепловое состояние обмоток и других компонентов в процессе эксплуатации транспортного средства, она может быть встроена в более общую модель, например, теплового менеджмента автомобиля или тягового привода, а также позволяет получить данные о тепловом состоянии системы с высокой сходимостью результатов и без проведения предварительных натурных испытаний.