The axial flux in the 3D FEM model of the induction machine

Abstract

Artykuł poświęcony jest wyjaśnieniu zagadnienia powstawania strumienia magnetycznego osiowego w maszynie elektrycznej na przykładzie maszyny indukcyjnej. Przedstawiono podstawy teoretyczne oraz warunki konieczne powstawania strumienia osiowego. W celu ich potwierdzenia obliczeniami, stworzono model 3D maszyny. Wykorzystuje on elementy skończone węzłowe do aproksymacji potencjału skalarnego oraz krawędziowe do aproksymacji potencjału magnetycznego wektorowego. Uwzględnia skos prętów wirnika oraz prądy skrośne w blachach wirnika. Strumień osiowy jest obliczany przez całkowanie potencjału wektorowego wokół wału maszyny. Trójfazowe uzwojenia stojana zasilane są czteroprzewodowo. Przeprowadzono obliczenia stanów po załączeniu maszyny przy różnych prędkościach obrotowych. Symulowano pęknięcia pierścienia oraz pręta. Wyniki symulacji potwierdziły wyprowadzenia teoretyczne.The aim of this paper is to provide the explanation of the phenomenon of axial magnetic flux formation in the electric machine on the example of the induction machine. The theoretical bases and necessary conditions of the axial flux formation were presented. In order to verify theoretical considerations the 3D finite elements model of the induction machine was created. This model utilizes both nodal-based and edge-based formulation respectively for scalar and vector potential approximation. The rotor bar skew and cross currents were taken into consideration. The axial flux was calculated by the integration of the vector potential round the machine shaft. The three phase stator windings were supplied with the four-wire line. The calculations/simulations of the transient states of the machine at different rotational speeds were performed. The rotor bar and end ring faults were simulated. The theoretical considerations were confirmed by the results of simulations