Etude théorique et expérimentale des flux thermiques dans un moteur asynchrone à refroidissement extérieur
Institution:
BesançonDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
The aim of this work concerns the theoretical and experimental thermal study of an 4kW induction motor with an external fan. The conduction and convection general laws taken into account in that study are described in the first chapter with insisting on conductivity and thermal contact resistance notions. A classical method of internal losses determination and separation (copper losses, mechanical and iron losses) is described in the case of a sinewave supply. The determination of the Dirichlet boundary layers on temperature is realized thanks to an AGEMA infrared camera. Finally, that chapter is concluded by the description of the finite elements calculus method applied to the heat equation. The second chapter concerns an experimental calculus method of external heat flux determination of the motor. That study is used to validate the values of the internal losses used in the simulation. The whole studied methodology is described in the third chapter. It is shown how it is possible to use only the heat equation to simulate the thermal behaviour of the machine. In that case, only the validity of the temperature in the solid parts of the motor are important for his life duration. The use of the Flux2D finite elements magnetic calculus software and the conversion of the magnetic sources, geometry and thermophysical parameters of the motor are described. The followed methodology is detailed and it is shown how it is possible to determine all the thermophysical parameters using simulations and two experimental tests inducing different overheatings. The forth and last chapter presents overheating results obtained by simulation in radial and axial plans, for steady and transient states. A "3D" study is validated by comparison of temperature profiles obtained at the axial and radial plan intersection.
Abstract FR:
Le sujet de ce mémoire concerne l'étude thermique théorique et expérimentale d'un moteur asynchrone de 4 kW de puissance avec un ventilateur extérieur. Les lois générales de la conduction et de la convection prises en compte lors de cette analyse sont décrites dans le premier chapitre en insistant en particulier sur la notion de conductivité et de résistance thermique de contact. Une méthode classique de détermination et de séparation des sources thermiques internes (pertes par effet de Joule, mécaniques et magnétiques) est brièvement décrite dans le cas d'une alimentation sinusoi͏̈dale. Les conditions aux limites de Dirichlet sur la température sont obtenues à l'aide d'une caméra infrarouge de type AGEMA. Enfin, ce chapitre est conclu en insistant sur la méthode de calculs par éléments finis appliquée à l'équation de la chaleur. Le second chapitre traîte d'une méthode expérimentale de calcul des flux de fuite du moteur servant à valider les sources internes du moteur. La méthodologie complète étudiée est développée au cours du troisième chapitre. Ainsi, il est montré comment il est possible de n'utiliser que l'équation de la chaleur pour réaliser l'étude thermique des machines à induction. On ne s'intéresse alors qu'à la validité des températures dans les parties " dures " de la machine. Le logiciel de calculs magnétiques Flux2D a été utilisé moyennant une conversion des sources à adapter au plan d'étude. La méthodologie suivie est détaillée et montre comment on détermine l'ensemble des paramètres thermophysiques de la machine à l'aide de deux phases expérimentales induisant des échauffements différents et des simulations numériques correspondantes. Le quatrième et dernier chapitre présente l'ensemble des résultats d'échauffements obtenus par simulation pour les plans radial et axial, en régimes permanent et transitoire. Une " pseudo " étude tridimensionnelle est validée en comparant les profils d'échauffements obtenus à l'intersection des deux précédents plans.