Аналіз температурного поля високоефективного асинхронного двигуна

Автор(и)

  • Сергій Дзеніс Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-8255-559X
  • Володимир Болюх Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0001-9115-7828

DOI:

https://doi.org/10.20998/2079-3944.2026.1.05

Ключові слова:

асинхронний двигун, двомірні математичні моделі, електромагнітне поле, температурне поле, експериментальні дослідження, тепловізійна камера

Анотація

Вступ. В асинхронних двигунах високої потужності виникає проблема відведення тепла через підвищену густину втрат в активних елементах. Переважним методом охолодження асинхронних двигунів є повітряне охолодження. Ефективним способом дослідження теплового стану асинхронного двигуна є теоретичний розрахунок взаємозалежних електромагнітних та температурних полів із експериментальною верифікацією результатів розрахунку. Мета та завдання. Визначення та аналіз тривимірного температурного поля високоефективного асинхронного двигуна за допомогою двовимірних математичних моделей та експериментальний вимір зовнішньої поверхні за допомогою тепловізійної камери. Методи. За допомогою взаємопов'язаних двовимірних моделей електромагнітного поля та трьох моделей температурного поля у сегменті паза статора, у центральних радіальному та аксіальному перерізі визначено тривимірне магнітне поле високоефективного асинхронного двигуна з експериментальним підтвердженням достовірності. Результати. Виконано розрахунок електромагнітного поля, що визначає розподіл джерел тепла у двигуні. Температурне поле знаходиться ітераційним способом шляхом узгодження температурних полів у сегменті паза статора, в центральних радіальному та аксіальному перерізах двигуна при коригуванні теплофізичних параметрів. Виводи. Вимірювання температури корпусу електродвигуна за допомогою тепловізійної камери підтвердили достовірність теоретичних розрахунків. Відносна похибка між розрахованими та виміряними значеннями температур на зовнішній поверхні корпусу асинхронного двигуна становить 2-6 %.

Посилання

  1. Awungabeh F.A., Besong J.E., Yasutaka F. Airflow Cooling Mechanism for High Power-Density Permanent Magnet Motor. IEEE Open Journal of the Industrial Electronics Society. (2024). pp. 1-14. https://doi.org/10.1109/OJIES.2024.3360509
  2. S. Madhavan, R. Devdatta, E. Gundabattin. Thermal Analysis and Heat Management Strategies for an Induction Motor, a Review. Energies,2022, 15(21), 8127; https://doi.org/10.3390/en15218127
  3. V. F. Bolyukh ,N. Kryukova, I. I. Katkov Influence of cryogenic temperature processes on the work of the linear pulse electromechanical converter // Refrigeration Science and Technology. – Vol. 2017-May, 2017, Pages 263-268
  4. Ł. Nogal, A.Magdziarz, D. D. Rasolomampionona et al. The Laboratory Analysis of the Thermal Processes Occurring in Low-Voltage Asynchronous Electric Motors. Energies, (2021). 14. 2056. https://doi.org/10.3390/en14082056
  5. L. Shao, A.Karci, D. Tavernini et al. Design Approaches and Con-trol Strategies for Energy-Efficient Electric Machines for Electric Vehicles-A Review. IEEE Access. (2020), pp. 1-1. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.2993235
  6. O. Wallscheid Thermal Monitoring of Electric Motors: State-of-the-Art Review and Future Challenges. IEEE Open Journal of Industry Applications. (2021). pp. 1-1. https://doi.org/10.1109/OJIA.2021.3091870
  7. Gundabattini, Edison & Solomon, Darius & Kalam, Akhtar & Kothari, D.P. & Bakar, Rosli. (2020). A review on methods of finding losses and cooling methods to increase efficiency of electric machines. Ain Shams Engineering Journal. 12. https://doi.org/10.1016/j.asej.2020.08.014
  8. X. Li, X. Zhao, Z. Zhang et al. Selecting cooling methods for electric motors. Applied Thermal Engineering 274 (2025) 126554. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2025.126554.
  9. D. Konovalov, I. Tolstorebrov, T.M. Eikevik et al. Recent Developments in Cooling Systems and Cooling Management for Electric Motors. Energies, 2023, 16(19), 7006, https://doi.org/10.3390/en16197006
  10. K. Y. Reddy, P. Vamsi, R. Peram. et al. Thermal Analysis and Cooling Strategies of High-Efficiency Three-Phase Squirrel-Cage Induction Motors-A Review. Computation. (2024). 12. 6. https://doi.org/10.3390/computation12010006
  11. A. Boglietti, F. Mandrile, E. Carpaneto et al. Stator Winding Sec-ond-Order Thermal Model including End-Winding Thermal Effects. Energies. (2021).14. 6578. https://doi.org/10.3390/en14206578
  12. R. Selvakumar, N. Sasikumar, R. Sathish et al. Thermal Analysis of an Electric Motor in an Electric Vehicle. Conference: WCX SAE World Congress Experience. SAE Technical Papers. (2023). https://doi.org/10.4271/2023-01-0532
  13. K. K. Ronnberg, M. Beniakar. Thermal modelling of totally enclosed fan-cooled motors via conjugate heat transfer analysis and air-flow measurements. Conference: 2016 IEEE Conference on Electromagnetic Field Computation (CEFC). 2016. 1-1. https://doi.org/10.1109/CEFC.2016.7816290
  14. Y. Xia, B. Ren, B. Jing Et al. Analysis of transient temperature field of five-phase induction motor with composite winding under different operating conditions. Case Studies in Thermal Engineering, Volume 63, 2024, 105402, https://doi.org/10.1016/j.csite.2024.105402.
  15. O. O. Badran, H. Sarhan, B. Alomour. Thermal performance analysis of induction motor. International Journal of Heat and Technology. 2012, 30(1):75-88.
  16. Młot, Adrian & Korkosz, Mariusz & Lechowicz, Andrzej & Podhajecki, Jerzy & Rawicki, Stanisław. Electromagnetic analysis, efficiency map and thermal analysis of an 80-kW IPM motor with distributed and concentrated winding for electric vehicle applications. Archives of Electrical motorering, (2022). 981-1002. https://doi.org/10.24425/aee.2022.142120
  17. V. F. Bolyukh, O. I. Kocherga Efficiency of multi-armature linear pulse electromechanical power and speed converters. Electrical motorering & Electromechanics, 2024, no. 3, pp. 3-10. https://doi.org/10.20998/2074-272X.2024.3.01
  18. G. K. Pandey, S. S. Sikha, A. Thakur et al. Thermal Mapping and Heat Transfer Analysis of an Induction Motor of an Electric Vehicle Using Nanofluids as a Cooling Medium. Sustainability2023, 15(10), 8124; https://doi.org/10.3390/su15108124
  19. Q. Lü, X. Wang, L. Yang et al. Optimization Design and Experimental Study of Cooling System in a High Voltage Induction Motor after Power Density Upgrade. Recent Advances in Electrical & Electronic motorering, (2023). 16. https://doi.org/10.2174/2352096516666230216094059
  20. A. Mengmeng, L. Wenhui, X. Ziyi Research on energy saving and thermal management of high-efficiency and high-voltage motor based on fluid network decoupling. Energy Reports, Volume 7, 2021, Pages 8332-8345, ISSN 2352-4847, https://doi.org/10.1016/j.egyr.2021.09.106
  21. K. Hruska, V. Kindl, R. Pechanek et al. Evaluation of different approaches of mathematical modelling of thermal phenomena applied to induction motors. 10th International Conference, ELEKTRO 2014.-Proceedings, (2014) 358-362. 10.1109/ELEKTRO.2014.6848918
  22. Y. Luo, L. Wang, D. Sidorov et al. An Approach to Estimate the Temperature of an Induction Motor under Nonlinear Parameter Perturbations Using a Data-Driven Digital Twin Technique. Energies, (2024). 17. 4996. https://doi.org/10.3390/en17194996
  23. V. Kuznetsov, M. Tryputen, V. Tytiuk et al. Modeling of thermal process in the energy system “Electrical network - asynchronous motor”. E3S Web of Conferences. (2021) 280. 05003. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202128005003.https://www.ansys.com/products/electronics/ansys-motor-cad
  24. Goldberg O.D., Gurin Ya.S., Sviridenko I.S. Proektirovanie elektricheskikh mashin (Design of electrical machines). Moscow: Vysshaya shkola, 2001. 430 p.
  25. D. Staton, A. Boglietti, A. Cavagnino, Solving the More Difficult Aspects of Electric Motor Thermal Analysis, IEMDC 2003 Conference Proc. 1-4 June 2003, Madison Wisconsin, USA
  26. F. Heiles, Design and Arrangement of Cooling Fins", Elecktrotecknik und Maschinenbay, Vol. 69, No. 14, July 1952

##submission.downloads##

Опубліковано

2026-04-30

Як цитувати

Дзеніс , С. ., & Болюх , В. . (2026). Аналіз температурного поля високоефективного асинхронного двигуна. Вісник НТУ «ХПІ». Серія: Проблеми удосконалювання електричних машин I апаратiв. Теорiя I практика, (1 (15), 27–34. https://doi.org/10.20998/2079-3944.2026.1.05

Номер

№ 1 (15) (2026): Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Проблеми удосконалювання електричних машин і апаратів. Теорія і практика

Розділ

Електричні машини

Ліцензія

Авторське право (c) 2026 Дзеніс С.Е., Болюх В.Ф.

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.

2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.

3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.