兆瓦级风力发电机在极限工况下流体场与温度场数值分析

针对风力发电机在恶劣环境下温度升高、严重影响电机安全运行和使用寿命问题,笔者以1台在高海拔地区运行的水冷双馈风力发电机为研究对象,研究了其在极限工况下流体流动和电机传热特性。依据流体流动和电机传热特点,在基本假设条件下建立发电机求解域模型,根据风力发电机所处的特殊环境和运行状况对求解域边界进行设置。借助于CFD技术对发电机内三维流体场和温度场进行耦合求解,得出了电机内流体流动特性和温升分布规律。该规律可为使用在高海拔地区的发电机设计和安全运行提供指导建议。     

3MW双馈风力发电机传热特性数值研究

随着风力发电机容量的增加,电磁负荷不断提高,电机的发热问题成为影响机组性能和经济指标的主要因素之一。为了解决该难题,以一台3MW双馈风力发电机为例,根据流体力学以及传热学理论,结合发电机通风性能以及结构特点,建立了发电机三维流动与传热耦合求解的数学模型与物理模型;并给出基本假设与相应的边界条件,采用有限体积法对三维流体场和温度场控制方程进行耦合计算。最后,对发电机内部的流体流动性能、传热特性以及发电机定转子铁心、定转子绕组以及绝缘的温升分布进行了分析,得到端部气体流动不规律以及二次冷却热能力较强等,为更大容量风力发电机综合物理场的准确计算提供了理论依据。     

高海拔用风力发电机流体场与温度场的计算分析

以一台高海拔用双馈风力发电机为研究对象,在基本假设的基础上,建立了发电机内流体场以及温度场相耦合的求解模型,根据给定的边界条件及电机内传热的基本特性,采用有限体积元法对发电机内的多元温度场进行求解。通过数值计算分析了发电机内部的流体场流变特性以及传热特点,并以平原地区的实验数据为依据,验证了温度场数值计算的合理性和准确性。最后,将高海拔地区的电机温升计算结果与采用不同标准获得的温升结果进行对比,进一步佐证了温度场计算的精确性,并且有效缩减了标准范围,为发电机在高海拔地区安全运行和设计提供理论依据。     

多风路空冷汽轮发电机定子内流体流动与传热耦合计算与分析

根据大型空冷汽轮发电机多风路通风系统内流体流动与传热的特点,建立了定子多风路通风系统三维流动与传热耦合计算的物理模型和数学模型,并给出求解域相应的边界条件及假设条件,采用有限体积法对三维流体场和温度场控制方程进行耦合计算;对定子各个径向通风沟内的流体速度、温度以及电机各部分温度的空间分布特性进行分析,并将耦合场计算结果与实测结果进行比较分析,为多风路大型电机综合物理场的准确计算提供理论依据.     

笼型感应电机流体流动对温度场分布的影响

以一台Y802-2型笼型感应电机为例,对中小型感应电机三维流体流动与传热进行了研究。根据样机的通风结构及传热特点,建立外部近似无限大流场空间与电机三维有限元结构模型,并在电机内外流场空间中建立了转子表面旋转流体薄层和风扇旋转流体区域。给定流场空间中运动区域与静止区域边界条件及基本假设,采用有限体积法对流体运动方程和能量方程进行耦合求解,可以得到流场中流体介质的运动状态以及电机内外各个表面的散热系数,并以此为依据对电机三维全域温度场进行数值计算。将流体场耦合计算得到的温度场分布和传统温度场计算结果分别与实验测量值进行了比较,证明了中小型感应电机三维流体场与温度场存在着强烈的耦合关系,基于流体流动的温度场计算结果较传统方法得到的温度分布更具准确性与合理性。     

双馈风力发电机三维温度场耦合计算与分析

根据流体力学以及传热学理论,阐明了流体与固体耦合直接求解温度场的数学关系.基于1.5MW双馈风力发电机电磁结构、通风结构和冷却方式,并结合电机内流体流动与传热特点,以发电机周向1/8区域作为求解域.采用有限体积元法对发电机内流体场和温度场进行耦合求解,并对求解结果进行了详细的数值分析.得出冷却空气在流通区域速度和流量分布规律;在此基础上,研究了电机温升分布规律及传热特性;将计算的结果与实测数据对比,验证了计算结果的正确性.     

3 MW紧凑型低噪声异步风力发电机电磁及冷却设计

以3 MW高效率低噪声笼型风力异步发电机为例,针对笼型异步风力发电机的发展趋势:高效、低噪声、高功率密度的要求展开工作。介绍了笼型异步风力发电机的电磁和冷却方案的计算过程,通过电磁仿真技术对气隙谐波磁场在转子导条中产生的附加损耗进行了优化,通过流体仿真技术计算通风噪声。最后,根据型式试验数据进行对比和分析。结果表明,电机设计方法可行,电机整体性能较优。     

大功率鼠笼异步海上风力发电机电磁与温度特性分析

随着国家对新能源行业的大力支持,我国风电机组装机量逐年递增,特别未来几年海上风电将进入蓬勃发展期。目前国内外对笼型异步发电机的研究主要集中在4MW以下的中等功率机型,对于大功率的笼型异步发电机研究较少。针对海上急需大功率、结构简单及维护少的风力发电机,本文设计了一种适合海上的6.1MW大功率鼠笼异步发电机,基于有限元分析方法对该电机的电磁特性和温度特性进行了详细研究,同时提出了冷却系统的设计方案。试制了一台实验样机,样机实验结果基本符合仿真分析结果,验证了电机设计的合理性,对今后海上大功率笼型异步发电机的应用具有极大价值。     

基于流体传热理论永磁风力发电机温度场计算

采用流体传热理论和有限体积法计算自然风冷式兆瓦级永磁同步风力发电机的三维温度场.确定热源及等效导热系数的计算方法,建立三维流体的数学模型;对一台实验样机建立三维流动与传热耦合计算的模型,并通过与实验结果的对比,验证计算方法的合理性.利用相同方法对一台1.5 MW永磁同步风力发电机的三维温度场进行计算与分析,在此基础上,...     

大功率双馈风力发电机内部流变特性数值仿真

针对发电机的通风结构及其内部流体的流动特性对电机内热量的传导以及运行性能具有很重要的影响,以一台3MW双馈风力发电机为例,根据流体力学以及传热学理论,建立三维流体场与三维温度场耦合的求解域物理模型,采用有限体积法对其进行数值求解,在利用发电机的整体温升对研究方法及计算结果进行校核的基础上,对发电机内不同冷却介质的速度、...     

1.5MW风力发电机传热特性分析

我国是世界上风电产业发展最快的国家之一,然而随着风力发电场单机容量的增加,发电机的电磁负荷以及损耗也日趋增加,电机温升也大幅度地提高,严重影响风力发电机的寿命和安全运行.以1.5MW风力发电机为例,研究发电机内流体流动与传热问题.根据发电机基本结构、流体流动与传热的特点,建立三维求解模型,并采用有限体积法进行求解,得出...     

大功率风力发电机转子温度场数值仿真

本文以一台1.5MW双馈风力发电机为例,研究发电机转子内流体流动与传热问题。根据发电机通风结构与传热的特点,建立转子1/8区域的三维求解模型,并采用CFD技术对求解域进行耦合求解,得出发电机转子内流体流动特点和温升分布规律。     

异步风力发电机流动与传热分析及优化设计

为了研究兆瓦级风力发电机内部流体流动与传热特性,以1台异步风力发电机为研究对象,基于计算流体力学(CFD)与数值传热学(NHT)基本原理,采用有限体积法对发电机进行整机建模,对流场与温度场进行数值计算。通过与试验数据的对比分析,验证了计算方法的正确性与准确性。对发电机内部流场温度场进行了分析,获得兆瓦级风力发电机冷却介质流动特性。最后,对发电机通风道布置方案下进行了优化,有效降低了发电机热点温升。     

空冷汽轮发电机冷却气流风量 对定子内流体的影响

根据大型空冷汽轮发电机多风路通风系统内流体流动与传热的特点,建立定子多风路通风系统三维流动与传热耦合计算的物理模型与数学模型,并给出求解域相应的边界条件及假设条件,采用有限体积法对三维流体场和温度场控制方程进行耦合计算;在保证总风量不变的情况下,分析改变定子、气隙风量对定子各个径向通风沟内的流体速度、温度及电机各部分温度空间分布特性的影响。结果表明,适当增加气隙风量,会降低电机定子最高温度,还会降低电机定子最高温度与最低温度的温差。最后,以200 MW两级大容量空冷汽轮发电机为例进行计算,将计算结果与实测结果进行比较分析,证明该方法的准确性。     

异步驱动电机流体流动特性数值研究

为研究异步驱动电机内外流体流动特性,该文以一台55k W异步驱动电机为例,基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)及数值传热学(numerical heat transfer,NHT)基本原理,根据电机冷却结构,建立外部包裹空气域的电机三维流固耦合求解域模型,在基本假设的基础上,施加边界条件,采用有限体积法对电机温度场及流体场进行数值计算,通过与实验数据对比分析,验证了计算方法的正确性和计算结果的准确性。最后,对电机内部流体流速、电机机壳及端部离心式风扇部分流体运动迹线等流变特性进行分析,揭示了中小型异步驱动电机冷却介质流动特性。     

1.5MW双馈风力发电机内流体场分析

为了阐明双馈风力发电机内部流体流动特性,以一台1.5 MW双馈风力发电机为研究对象。根据电机结构及冷却方式,在基本假设的基础上,建立了发电机多维流体与固体耦合直接求解电机温度场的求解模型。通过边界条件的施加,采用有限体积元法对其进行了数值求解,并将温度计算结果与实验结果进行对比分析,验证了求解方法及求解模型的正确性。最后,对发电机定、转子域内冷却介质(水和空气)的速度、温升及运动迹线等流变特性进行分析,揭示了大型双馈风力发电机内部冷却介质性能变化规律。     

基于SVPWM的鼠笼异步风力发电机直接转矩控制研究与实验

相比于永磁同步风力发电机,鼠笼异步发电机具有结构简单牢固、体积小、维护及运行成本低、无永磁体退磁的隐患等特点,在数千千瓦功率等级的风力发电运用中,使用鼠笼异步发电机是一个值得考虑的方案。本文针对全变速鼠笼异步风力发电系统,提出一种基于SVPWM的鼠笼异步风力发电机直接转矩控制策略,相比于传统转子磁场定向控制不需要电流内环控制,直接对发电机的电磁转矩和定子磁链直接控制,加快了转矩和磁链控制的响应速度。最后,通过实验验证了所提控制策略的正确性与有效性。     

高功率密度笼型异步风力发电机通风结构优化分析

针对电机内的通风冷却系统,以一台2.5 MW高功率密度笼型异步风力发电机为例,基于流体力学基本理论,研究了电机内的通风系统和流体的流动原理,对电机的通风结构进行流体场仿真计算。对电机使用的通风结构进行优化,改变电机转子轴向通风道的数量,通过对不同方案的对比分析,最终得出了电机内流量和流速均匀分配的最优方案,限制了电机的温升,提高了电机运行的可靠性。     

基于耦合场的中型高压异步电动机转子温度场的数值计算

以YKK400-6,690kW中型高压异步电动机为例,根据流体力学和传热学理论及求解传热问题的能量方程,建立了电机转子的三维数学模型和物理模型,给出相应的基本假设和边界条件,采用有限体积法对流体场和温度场控制方程进行耦合求解,计算出了高压异步电动机转子径向通风沟内流体速度与温度,电机转子的温度场分布.对计算结果进行分析...     

3MW永磁风力发电机内部传热特性研究

由于风力发电机的容量增加,发电机的通风结构和损耗分布也变得越来越复杂,电机的温升设计成为关键问题之一.为了解决这一难题,本文根据流体力学以及传热学理论,阐明了流体与固体耦合直接求解温度场的数学关系.并且以一台3MW大型永磁风力发电机为例,结合发电机通风性能以及结构特点,在基本假设的基础上,建立了发电机三维定转子温度场物理模型.通过给出相应的边界条件,采用有限体积元法对发电机内部的温度场进行了数值计算.最后对发电机内部的传热特性以及温升分布进行了详细地分析,为发电机结构优化以及更大容量风力发电机的温升设计提供了理论依据