Purpose

This paper aims to use a scaling approach to scale the solutions of a beforehand-simulated finite element (FE) solution of an induction machine (IM). The scaling procedure is coupled to an analytic three-node-lumped parameter thermal network (LPTN) model enabling the possibility to adjust the machine losses in the simulation to the actual calculated temperature.

Design/methodology/approach

The proposed scaling procedure of IMs allows the possibility to scale the solutions, particularly the losses, of a beforehand-performed FE simulation owing to temperature changes and therefore enables the possibility of a very general multiphysics approach by coupling the FE simulation results of the IM to a thermal model in a very fast and efficient way. The thermal capacities and resistances of the three-node thermal network model are parameterized by analytical formulations and an optimization procedure. For the parameterization of the model, temperature measurements of the IM operated in the 30-min short-time mode are used.

Findings

This approach allows an efficient calculation of the machine temperature under consideration of temperature-dependent losses. Using the proposed scaling procedure, the time to simulate the thermal behavior of an IM in a continuous operation mode is less than 5 s. The scaling procedure of IMs enables a rapid calculation of the thermal behavior using FE simulation data.

Originality/value

The approach uses a scaling procedure for the FE solutions of IMs, which results in the possibility to weakly couple a finite element method model and a LPTN model in a very efficient way.

中文翻译：

---

使用比例有限元解决方案实现高效耦合电磁-热感应电机模型

目的

本文旨在使用缩放方法来缩放感应电机 (IM) 的预先模拟有限元 (FE) 解的解。缩放程序与分析三节点集总参数热网络 (LPTN) 模型相结合，从而能够将模拟中的机器损耗调整为实际计算的温度。

设计/方法/方法

建议的 IM 缩放程序允许缩放解决方案，特别是由于温度变化而导致的预先执行的有限元模拟的损失，因此通过将 IM 的有限元模拟结果耦合到一个非常通用的多物理场方法成为可能以非常快速有效的方式构建热模型。三节点热网络模型的热容量和电阻通过分析公式和优化程序进行参数化。对于模型的参数化，使用在 30 分钟短时间模式下运行的 IM 的温度测量值。

发现

这种方法允许在考虑温度相关损耗的情况下有效计算机器温度。使用建议的缩放程序，在连续操作模式下模拟 IM 的热行为的时间少于 5 秒。IM 的缩放程序可以使用有限元模拟数据快速计算热行为。

原创性/价值

该方法对 IM 的 FE 解决方案使用缩放程序，这导致以非常有效的方式弱耦合有限元方法模型和 LPTN 模型的可能性。