Bir elektrik motorunun termal analizi, toplam kaybı bilmekle başlamaz — kaybın nerede doğduğunu bilmekle başlar.
Kayıp kalemleri farklı davranır
Bakır (sargı) kaybı. Akımın karesiyle artar. Yüksek torkta ve düşük devirde baskındır. Sargı içinde doğar; dışarı çıkmak için yalıtım ve oluk dolgusundan geçmek zorundadır.
Demir (nüve) kaybı. Frekansla artar. Yüksek devirde baskın hâle gelir. Stator sacında dağılmış olarak doğar.
Mıknatıs ve rotor kayıpları. Rotor üzerinde doğar ve en zor çıkarılan ısıdır: rotor dönüyor, dışarıyla teması hava aralığı ve yataklar üzerinden. Kalıcı mıknatıslı makinelerde sıcaklık kritik bir kriterdir, çünkü mıknatıs yüksek sıcaklıkta geri dönüşsüz mıknatıslığını kaybeder.
Doğru analiz, kaybı sabit bir toplam olarak değil, çalışma noktasına bağlı bir dağılım olarak alır.
Isı yolundaki darboğazlar
- Oluk-diş arası yalıtım. Sargıdan sac paketine giden yolda en büyük ısıl direnç genellikle buradadır; dolgu malzemesinin iletkenliği ve boşluk oranı doğrudan sargı sıcaklığını belirler.
- Sac paketi ile gövde arası temas. Sıkı geçme kalitesine bağlı bir temas direncidir ve imalat toleransına duyarlıdır.
- Hava aralığı. İnce ve dönen; rotordan statora ısı geçişi buradan olur ve dönme hızına bağlıdır.
- Sargı başı. Paketin dışında kalır; soğutması farklıdır ve genellikle en sıcak nokta buradadır.
Modelleme kararları
Problem eşleniktir: katı bölgeler baskın, akış ikincil ama belirleyici.
Sargıyı tek tek tel olarak çözmek pratik değildir; eşdeğer anizotropik iletkenliğe sahip homojen bir bölge olarak temsil edilir — eksen boyunca yüksek (bakır), dik yönde düşük (yalıtım).
Aranan büyüklük genellikle geçici rejimdedir: kısa süreli aşırı yükte sargı sıcaklığının ne kadar yükseldiği. Bu, ısıl kütlenin doğru tanımlanmasını gerektirir.
Kaynaklar
- JEDEC Solid State Technology Association. JESD51 — Methodology for the Thermal Measurement of Component Packages (Single Semiconductor Device).
- Shah, R. K. & Sekulić, D. P. (2003). Fundamentals of Heat Exchanger Design. John Wiley & Sons. DOI: 10.1002/9780470172605