水冷永磁伺服电机温升关键问题的研究

文章用流热耦合法对水冷永磁伺服电机温升关键问题进行了研究。为得到合理的冷却水流速,文章理论分析了冷却水流速对电机温升的影响,得到紊流状态下电机温升和冷却水流速间的关系曲线。随着冷却水流速的增加,电机温升变化率在减小,最后趋于饱和。建立电机模型,用有限元流体场仿真软件Fluent对其进行仿真计算,并对样机额定工况不同水速进行试验验证。仿真计算、理论推导和试验能够保持一致。综合考虑散热效果和外部驱动泵损耗,给出所研究电机合理的冷却水流速,对水冷电机冷却系统设计具有指导意义。     

水冷感应电机不同运行状态下的稳态温度场分析

针对微型电动车用电机额定电流大导致的温升高问题,建立水冷感应电机三维稳态温度场有限元模型.计算了电机额定负载运行温升稳定时,定、转子的温度分布;计算不同负载运行时电机定子轭部及绕组温度变化.由分析结果可见,温升稳定后,转子导条温度最高,转子区域温升高于定子区域;随着电机运行转矩、转速的增加,电机各部分温升随之增大.搭建了电机温升实验平台,所得实验结果与数值计算结果对比,验证了所建模型的合理性.     

不同冷却结构的微型电动车用感应电机三维稳态温度场分析

以实际样机为实例,建立了微型电动车用风冷和水冷感应电机稳态温度场的热网络模型及有限元模型。以此模型为基础,计算了风冷、水冷电机额定负载运行下的热网络节点温度及稳态三维温度场分布。比较了热网络法与有限元法的计算精度及优缺点;探讨了风冷、水冷周向螺旋槽及轴向直槽冷却结构对电机温升的影响;分析了流体介质、转子鼠笼材料及机壳材料等与电机温度分布的关系和规律。用相应样机进行实验研究,实验结果与计算结果吻合,验证了仿真分析的正确性。     

双水内冷同步调相机定子温度场分析

温度场的研究对双水内冷同步调相机安全运行具有重要的意义。针对双水内冷同步调相机,采用有限元法建立了电磁场二维模型以及流体-温度三维温升计算模型,求取了电机不同运行工况下的电枢电流、励磁电流以及对应的电机定子损耗。在此基础上,根据流体-温度耦合的传热理论,以定子线圈和铁心损耗为热源,求解定子各部分温度分布,研究电枢电流、冷却水流速、冷却水进水温度对定子温升的影响。结果表明,双水内冷同步调相机运行时定子下层线圈温度高于定子上层线圈温度,定子线圈最高温升与电枢电流的二次方呈正比,且其温升与冷却水的流速相关,与进水温度成正比。本文中关于温度场的研究可为大型同步调相机散热结构优化及过载能力分析提供理论参考价值。     

高速水冷永磁电机冷却系统分析

为了研究水冷系统对高速永磁电机冷却效果的影响,基于计算流体动力学(CFD)以及数值传热学理论,利用有限体积法对常用的轴向"Z"字型和周向螺旋型水冷系统进行详细分析,得到了水冷系统的流速、流阻及温度分布。在采用螺旋型水冷结构的基础上,对电机的流体场和温度场进行计算,分析了水道数、水道宽度、冷却水速及冷却水温对电机温升的影响。为高速电机水冷系统的设计与热分析提供参考。     

电动汽车用永磁电机温升及冷却的研究

本文基于一台104kW,1250r/min的电动汽车用永磁电机,设计了螺旋与Z形的水冷结构,基于流固耦合法,对两种冷却结构下电机的流体场与温度场进行分析,详细对比了两种水冷结构下的电机绕组、铁心的温升以及轴承和永磁体的温度。另外,为了进一步优化电机的冷却结构,本文设计了不同数量、宽度的水路,研究不同水路结构对电机温升的影响。最后基于设计好的水冷结构,给定不同的冷却水速,研究水流速度对电机温升的影响,并进行了不同水流速度下的温升试验。将实验值和计算值进行了误差分析,其误差在工程允许范围内,验证了冷却方案的可行性     

真空干泵用屏蔽电机温度场仿真分析与试验

针对真空干泵用屏蔽电机在额定运行过程中温升过高导致绝缘老化,影响机组运行安全的问题,对1台4.5 kW真空干泵用水冷式屏蔽电机的水冷结构进行了设计,并进行了温度场仿真分析和试验。利用机械软件建立了屏蔽电机三维模型,借助有限元分析软件建立屏蔽电机温度场计算的仿真模型,设置热源激励和边界条件,获得了电机内各部件的温度场分布规律,并分析了冷却水流量、水道宽度、水道数及冷却水温对电机温升的影响;搭建试验平台进行温升试验,获得了从冷态起动到温升稳定过程中各部位温度,绘制温度随时间变化特征曲线。温度场分析与试验结果表明该电机设计合理,为后续的真空泵用屏蔽电机温度场分析及冷却系统的选择提供了一定的参考依据。     

基于热路法的自然冷却永磁同步电机定子温度计算

为获取电机运行时的温升情况,本文使用热路法对一台自然冷却永磁同步电机定子的温度进行计算。在Maxwell中进行二维电磁场仿真,得到电机定子的损耗。将电机定子分为多个部件,使用简化圆筒T型热路模型并结合立方体热路模型搭建各部件的单元模型,在计算各部件的相关热阻后,得到电机定子的热路模型。根据热平衡原理建立温度场线性方程组,求解电机定子的温度。在Fluent中建立电机定子的三维简化模型,给予材料属性、边界条件及其他相关设置后,进行电机稳态温度场仿真。最后对电机进行温升实验,使电机在额定工况下运行至热平衡状态后,进行实验测量。将热路法计算的结果与实验和仿真结果进行对比分析,验证了热路法的正确性。     

计及轴向传热的中低压单芯电缆导体温升状态空间模型

电力电缆导体温度可为线路载流量及运行状态的评估提供依据。然而,在当前电缆温度计算中,导体的轴向温度分布通常被忽略,无法准确描述电缆运行的热动态过程。为此,基于热平衡原理,在状态空间内提出了计及轴向传热的中低压单芯电缆导体的温升模型。为克服模型参数难以确定的问题,提出了基于粒子群优化算法的电缆热路参数辨识方法。为验证模型精度,建立了电缆温升实验平台,在不同电流下对空气中敷设电缆进行了轴向温升实验。计算结果与实验结果的对比表明,当电缆存在轴向温度梯度时,所提状态空间模型结果精度高于IEC60287标准模型,能够满足中低压单芯电缆导体在不同电流条件下的轴向温升计算要求。     

基于流固耦合的永磁直驱风力发电机传热分析

海上的风力发电已经逐渐变成一种大趋势.大功率的电机对装置的散热要求很高,因此对电机进行温度场分析可以很好地指导电机冷却系统的设计.强迫水冷电机与自然风冷电机相比具有散热效果好、噪声产生少,以及使用寿命更高等优点.本文以一台外转子永磁直驱风力发电机组为研究对象,基于流固耦合和共轭传热的分析方法,利用 Αnsys软件对正常工作下的电机进行温度场分析,从而得到电机内部主要部件的温度分布.最终,通过对一台10MW外转子电机进行流固耦合分析,对比计算不同冷却水流速下的电机温升分布,得出冷却流体流速与电机温升的关系曲线,为电机冷却设计提供参考.     

新型冷却结构超高精度平面电机定子温度场分析

根据超高精度平面电机温升指标和运行特点,采用一种新型的双层直接水冷结构形成热绝缘,减少热量的扩散。根据计算流体力学理论,对试验样机的定子部件建立数学模型,运用ANSYS Workbench软件中FLUENT模块对平面电机定子流固耦合传热模型进行仿真计算,得到不同水冷结构和不同工况下冷却液的流场、定子部件的温度场分布。将耦合场计算结果与实测结果进行对比分析,确定定子部件局部热点、温度传感器的安放位置和不同工况下冷却液的流量。研究结果为平面电机的结构、驱动器和冷却系统的优化设计提供了理论依据。     

凸极电机定子风路变化对热流场影响

随电动机单机容量不断增大,电磁负荷随之提高,电机内部发热量增长显著,通风方案设计将影响峰值温度的数值,对冷却效果起决定性作用。为降低峰值温度,确保电机安全稳定运行,本文以某空冷凸极同步电动机为研究对象,基于计算流体动力学(CFD)原理,采用有限体积法,求解三维湍流流动控制方程组,得出定子绕组不同冷却风路布置方案设计情况下的三维流场及温度场的分布特点,分析了定转子各部分风路中空气流量分布特点以及定转子固体部件温度分布情况,得出冷却效果较好的定子空气冷却风路布置。结果表明,凸极电机定子铁心段绕组空气冷却风路布置影响定子绕组峰值区域及数值大小。结果可为大容量凸极电动机通风系统结构设计提供参考。     

全封闭大功率永磁牵引电机的温度场数值计算

为研究全封闭大功率永磁牵引电机额定工况下的稳态温度场,以一台额定功率为815 kW的永磁同步牵引电机为研究对象,依据成型绕组槽部导热模型,建立了整机三维温度场共轭传热计算模型。考虑旋转磁化、冲压过程和磁密高阶谐波对定子铁耗的影响,以及水套-定子铁心间接触热阻抗对电机温升的影响,采用Fluent软件对电机额定工况下的稳态流场与温度场求解,使用电阻法和埋置检温计法（ETD）测得电机在额定工况下绕组的平均温升、铁心测点和绕组端部测点局部温升,绝对误差分别为-3.7 K、-0.3 K和7.6 K。进一步分析了电机水路和内风路流场分布特性、水套-定子铁心间接触间隙对绕组平均温升的影响以及槽内绕组附近的温升分布情况,最后提出了该类电机冷却系统设计优化方向。     

煤矿井下用隔爆型三相异步电动机水冷却结构设计

对煤矿井下用隔爆型三相异步电动机水冷却系统及结构的设计进行研究探讨。围绕电动机温度场分析、热平衡计算、冷却系统水流参数计算、冷却水箱结构设计几个方面,并结合实践阐述了相关设计理论和设计方法。     

防爆型水冷电机内换热与温度场计算

采煤机电机安装空间严格受限,随着电机设计容量的提升,使单位体积损耗(发热率)增大.为了研究该类电机的发热与冷却问题,在对防爆型水冷电机的结构、材料以及换热机理进行分析的基础上,建立了防爆型水冷电机的传热数学物理模型.采用有限元法对电机定、转子及水套的温度场进行了计算与分析.通过计算结果与实测值对比,验证所建传热模型可以真实反映实际传热过程.分析计算结果表明电机定子最高温度点位于定子上层绕组近气隙侧;定子齿是热量传递的主要通道,热流密度最大;选用适当的冷却水流速,可以用最小的代价获取所需的冷却效果.研究结果可以为采煤机电机热控制和优化设计提供理论依据.     

轴向通风双馈异步发电机的温度场计算

为了实现双馈异步发电机通风冷却的优化设计,根据电机内通风系统流体流动的特点及电机定转子热量产生与传递的规律,建立了全域通风与温度的三维等效物理模型,给出了模型的边界条件,并利用有限体积法对方程进行求解,得到了额定运行情况下各风道内流量与流速的分布情况,以及定子、转子、机座水套等各截面的温度场分布,将计算结果与试验值进行了对比分析,证明了计算方法的合理性。结果表明,机座水套能够有效降低定子轭及绕组的温度,相比之下,转子绕组温度偏高,应进一步优化提高机座冷却器换热能力及系统通风能力。     

感应发电机温度场的数值计算

给出了一种具有轴-径双向通风冷却系统的感应发电机定转子温度场的计算方法。根据其电磁及冷却结构上的对称性,结合适当的假设,建立了样机半个轴向段的全域物理模型,计算得到了样机在额定运行状况下,稳态全域温度分布情况。并由此模型,进一步研究了冷却水流量和散热筋数量改变情况下的稳态全域温度分布。得到了定转子温升随冷却水流量和散热筋数量变化的一般规律。     

混合励磁磁通切换直线磁悬浮电动机的温升特性分析

针对混合励磁磁通切换直线磁悬浮电动机(HEFSLMSM)的特殊结构,深入分析不同工况下的温升特性。研究HEFSLMSM的结构及其运行原理,建立三维稳态温度场数学模型和边界条件方程。考虑电动机各部分热交换的情况,确定各材料的导热系数以及电动机不同部分的对流换热系数。通过有限元方法计算电动机的铜耗与铁耗,并求出相应的生成热。在有限元软件中计算出自然散热情况下空载及负载时的温度变化。在原模型的基础上进行冷却系统的设计,分别计算安装冷却装置后不同工况下的温度场分布。通过自然风冷和强制水冷条件下的温度对比,证明了冷却装置设置的合理性和可行性。     

全封闭扇冷式电机三维全域稳态温度场计算

为研究全封闭扇冷式(totally enclosed fan-cool,TEFC)感应电机额定负载运行时的温度场,以一台55 k W异步电机为例,运用等效方法对电机实际结构进行简化处理,通过绝缘等效手段建立了实际绕组等效模型,进而建立了电机温度场仿真计算模型,基于导热学基本定律及稳态热传导方程,采用有限元法对其进行稳态温度场计算。计算过程中,通过采用电机内冷却介质等效导热系数的方法解决了转子旋转以及电机内空气流动的问题;得到了电机各结构件的温升分布特性;对定子铁心不同位置的温升情况进行了细致研究,分析了转子内部温升分布情况,并对单根绕组的温升以及绕组周向的温升差异进行了数值分析,对样机进行了实验测试,将计算结果与实验结果进行对比,验证了计算方法的准确性。