I n d on e s i an   Jo u r n al   o El e c t r i c al   En gi n e e r i n g   an d   C o m p u te r   S c i e n c e   V o l .   1 5 ,   N o .   1 Ju ly   201 9 ,   pp .   4 8 ~ 5 5   IS S N :   2502 - 4752 ,   D O I :   10. 1 1591 / i j e e c s . v 1 5 .i 1 . pp 4 8 - 5 5             48       Jou r n al   h o m e pa ge ht t p: / / i ae s c or e . c om / j our na l s / i nde x . php/ i j e e c s   T h e r m a l   a n a l y si s   o f   a   t h r e e - p h a se   i n d u c t i o n   m o t o r   b a s e d   o n   m o t o r - C A D ,   f l u x 2 D ,   a n d   m a t l a b       A fr ah   Th am e r   A b d u l l ah ,   D r .   A m e r   M e jb e l   A l i   E l e c t r i c a l   E ng i n e e r i ng   D e pa r t m e nt ,   F a c ul t y   o f   E ng i ne e e r i ng ,   M us t a ns i r i y a U n i v e r s i t y ,   B a g hda d,   I r a q       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T   Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e D e c   4 ,   2018   R e v i s e F e b   2 1 ,   201 9   A c c e pt e M a r   10 ,   201 9       T hi s   p a pe r   a do pt e a   t he r m a l   ne t w o r m e t ho ( T N M )   ba s e o M o t o r - C A D   s o f t w a r e ,   a nd  M a t l a b / S I M U L I N K ,   w i t f i ni t e   e l e m e n t   m e t ho ( F E M )   ba s e d   o F l ux2D   s o f t w a r e   t o   pe r f o r m   a   t he r m a l   a n a l y s i s   o f   a   t o t a l l y   e nc l o s e f a n - c oo l e ( T E F C ) ,   s q ui r r e l   c a g e ,   t hr e e - pha s e   i nduc t i o m o t o r .   T h e   t he r m a l   a na l y s i s   i s   a c hi e v e ba s e o a   pr e c i s e   kno w l e dg e   o f   t he   t e s t   m o t o r   g e o m e t r y ,   m a t e r i a l s ,   a nd  h e a t   s o ur c e s   ( l o s s e s ) .   T he   e s t i m a t i o o f   he a t   di s t r i bu t i o i n s i de   t he   t e s t   m o t o r   by   t hi s   t hr e e   s o f t w a r e   i s   do ne   s u c c e s s f ul l y   w i t h   a   g oo a g r e e m e n t   be t w e e n   i t s   r e s u l t s .   T h e   p r o po s e t r i p l e - s o f t w a r e   m e t ho do l o gy   f o r   t h i s   w o r c a n   be   a do pt e d   f r o m   t he   m o t o r   de s i g ne r   i ns t e a o f   us i ng   a n   e xp e r i m e n t a l   t e s t   b a s e o a   r e a l   m o t o r .   Ke y w or ds :   F i ni t e   e l e m e nt   m e t h o d   M o t o r - CA D     T h e rm a l   n e t w o r m e t h o d   T hr e e - pha s e   i n duc t i o m o t o T h e rm a l   a na l y s i s   C opy r i gh t   ©   201 9   I n s t i t ut e   o f   A dv anc e E ng i ne e r i ng   and   S c i e nc e .     A l l   r i gh t s   r e s e r v e d .   Cor r e s pon di n g   Au t h or :   A f r a h   T ha m e r   A b dul l a h,   El e c t r i c a l   E n gi n e e r i n g   D e pa rt m e n t ,   F a c ul t y   of   E n g i nn e r i ng ,   M us t a n s i ri y a h   U ni v e r s i t y ,   B a g h da d ,   I r a q.   E m a i l :   a f ra h. t ha m e r@ y a h o o . c o m       1.   I N TR O D U C TI O N   A n   e l e c t ri c   m o t o r   i s   a n   e l e c t r i c a l   m a c hi n e   t h a t   c o n v e r t s   e l e c t r i c a l   e n e rgy   i nt o   m e c h a n i c a l   e n e r gy .   W h i l e   c o n ve r t i ng  e n e r gy   f r o m   o n e   fo r m   t o   a n o t h e r ,   i t   p ro duc e s   l os s e s .   T h e s e   l o s s e s   a r e   r e s po n s i b l e   fo r   ge n e ra t i n h e a t   i n s i de   t h e   m o t o r.   T e m pe ra t u r e   i s   a n   i m po r t a nt   f a c t o r   t ha t   a f fe c t s   t h e   pe r f o r m a n c e   of   e l e c t r i c   m a c h i n e s .   D ue   t o   t h e i r   t h e r m a l   de s i g n ,   e l e c t ri c   m a c hi n e s   c a n   s uf f e r   p r o b l e m s   s uc h   a s   i n s u l a t i o b r e a kdo w n ,   r e duc t i o n   i n   t o r que   p r o v i de d,   s h o rt e n e l i f e t i m e s   a n s o   o n .   O t h e r   p r o b l e m s   a r e   c h a nge s   i n   ge o m e t r y   c a us e d   by   t h e rm a l   e xpa n s i o n   o f   t h e   m a c h i n e   c o m po n e nt s   a n d   m e c h a n i c a l   s t r e s s e s .   T h e r e f o r e ,   b e c a us e   of   t h e s e   pr o b l e m s ,   t h e   t e m pe ra t u r e s   i n s i de   t h e   m a c h i n e s   m us t   b e   k e pt   w i t hi n   s a f e   l i m i t s .   T o   pr e d i c t   t h e   m a c h i n e   t e m pe ra t u r e s ,   t h e r m a l   m o de l s   a r e   us e t o   de t e r m i n e   t h e   t e m pe r a t u r e   f o r   di f fe r e n t   p a r t s   o f   m o t o r .   S o ,   t h e r m a l   a n a l y s i s   i s   a   v e r y   i m po r t a nt   s t a ge   i n   t h e   de s i g n   o f   e l e c t r i c   m a c h i n e s .   T o   s t udy   t h e   t h e rm a l   b e h a v i o r   o f   t h e   m a c h i n e s ,   a n s h o w   h o w   h e a t   i s   di s t ri b ut e i n s i de   i t .   A s   t h e   i n dus t r i a l   m a rke t   de m a n ds   f o r   l e s s   pow e r   c o n s um pt i o n ,   l o w   c os t ,   s m a l l   s i z e ,   l o w   w e i gh t ,   a n hi g e f f i c i e n c y ,   t h e   t h e rm a l   a n a l y s i s   w i l l   a s s i s t   t h e   m o t o r   de s i gn e r s   t o   ge t   t h e s e   r e qui r e s p e c i f i c a t i o n s .   A l s o ,   t h e   t he r m a l   a na l y s i s   i m p r o v e s   m a c h i n e   pe r f o r m a n c e ,   i n c r e a s e   i t s   o pe ra t i o n a l   l i f e t i m e ,   a n r e duc e   t h e   m a i n t e na n c e   pe r i o ds .   I n   o rde r   t o   a vo i t h e   pr o b l e m   of   h e a t   i t h e   m a c hi n e s ,   t h e   t e m pe ra t u r e   o f   t h e   w i n d i n gs   a r e   m o n i t o re by   t h e rm a l   a n a l y s i s ,   s i n c e   t h e   w i n d i n gs   a r e   c o n s i de r e t h e   w e a ke s t   pa r t   o f   t h e   m a c hi n e ,   a s   a i n c r e a s e   i n   t h e   t e m pe ra t u r e   o f   t h e   w i ndi n gs   b y   t h e   r a t e   o 10  o t ha n   t h e   pe rm i s s i b l e   l i m i t   w i l l   w e a ke n   t h e   l i f e   of   t h e   i n s ul a t i o n   by   h a l f   [1].   M o t o r   i n s ul a t i o n   s y s t e m s   c o n t a i s t i c ky   m a t e r i a l ,   t h i s   m a t e r i a l   w i l l   b e   a f fe c t e by   t e m pe ra t u r e   a n d   l e a d   t o   f ri c t i o a nd  c a us e s   h e a t   i t h e   w i n d i n gs .     T h e   pe r f o r m a n c e   of   t h e   m a c hi n e   i s   i m p r o v e e i t h e r   b y   s e l e c t i n a   h i g h - t e m pe ra t u r e   t o   w i t h s t a nd  i n s ul a t i o n   m a t e r i a l   o r   by   c h o os i n t h e   b e s t   c o o l i n s y s t e m   fo r   t h e   m a c h i n e .   T h e r m a l   a na l y s i s   de pe n ds   o n   t h e   c a l c ul a t i o n   o f   l o s s e s   a n a i m s   t o   f i n t h e   t e m pe r a t u r e   di s t r i b ut i o n   i n s i de   t h e   m o t o r ,   t o   s e l e c t   t h e   b e s t   m o t o r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       T he r m al   anal y s i s   of   t hr e e - phas e   i ndu c t i on  m ot or   bas e d   on   m ot or - CA D ,   f l u x 2D   ( A f r ah  T h am e r   A bdu l l a h )   49   c oo l i n s y s t e m ,   t o   ke e t h e   w i ndi n gs ,   c o r e ,   a n d   f ra m e   t e m pe r a t u r e s   w i t h i s a f e   l i m i t s .   T h e   m o s t   m e t h o ds   us e i t h e   t h e rm a l   a n a l y s i s   of   t h e   e l e c t ri c   m a c hi n e s   a r e   t h e rm a l   n e t w o r m e t h o ( T N M a nd  f i n i t e   e l e m e n t   m e t h o (F E M )   [ 2 ].   M a n y   r e s e a r c w o r ks   ha v e   b e e n   do n e   t o   s t u dy   t h e   t h e rm a l   a na l y s i s   of   a   t hr e e - p h a s e   i n duc t i o n   m o t o r.   G n f f i t h   a n M c   Coy   (1986),   us e A N S Y S   pa c ka ge   f o r   3D   F E M   a na l y s i s   of   e l e c t r o m a g n e t i c   a n t h e r m a l   b e ha v i o r   of   i n duc t i o n   m o t o r   [3] .   B oy s   e t   a l   (19 94),   de s c r i b e a   t h e rm a l   m o de l   t ha t   p r o v i de s   a n   e s t i m a t e   of   t e m pe r a t u r e s   of   t h e   s t a t o r   a n r o t o r   i n   a n   i n d uc t i o n   m a c h i n e   by   a   dr i v e n   i n v e r t e r   i n   b o t h   t ra n s i e n t   a n s t a b l e   c o n di t i o n s ,   a n u nde c o n s t a nt   a nd  v a r i a b l e   f l ow   c o n t r o l   [4 ].   M e z a n i   e t   a l   (199 9),   i m pl e m e n t e a   s t e a dy - s t a t e   f i ni t e   e l e m e nt   m e t h o o f   t h e   h e a t   i n s i de   a n   i nd uc t i o n   m o t o r.   T h e   t h e rm a l   c a l c u l a t i o n   i s   c a rr i e o ut   i n   a   2D   r a d i a l   v i e w   t ha t   r e p r e s e nt s   a a n gul a s pa c e   o f   o n e   pi t c o f   r o t o r   t o o t [5] .   H ua i   Y i n g   e t   a l   (2003) ,   de v e l o pe a n d   e xpe ri m e n t a l l y   v a l i d a t e   a   m o de l   f o r   a c c o un t i n g   l o s s e s   a nd  t h e rm a l   p h e n o m e n a   o f   a i n duc t i o n   m o t o r ,   i m pl e m e nt e by   F E M L A B   [6].     M a r i o   J .   D ura n   e t   a l   (20 04),   p r e s e nt e a   l u m pe d - c i r c ui t   t h e rm a l   m o de l   fo r   i n duc t i o n   m a c hi n e s   t ha t   c a n   b e   a do pt e i n   r e a l - t i m e   a ppl i c a t i o n s .   I t s   m o de l e j us t   s t a t o r ,   r o t o r,   a n e n v i r o n m e n t   r e p r e s e nt a t i v e   t e m pe ra t u r e s .   T h e rm a l   p a ra m e t e r s   a r e   e xpe r i m e n t a l l y   ob t a i n e a n d   a   s e n s o r l e s s   v e c t o r   c o n t r o l   a p pl i c a t i o n   w i t h   i nduc t i o n   m o t o r   [7].   K h a l i f a   e t   a l   (200 9),   p r e s e n t e a n d i s c us s e t h e   t h e o r e t i c a l   a nd  e xpe ri m e nt a l   r e s ul t s   o f   t h e   a s s o c i a t e e ffe c t s   of   t e m pe r a t u r e   ri s e   o n   t h e   pe r f o r m a n c e   of   i n duc t i o n   m o t o r.   T h e s e   e f fe c t s   a r e   s t udi e t h e o r e t i c a l l y   i n   a   m o de l   fo r   t h e   i n duc t i o n   m o t o r   i s   de v e l o pe by   M a t l a b   pr o g r a m   [8].   M a hdi   A t i e t   a l   (2018)  p r e s e nt e t h e   r e s ul t s   o f   a e xpe r i m e n t a l   i n v e s t i ga t i o t o   s e e   t h e   i m p a c t   o f   t h e   o pe n   p ha s e   f a ul t   o n   t h e   t h e rm a l   b e h a v i o i t h e   2 . kW   t hr e e   p h a s e   s qu i rr e l   c a ge   i n d uc t i o m o t o r   a n d   t o   di s pl a y   t h e   s t a t o c u rr e nt   w i t h   h e a l t h y   a n d   f a ul t y   c o n di t i o n s   u nde r   di f f e r e n t   l o a ds   [ 9].   T h e   a i m   o f   t hi s   w o r i s   t o   s t udy   t h e   h e a t   di s t r i b ut i o n   i n s i de   a   t hr e e - p h a s e ,   s qui rr e l   c a ge ,   i n duc t i o n   m o t o r   b a s e o n   M o t o r - CA D ,   F l ux2D ,   a n d   M a t l a pr o g r a m s   i n c l ud i n b o t t h e rm a l   n e t w o r m e t h o d(T N M ) ,   a nd  f i ni t e   e l e m e nt   m e t h o (F E M ) .         2.   M ET H O D S   O F   TH ER M A L   A N A L Y S I S   2. 1 .       Lu m p e d   C i r c u i M e th o d   T h e   p r i n c i p l e   o f   t h e   t h e r m a l   n e t w o r m e t h o (T N M i s   b a s e o n   di v i de m o t o r   i n t o   b a s i c   t h e r m a l   e l e m e n t s   r e pr e s e nt i ng  a   c o m b i n a t i o n   o f   c o n duc t i o n,   c o n v e c t i o n,   a n r a di a t i o n   h e a t   t ra n s f e r   o pe r a t i o n s .   T h e   s t ruc t u r e   o f   a   T E F C   i n duc t i o m o t o m o de l   s i m i l a t o   e l e c t r i c a l   n e t w o r k,   a nd  c o n s i s t s   f r o m   [ 10]:   a.   T h e rm a l   r e s i s t a n c e s   r a t h e t h a e l e c t ri c a l   r e s i s t a n c e s .   b.   P ow e r   s o ur c e s   r a t h e r   t h a c u rr e n t   s o ur c e s .     c.   T h e rm a l   c a pa c i t a n c e s   r a t h e t ha e l e c t ri c a l   c a p a c i t o r s .   d.   N o da l   t e m pe ra t u r e s   ra t h e t ha v o l t a ge .   e.   P ow e r   f l o w   t hr o ug h   r e s i s t a n c e s   r a t h e t ha c u rr e nt .   f.   G e o m e t r i e s   of   c o m po n e n t s   o f   pa rt i c ul a r   m o t o r,   t h e rm a l   re s i s t a n c e s   a n t h e r m a l   c a p a c i t a n c e s   of   a l l   c o m po n e n t s   c a b e   c a l c ul a t e d.     g.   T h e s e   t h e rm a l   p r o pe rt i e s   a nd  h e a t   l o s s e s   a r e   a pp l i e i nt o   t he   t h e rm a l   n e t w o r k,   t o   c a l c ul a t e   t e m pe ra t u r e   ri s e s   o f   t h e   m o t o c o m p o n e nt s   f o r   a l l   t h e   o pe r a t i n g   c o n di t i o ns   o f   m o t o r .   In   t h e   s t e a dy   s t a t e   t h e rm a l   a n a l y s i s ,   t h e   t h e r m a l   c i r c ui t   o f   a   t hr e e - pha s e   i n duc t i o n   m o t o r   c o n s i s t s   of  t h e rm a l   r e s i s t a n c e s   a nd  t h e rm a l   s o ur c e s   c o n n e c t e b e t w e e n   t h e   m o t o r   c o m po n e n t   n o de s .   W h i l e ,   i n   t h e   t r a n s i e nt   a na l y s i s ,   t h e r m a l   c a p a c i t i e s   a r e   us e t o   ob s e r v i n c h a nge s   i n   t h e   i n t e rn a l   e n e r gy   o t h e   b o d y   ov e r   t i m e .   T N M   i s   v e r y   f a s t ,   s i m pl e   m a t h e m a t i c a l   f o r m ,   e a s y   t o   i m pl e m e n t ,   a n d   m o r e   s ui t a b l e   w i t t h e   de gr e e   o t e m pe ra t u r e   g r a di e n t s   i s m a l l   m a c h i n e s .     2. 2     Th e r m al   A n al ys i s   b F i n i te   E l e m e n M e th o d   T h e   f i ni t e   e l e m e n t   m e t h o (F E M )   i s   a   n u m e r i c a l   m e t h o us e t o   s o l ve   e n gi n e e ri n p r o b l e m s   s uc h   a s   e l e c t r o m a g n e t i c ,   m a s s   t ra n s po r t ,   h e a t   t ra n s f e r ,   a nd  f l ui f l ow .   T h e   m e t h o pr o duc e s   t h e   a pp r o xi m a t e   v a l ue s   of   t h e   un k n o w n   a t   t h e   n u m b e r   of   s e pa ra t e   n o de s   a b ove   t h e   ra n ge   [11].   F o r   s o l v i n t h e   p r o b l e m ,   i t   di v i de s   t h e   b i pr o b l e m   t o   s m a l l e r   pa rt s   c a l l e f i n i t e   e l e m e n t s .   T h e   e qua t i o n s   t ha t   c o m po s e   t h e s e   f i n i t e   e l e m e nt s   a r e   t h e n   a s s e m b l e i nt o   a   l a r ge r   s y s t e m   of   e qua t i o n s   t ha t   c o n s t i t u t e   t h e   w h o l e   pr o b l e m .   A l t h o ug h   M o t o r - CA D   us e s   T N M   i n   m o t o r   t h e rm a l   a na l y s i s ,   i t   ha s   a   f i n i t e   e l e m e n t   s o l ut i o n   fo r   t h e   s t a t o r   w i n d i n o n l y .   T h e   t h e r m a l   s t udy   of   t h e   t e s t   m o t o r   by   F E M   i s   a c h i e v e by   us i n F l ux2D   s o f t w a r e   t o   de t e r m i n e   t h e   t e m pe ra t u r e   di s t r i b ut i o n   i t h e   c a s e   of  a   s t e a d y   s t a t e   a t   a n y   po i n t   o t h e   i n d uc t i o n   m o t o r .   T hi s   m e t h o i s   pa r t i c ul a rl y   a ppr o pri a t e   w i t l a r ge   t e m pe r a t u r e   g ra di e n t s   [12] ,   b ut   t h e   de f e c t   t a ke s   t i m e   t o   pr o c e s s   w i t h   r e s pe c t   t o   T N M .       3.   M A TH EM A TI C A L   F O U N D A TI O N   T h e   h e a t   t r a n s f e r   b a s i c s   i n   t h e   t h e rm a l   n e t w o r a n a l y s i s   of   a   t hr e e - pha s e   i nduc t i o n   m o t o r   a r e   de s c r i b e a s   f o l l ow s   [13]:   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   1 5 ,   N o .   1 Ju ly   201 9   :     4 8   -   5 5   50   3. 1 .       H e at  T r an s fe r   b y   C o n d u c ti o n     T h e   h e a t   i s   t ra n s f e rr e by   c o n duc t i o n   i n   s o l i m a t e ri a l   s uc h   a s   s t a t o r   a n r o t o r,   a n c a n   b e   de s c r i b e d   by   ( 1 ) .     c          +      y     +      z     )   +Q   (1)     W h e r e     i s   t h e   de n s i t y ,     i s   t h e   t h e rm a l   c o n duc t i v i t y ,   T   i s   t h e   t e m pe ra t u r e ,   a n d   Q   i s   t h e   d i s s i pa t e pow e r   de n s i t y .   F o ur i e r' s   l a w   i s   us e t o   c o nn e c t   t h e   h e a t   f l ux   a n t h e   t e m pe ra t u r e   g ra di e n t ,   T h e   h e a t   f l ux  i s   gi v e n   by   ( 2 ) .     =   -   λ   T x   (2)     3. 2 .       H e at  T r an s fe r   b y   C o n v e c ti o n   T h e   h e a t   i s   t r a n s f e r e f r o m   o n e   pl a c e   t o   a n o t h e r   by   t h e   m o v e m e n t   of   f l ui ds .   I n   t h i s   w o r k,   t h e   t e s t   m o t o r   i s   t o t a l l y   e n c l o s e f a n   c oo l e (T E F C),   w h e r e   t h e   a i r   i s   pus h e by   fo r c e c o n v e c t i o n   o n   t h e   f r a m e   o t h e   m o t o r .   T h e   e qu a t i o f o r   c o n v e c t i o n   c a n   b e   e xpr e s s e a s :     =   α   A s   ( T w - T ∞)   (3)     W h e r e   α  i s   h e a t   t ra n s f e r   c o e ff i c i e n t ,   A s   i s   s u r f a c e   a r e a ,   T w ,   a n d   T ∞  a r e   t h e   t e m pe ra t u r e   o f   t h e   s u r f a c e   a n t h e   a m b i e nt   c o o l i n g   m e di um   r e s pe c t i v e l y .     In  t h e r m a l   a n a l y s i s   of   a   t hr e e - p ha s e   i nduc t i o m o t o c o n du c t i o a nd   c o n v e c t i o n   a r e   o nl y   t a ke   i nt o   a c c o un t ,   w h i l e   r a d i a t i o n   i s   i g n o r e d.     3. 3 .       H e at  S o u r c e s   (P o w e r   Lo s s e s )   T h e   m o t o po w e r   l o s s e s   a r e   d i v i de i nt o   s i x   t y pe s   :   a.   S t a t o i r o l o s s e s   P Fe1 .   b.   Ro t o r   i r o n   l o s s e s   P Fe2 .   c.   S t a t o c o ppe r   l o s s e s   P c u 1 .   d.   Ro t o r   c o ppe r   l o s s e s   P c u 2 .   e.   M e c h a n i c a l   l o s s e s   ) F ri c t i o n   a n d   w i n d a ge   l o s s e s ( .   f.   S t ra y   l o a l o s s e s .   T h e s e   l o s s e s   m us t   b e   c a l c ul a t e d   t o   e n t e r e a s   h e a t   s o ur c e s   b e fo r e   s o l v i n t h e   t e s t   m o t o m o de l .       4.   M O D E LLI N G   BY   M O T O R - CAD   A   2. kW ,   po l e ,   T E F C,   i n s ul a t i o c l a s s   F ,   s qu i rr e l   c a ge ,   t hr e e - p h a s e   i n duc t i o m o t o i s   m o de l e by   M o t o r - CA D .   A l l   di m e n s i o n s   o f   t h e   m a c h i n e   w e r e   e n t e r e i t h e   ra d i a l   c r o s s   s e c t i o n ,   a s   s h o w n   i F i gu r e   1.           F i gu r e   1 . R a di a l   c r o s s   s e c t i o n   o f   t h e   t e s t   m o t o r   by   M o t o r   C A D   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       T he r m al   anal y s i s   of   t hr e e - phas e   i ndu c t i on  m ot or   bas e d   on   m ot or - CA D ,   f l u x 2D   ( A f r ah  T h am e r   A bdu l l a h )   51   T h e   w i n di ng  p a t t e rn   f o r   t h e   (s l o t / po l e c o m b i n a t i o n   o f   t hi s   m a c hi n e   i s   s e t   up  a ut o m a t i c a l l y   b y   M o t o r - CA D   s o f t w a r e .   I t h e   t e s t   m o t o r ,   w e   h a v e   a   s i n gl e   l a y e r   w i n d i n g   w i t h   18 t u rn s   pe p h a s e ,   t h e rm a l   r e s i s t a n c e   v a l ue s   a r e   c a l c ul a t e a u t o m a t i c a l l y   f r o m   m o t o r   di m e n s i o n s   a n m a t e r i a l   d a t a .   T h e   m a t e ri a l s   us e i n   m o de l i n t h e   t e s t   m o t o a r e   s h o w n   i F i gu r e   2.           F i gu r e   2 .   M a t e r i a l s   o f   t h e   t e s t   m o t o s e l e c t e by   M o t o r - CA D       T h e   l o s s e s   h a v e   be e n   c a l c ul a t e a t   f ul l   l o a c o n d i t i o n ,   a nd  e n t e r e i n   M o t o r - CA D .   T h e   t h e r m a l   m o de l   i s   s e t   up  w i t h   h o us i n t y pe ,   m a t e r i a l s ,   a n c oo l i ng  opt i o n s   e t c .   T h e   m o de l   c a n   b e   s o l ve by   c l i c o n   t h e   s o l ve   t h e rm a l   m o de l ,   t o   c a l c ul a t e   t h e   t e m pe ra t u r e s   a t   di f fe r e n t   m o t o r   r e gi o n s   a s   s h o w n   i n   t h e   m o t o r   e qui v a l e n t   t h e rm a l   m o de l   o f   F i gur e   3.           F i gu r e   3 .   E qui v a l e nt   t h e r m a l   n e t w o r o f   t h e   t e s t   m o t o r   by   M o t o r - CA D   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   1 5 ,   N o .   1 Ju ly   201 9   :     4 8   -   5 5   52   5.   M O D E LI N G   BY   M A TLA B/ S I M U LI N K   A   t hr e e - pha s e   i n duc t i o n   m o t o r   w a s   s i m ul a t e by   M a t l a b / S i m ul i n v e r s i o 2013 ,   b a s e o n   a   l um pe t h e rm a l   m o de l .   H e a t   ge n e r a t e due   t o   pow e r   l o s s e s   i n   t h e   s t a t o r   i r o n   b a c k,   s t a t o r   w i n d i n a nd  t h e   r o t o r   i s   r e p r e s e n t e b y   t hr e e   h e a t   f l o w   s o ur c e s :   s t a t o r   i r o n   l o s s e s ,   s t a t o r   w i n di ng  po w e r   l o s s e s ,   a nd  r o t o r   c o ppe l o s s e s .   T h e   m o t o r   l o s s e s   w e r e   i n s e rt e di r e c t l y   t o   t h e   t h e rm a l   m o de l .   T h e   m o t o r   t h e rm a l   c i r c ui t   i s   b ui l t   o t h e rm a l   c o n duc t i v e   a n c o n v e c t i v e   h e a t   t ra n s f e r   b l o c ks ,   w h i c h   r e p r o duc e   h e a t   p a t h s   i n   t h e   m o t o r   pa rt s :   m o t o r   f r a m e ,   s t a t o r   w i n di ng,   s t a t o r   i r o n,   r o t o r   i r o n,   r o t o r   b a r s ,   f r o nt ,   a nd  r e a r   b e a r i n g   pl a t e s .   T h e   t e m pe ra t u r e   m e a s u r e m e nt s   a t   d i f fe r e nt   p o i n t s   w i t hi n   t h e   m o t o r   w e r e   ob t a i n e us i n s e n s o r s   m a de   i n   po s i t i o n s :   f r a m e ,   s t a t o r   w i n di n g ,   s t a t o r   y o ke ,   r o t o r   y o ke ,   r o t o r   b a r ,   a n s h a f t .   T h e   m o t o r   e xc h a nge s   h e a t   w i t h   t h e   a t m o s ph e r e   t hr o ugh  t h e   f ra m e - a t m o s p h e r e .   T h e   t h e rm a l   e qua t i o n s   us e i n   t h e   m o d e l   a r e   t h e   s a m e   a s   t h o s e   us e i n   M o t o r - CA D   s o f t w a r e .   F i gu r e   4   s h o w   t h e   t e s t   m o t o r   c i r c ui t   m o de l i ng  by   M a t l a b / S i m u l i n k .           F i gu r e   4 .   T e s t   m o t o r   t h e rm a l   c i r c u i t   by   M a t l a b / S i m ul i n k       6.   M O D E LI N G   BY   F LU X 2D   T h e   f i n i t e   e l e m e n t   m e t h o m o de l   fo r   t h e   t e s t   m o t o r   i s   do n e   by   us i n F l ux 2D   s o f t w a r e   a s   s h o w n   i n   F i gu r e   5. W e   us e s of t w a r e   s ke t c h e r   t o   d r a w   t h e   m o t o r   ge o m e t r y .   T h e   m a c h i n e   c o n s i s t s   o f   f i v e   di ff e r e n t   m a t e ri a l s :   s ha f t   s t e e l   t y pe   CK 45,   e l e c t r i c a l   s t e e l   t y p e   M 800 - 5 0A ,   c a s t   i r o f o r   f r a m e ,   pu r e   a l um i n u m   f o r   r o t o r   b a r s   , a nd  c o ppe r   f o r   s t a t o r   w i n d i n g .             F i gu r e   5 .   F E M   m o de l   f o r   t h e   t e s t   m o t o r   by   F l ux2D   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       T he r m al   anal y s i s   of   t hr e e - phas e   i ndu c t i on  m ot or   bas e d   on   m ot or - CA D ,   f l u x 2D   ( A f r ah  T h am e r   A bdu l l a h )   53   7.   R ES U LT  A N D   D I S C U S S I O N   F i gu r e s   a n s h o w   t h e   t e m pe ra t u r e   d i s t ri b ut i o n   o b t a i n e f r o m   M o t o r - CA D   i n   t h e   a xi a l   a n ra di a l   v i e w   of   t h e   t e s t   m o t o r   a t   f ul l   l o a d,   s t e a d y   s t a t e   c o n d i t i o n .           F i gu r e   6 .   R a di a l   v i e w   of   t h e   t e s t   m o t o t e m pe ra t u r e   di s t ri b ut i o n   by   M o t o r - CA D         F i gu r e   7 .   A x i a l   v i e w   of   t h e   t e s t   m o t o r   t e m pe r a t u r e   di s t r i b ut i o by   M o t o r - CA D       T h e   t e m pe ra t u r e   o e a c h   c o m po n e n t   o f   t h e   t e s t   m o t o r   ha s   b e e n   de t e r m i n e d,   a t   a n   a m b i e n t   t e m pe ra t u r e   o f   40  o C.   T h e   l o s s e s   of   t h e   t e s t   m o t o i n d uc t i o n   a r e   us e a s   t h e   h e a t   s o ur c e s   (s t a t o r   a n r o t o c o ppe r   l o s s e s ,   s t a t o r   a n r o t o c o r e   l o s s e s ),   a n i n s e rt e i n t o   t h e   t h e r m a l   m o de l .   T h e   a c c u r a c y   o f   t h e     t h e rm a l   m o de l   r e s u l t s   a t   f ul l   l o a d   s t e a dy   s t a t e   o b t a i n e f r o m   M o t o r - CA D   ha s   b e e n   e v a l ua t e by   c o m pa r i n g   w i t h   t h e   f i ni t e   e l e m e n t   m e t h o r e s ul t s   o b t a i n e f r o m   F l ux 2D   (E rr o r 1) ,   a nd  w i t h   t h e   r e s ul t s   o b t a i n e f r o m   M a t l a b / S IM U L IN K   (E rr o r 2) ,   a s   s h o w n   i n   T a b l e   1.   F i g u r e   s h o w   t h e   c o m pa r s i o n   o f   t h e   t e s t   m o t o r   t e m pe ra t u r e s   a t   n o   l o a a nd  f ul l   l o a c o n d i t i o n s   , t a ke f r o m   t h e   s i m u l a t i o n   o f   t h e   t e s t   m o t o r   b y   t h e   t hr e e   s of t w a r e .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   1 5 ,   N o .   1 Ju ly   201 9   :     4 8   -   5 5   54   T a b l e   1 .   Co m p a r i s o o f   S t e a dy   S t a t e   T e m pe r a t u r e s   o f   D i ff e r e n t   M o t o r   P a rt s   a t   F ul l   L o a d   E rro r2   M a t l a b / S i m u l i n k   ( ° C)   E rro r1   F l u x 2 D   ( ° C)   M o t o r - C A D   ( ° C)   M o t o r   p a rt   + 1 . 1 2 %   75   -   1 0 . 2 7 %   8 4 . 4   7 5 . 8 5   F ra m e   + 3 . 4 6 %   77   - 9 . 9 5 %   8 7 . 7   7 9 . 7 6   S t a t o y o k e   + 6 . 8 6 %   97   - 0 . 4 3 %   1 0 4 . 6   1 0 4 . 1 5   S t a t o w i n d i n g   0 . 9 3 %   136   + 1 . 7 2 %   1 3 1 . 9 6   13 7 . 2 8   Ro t o b a r s   - 0 . 2 9 %   137   + 4 . 8 4 %   1 2 9 . 9 8   1 3 6 . 6   Ro t o y o k e   + 7 . 8 7 %   124   + 7 . 8 4 %   1 2 4 . 0 4   1 3 4 . 6   S h a f t           F i gu r e   8 .   T e m pe r a t u r e   d i s t r i b ut i o n   o f   e a c m o t o pa rt   a t   f ul l   l o a d       F i gu r e   s h o w   t h e   e ffe c t   of   c h a n g i n m o t o r   l o a di ng  (f r o m   no   l o a t o   f ul l   l o a d)  o n   i n c r e a s i n o f   t h e   t e s t   m o t o r   t e m pe ra t u r e s .   R a di a l   t e m pe r a t u r e   di s t r i b ut i o n   pl o t t e f r o m   c e n t e r   o f   t h e   s h a f t   t o   t h e   f r a m e   f i n s   i s   i l l us t r a t e i t w o   c ur v e s :   o n e   fo r   n o   l o a d   c o n di t i o n,   a n d   t h e   o t h e f o r   f ul l   l o a c o n d i t i o n.           F i gu r e   9 .   T e m pe r a t u r e   d i s t r i b ut i o n   o f   e a c m o t o pa rt   a t   n o   l o a a n d   f ul l   l o a d       8.   C O N C LU S I O N   In   t h i s   p a pe r ,   a   t h e r m a l   a na l y s i s   of   a   T E F C ,   s qui rr e l   c a ge ,   t hr e e - pha s e   i n duc t i o n   m o t o r   ha s   b e e n   pe r f o r m e s uc c e s s f ul l y   by   a ppr o a c h   us e   t h e rm a l   n e t w o r m e t h o (b a s e o n   M o t o r - CA D   a nd  M a t l a b t o ge t h e r   w i t h   f i ni t e   e l e m e n t   m e t h o (b a s e o F l ux2D )   u nde r   f ul l   l o a d   s t e a dy - s t a t e   c o n di t i o n.   M o t o r - CA D   r e s ul t s   i l l us t ra t e   i n   a   go o m a nn e a l l   h e a t   e xc h a nge s   b e t w e e n   di f f e r e n t   p a r t s   o f   t h e   m o t o r,   s o   c a n   b e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       T he r m al   anal y s i s   of   t hr e e - phas e   i ndu c t i on  m ot or   bas e d   on   m ot or - CA D ,   f l u x 2D   ( A f r ah  T h am e r   A bdu l l a h )   55   c o n s i de r e a s   t h e   m a i n   s o f t w a r e   i n   t hi s   w o r k.   T h e   r e s ul t s   o b t a i n e f r o m   M o t o r - CA D   s h o w   a   goo a gr e e m e n t   w i t h   o t h e r   r e s ul t s   o b t a i n e f r o m   t h e   o t h e r   t w o   s of t w a r e   (F l ux2D   a n M A T L A B ),   w h i c h   c a n   b e   c o n s i de r e a s   a   t w o   c o m pa r a t i v e   s of t w a r e .   T h e   s t ra i g ht f o r w a r m e t h o do l og y   f o r   t hi s   w o r c a n   a s s i s t   t h e   m o t o r   de s i g n e r   t ob t a i n   w e l l   t h e r m a l   m o t o r   r e s ul t s   w i t h o ut   n e e di n g   t o   c o n duc t   t e s t s   b a s e o n   a   c o s t l y   pr o duc e pr o t o t y pe   m o t o r .       R EF ER EN C ES   [ 1]   G na c i ns k i ,   P . , W i n di ng s   t e m pe r a t ur e   a nd  l o s s   o f   l i f e   o f   a n   i nduc t i o m a c hi ne   und e r   v o l t a g e   un ba l a nc e   c o m bi ne d   w i t h   o v e r - o r   unde r v o l t a g e s , "   I E E E   T r an s .   o n   E ne r gy   C onv e r s i o n ,   V o l .   2 3,   N o .   2,   J u ne ,   2008 .   [ 2]   M e l l o r ,   P .   H . ,   R o be r t s ,   D . ,   a nd  T u r ne r ,   D .   R .   ,   L um pe P a r a m e t e r   T h e r m a l   M o de l   f o r   E l e c t r i c a l   M a c hi n e s   o f   T E F C   D e s i g n” ,   I E E   P r oc .   B ,   V o l .   138 ,   N o .   5 ,   pp.   2 05 2 18 , 199 1.   [ 3]   G nf f i t a nd  M c c oy . ,   "   i nduc t i o m o t o r   s qui r r e l   c a g e   r o t o r   w i ndi ng   t he r m a l   a n a l y s i s " ,   I E E E ,   V o l . - EC - 1,   N - 3,   s e p t , 1 980 .     [ 4]   J .   T .   B oy s ,   M .   J .   M i l e s . ,   " E m pi r i c a l   t he r m a l   m o de l   f o r   i nv e r t e r - d r i v e c a g e   i nduc t i o m a c hi ne s , "   I E E   P r oc - E l e c t r .   P o w e r   A ppl . ,   v o l .   1 41 ,   N o . 6 ,   pp .   3 60 - 372 ,   N o v , 1994.   [ 5]   M e z a n i ,   S . ,     M o e l i s a t i o T he r m i que   d’ u M o t e ur   A s y n c hr o ne   a `   C a g e   T he ` s e   de m agi s t e r ,   U ni v .   d e s   S c i e .   e t   de   l a   T e c hn . ,   A l e r i e ,   J ui l l e t , 1 999 .   [ 6]   Y .   H ua i ,   R . V . N .   M e l n i k ,   a nd  P . B .   T ho g e r s e n . ,   C o m put a t i o na l   a n a l y s i s   o f   t e m pe r a t ur e   r i s e   ph e no m e na   i e l e c t r i c   i nduc t i o n   m o t o r s ,   A pp l i e T he r m al   E n gi ne e r i n g ,   v o l .   23,   p   77 9 - 79 5, 20 03 .   [ 7]   M a r i o   J .   D u r á . ,   " L um pe p a r a m e t e r   t h e r m a l   m o de l   f o r   i nduc t i o m o t o r s " ,   I E E E ,   e ne r gy   c o nv e r s i on   V o l . 1 5,   J une , 20 04 .   [ 8]   F a hi m . A . K ha l i f a ,   S o bh y   S e r r y   ,   M o ha m e . M .   I s m a i l ,   B a s e m   E l ha dy ,   E f f e c t   o f   t e m pe r a t ur e   R i s e   o t he   P e r f o r m a nc e   o f   I nduc t i o M o t o r s ,   I E E E . , 20 09.   [ 9]   M a h di   A t i g   e t   a l ,   A E xp e r i m e n t a l   I nv e s t i g a t i o o f   H e a t i ng   i n   I nduc t i o M o t o r   un de r   O p e P ha s e   F a u l t ,   I nt e r n at i on al   J o ur n al   o f   E l e c t r i c al   a nd  C om pu t e r   E n gi ne e r i n g   ( I J E C E ) V o l .   8 ,   N o .   3 ,   pp.   1 288 ~ 12 96,   J une   20 18 .   [ 10]   B og l i e t t i ,   A .   C a v a g ni no ,   a nd  D .   A .   S t a t o n. ,   T E F C   i nd uc t i o m o t o r s .   T he r m a l m o de l s   : A pa r a m e t e r   s e n s i t i v i t y   a na l y s i s ,   I E E E   T r an s .   I nd .   A ppl .,   v o l .   41 ,   no .   3 ,   pp .   756 763 ,   M a y / J un , 200 5.   [ 11]   F l ux2D   s o f t w a r e     w w w . c e dr a t . c o m .   [ 12]   J   P   H o l m a n . ,   H e a t   T r a n s f e r ,   M c G r a w - H i l l   B o o C o m pa ny ,   N e w - Y o r k, ( 6 t h ) , 1986 .   [ 13]   G unna r   K y l a nde r . ,     T he r m a l   m o de l l i ng   o f   s m a l l   c a g e   i nduc t i o m o t o r s , P hD   di s s e r t a t i o ,   C h a l m e r s   U n i v e r s i t y   o f   T e c hno l o gy , 1995 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.