Асинхронный двигатель является наиболее распространенным и эффективным типом электрических двигателей. Число эксплуатируемых установок достигает до 270 млн ед. Выход из строя асинхронных двигателей составляет от 10 до 25% ед. в год, происходит это при превышении температурных режимов. Нужно также отметить, что в отдельных отраслях народного хозяйства реальный срок эксплуатации намного ниже нормативного. Температурный режим электрического двигателя во многом определяет состояние изоляции внутренних обмоток, а также другие активные составляющие асинхронного двигателя.
В данной статье представлено сравнение основных методов расчета электромагнитных процессов и рабочих характеристик электродвигателей. Первый метод основан на теории электрических и магнитных цепей, а второй на базе решения уравнений Максвелла в дифференциальной форме. Расчеты электромагнитных полей выполняются на базе математической модели. Одним из прогрессивных подходов к решению задач электромеханики является сочетание в одной модели уравнений магнитного поля и уравнений теории электрических цепей [15]. Теория поля позволяет с необходимой точностью определить параметры электрической машины, а на основании уравнений теории цепей можно рассчитать характеристики машины. Статор и ротор асинхронного двигателя могут быть представлены в виде взаимно-перемещающихся электрических полей, к анализу которых применимы методы расчета магнитных полей.
Поставленной задачей является оценка теплового состояния и тепловой расчет с учетом взаимодействия электромагнитных полей ротора и статора на базе решения уравнений Максвелла в дифференциальной форме. При исследовании асинхронных машин приняты допущения: материал магнитопровода не насыщен, потерь в стали нет, фазные обмотки симметричны и сдвинуты на угол 120 эл. град. Анализ теоретических методов исследования асинхронных машин производился на применении модели с сосредоточенными параметрами. В данную методику внесены уточнения [1], учитывающие особенности тяговых асинхронных двигателей. В расчетах применен метод конечных элементов с учетом диэлектрической и магнитной проницаемости на зубцовом делении ротора. Распределение составляющих напряженностей диэлектрического Ех и магнитных Hz полей на зубцовом делении для магнитной цепи записано как соотношение количественно определяющее магнитные параметры зубчатого ферромагнитного массива. Выразив магнитное сопротивление стенок паза в направлении оси Y в функции удельного магнитного сопротивления Z, а также применив закон полного тока на основании второго уравнения Максвелла и закона электромагнитной индукции в результате решения уравнения Гельмгольца для напряженности магнитного поля с учетом граничных условий, получены следующие выражения магнитных сопротивлений: