Математическое моделирование изменения температуры скользящего жидкометаллического контактного узла асинхронного электрического двигателя с фазным ротором в процессе работы
Authors: Егоров А.В. , Смикулис Ю.Е. , Степанова К.С. 
Published: February 2025

Введение. Чтобы изготовить корпус и вал скользящего жидкометаллического контактного узла из фторопласта, имеющего ограниченный диапазон температур надежной работы, на стадии проектирования необходим учет действующих рабочих температур. Цель работы состоит в исследовании изменения температуры скользящего жидкометаллического контактного узла асинхронного электрического двигателя с фазным ротором в процессе эксплуатации. Материалы и методы. В ходе работы использованы методы математического моделирования в среде SolidWorks. Для этого разработана трехмерная твердотельная модель контактного узла, использованная для получения рабочих чертежей, по которым впоследствии был изготовлен сам контактный узел. Особенностью моделирования являлась начальная температура контактного узла, равная 60 °С, при которой начиналась работа асинхронного электродвигателя с фазным ротором. Начальная температура моделирования обусловлена необходимостью создания условий для нахождения галлия и его интерметаллидов в жидком виде перед началом и в процессе работы асинхронного электродвигателя. Математическое моделирование выполнено при условии свободной конвекции с поверхности корпуса контактного устройства в течение 8 часов непрерывной работы асинхронного электродвигателя мощностью 5 кВт, оснащенного скользящим жидкометаллическим контактным узлом, соответствующим техническим параметрам электродвигателя 5 МТН112-6у1. Результаты исследования. Результаты математического моделирования изменения температуры корпуса скользящего жидкометаллического контактного устройства асинхронного электродвигателя с фазным ротором мощностью 5 кВт в течение 8 часов работы на номинальной мощности показали рост температуры приблизительно на 1,5 °С при нахождении корпуса контактного устройства в условиях, соответствующих условиям естественной конвекции. Полученные данные косвенно подтверждают факт более низкого удельного сопротивления жидкометаллического контактного узла с традиционным щеточным механизмом сухого трения. Вывод.Максимальное увеличение температуры контактного узла наблюдается в зоне расположения электрических медных контактов корпуса.

Introduction. In order to produce the housing and shaft of a sliding liquid-metal contact unit from fluorine plastic, which is characterised by a restricted range of dependable operating temperatures, it is important to consider the prevailing operating temperatures throughout the design phase. The aim of research is to examine the temperature variation in the sliding liquid-metal contact unit of an asynchronous electric motor with a phase rotor during operation. Materials and methods. As part of the project, we employed mathematical modelling methods using SolidWorks software. We developed a three-dimensional solid model of the contact unit to generate working drawings, which subsequently guided the production of the contact unit. The modelling featured an initial contact unit temperature of 60°C, at which the asynchronous electric motor with a phase rotor commenced operation. The requirement to establish relevant conditions for gallium and its intermetallic compounds to remain in a liquid state prior to and during the operation of the asynchronous electric motor determined the initial modelling temperature. Mathematical modelling was carried out under the condition of free convection from the surface of the contact device housing during 8 hours of continuous operation of a 5 kW asynchronous electric motor equipped with a sliding liquid-metal contact unit that aligns with the technical specifications of the 5 МТН112-6у1electric motor. Research outcomes. Based on the results of the mathematical modelling, the temperature of the sliding liquid-metal contact device housing of a 5 kW asynchronous electric motor with a phase rotor rose by about 1.5 °C after 8 hours of running at full power and with natural convection. The collected data indirectly support the idea that the liquid-metal contact unit has a lower specific resistance when it uses a standard brush mechanism of dry friction. Conclusions. The highest temperature rise in the contact unit occurs at the electrical copper contacts within the housing.