潜油电机整体三维温度场耦合计算与分析

为了研究井下工作的潜油电机各个部件温度分布情况,考虑潜油电机特殊的结构建立了包括电机定转子、扶正轴承、隔磁段、轴向范围内的气隙间润滑油、机壳以及机壳外流动原油在内的整体三维模型,依据数值传热学及流体力学相关理论,根据电磁计算求解得出YQY-143系列40kW电机的热源,采用有限体积方法利用耦合传热边界条件求解该电机的三维稳态温度场,得到电机整体的温度分布云图,并分别提取电机各部分最高温度。将计算结果与利用有限元方法所得计算结果进行对比分析,对比结果表明两种方法计算所得电机各部分温度相一致,证明计算方法及结果准确性。电机各部分最高温度值符合该系列电机绝缘等级的要求。     

考虑分段处电磁影响的潜油电机端部漏抗

针对隔磁段和扶正轴承处漏抗对潜油电机起动转矩倍数、最大转矩转矩倍数和起动电流倍数等性能指标有较大影响的问题,研究了其有限元求解方法.结合潜油电机特殊结构建立了部分铁心、半个隔磁段和半个扶正轴承电机的三维数学模型,通过求解其磁场储能得到漏磁引起的漏抗并将其计入电机的常规端部漏抗中.采用YQY114P型31 kW潜油电机,进行实验验证,数据对比表明考虑分段处电磁影响后的电机性能指标更接近实验结果,相对误差在7%以内.在此基础上,通过大量计算得到潜油电机端部漏抗曲线族.     

基于网络热力学建模的潜油电机温度辨识研究

鉴于对潜油电机温度监测的迫切需求及油井长线信号传输对经典电机温度监测方法的限制,将网络热力学建模理论应用于潜油电机的温度辨识,通过建立潜油电机的网络热力学模型,给出描述潜油电机温度变化过程的热力学方程组.基于在地面获取的电机定子采样电流进行机械化数学解析分析及稳态数值迭代求解,推导出潜油电机定、转子的辨识温度.对12 kW潜油电机进行温度辨识的实验结果表明,转子辨识温度与实测结果最大误差为5.59℃,验证了所提方法的正确性与可行性.     

大功率潜油电机的设计及模拟实验样机的制造

针对潜油电机的特殊结构,研究其定转子分段的特点对电机设计及性能的影响.通过求解三维磁场得出隔磁段所引起的漏抗,对转子冲片巧妙设计以起到斜槽的作用,在电机局部的设计计算上采用了辛普森算法和分层算法等方法,改进了潜油电机的设计方法并在此基础上设计制造了模拟实验样机,分析实验结果表明改进后的设计方法正确可行,对于提高此类电机的设计精度具有重要意义.     

磁性槽楔对永磁电机转子损耗及温度场影响

针对实心转子高压永磁电机定子铁心开槽会导致气隙磁导不均匀,气隙中谐波磁场引起电机转子温度升高,影响永磁体的电磁性能的问题,以一台315 k W,6 k V实心转子高压永磁电机为例,建立了样机的二维电磁场时步有限元模型及三维全域流体与固体耦合传热数学模型,给出了求解域及边界条件,通过求解计算模型,将计算数据与实验数据进行了对比,验证了所建模型的正确性。在此基础上研究了槽楔相对磁导率分别为3、5、7、9时对转子表面涡流损耗的影响,分析了磁性槽楔相对磁导率为不同值时电机转子及定子各部分的温度分布,计算结果表明定子槽楔相对磁导率数值的增加,电机的起动转矩降低,转子铁心涡流损耗逐渐减小,电机定子各部分温度先减小后趋于稳定。     

六极永磁式潜油电机技术问题及CAD软件开发

结合永磁同步电机设计原理,对六极永磁式潜油电机重要技术问题进行了分析.根据潜油电机特殊的分段结构,分别对端部漏抗的计算和斜极方法进行了研究,提出永磁式潜油电机转子倒装的分段斜极式方法并开发了CAD软件.通过建立六极永磁式潜油电机有限元模型,对齿槽定位力矩进行分析,验证该方法对降低电机齿槽定位力矩起到了一定的作用.     

潜油泵直驱单元组合式永磁电机热负荷分析

由于潜油泵驱动电机工作中产生热和冷却过程相对复杂,井下潜油电机系统工况特殊,无法直接测量温度。单元电机设计时热负荷的选取对电机的温升至关重要。本文对单元电机运行过程中的铁心损耗、绕组损耗和机械损耗进行了计算,应用有限元法求解电机的三维稳态温度场,同时对样机常温温升实验和常温状态下的有限元分析做对比,结果表明两种方法计算所得电机各部分温升相一致,证明计算方法及结果的可行性。验证了单元电机设计所选取的热负荷可以满足电机的实际温升需要。     

基于转子槽谐波分析的潜油电机温度辨识

鉴于油井独特的高温高压环境对常规测温方法的限制及潜油电机对温度监测的迫切需求,提出了一种基于转子槽谐波的潜油电机无传感器温度辨识方法。核心在于通过在地面易测得的潜油电机定子电压和电流进行无传感器电机温度辨识,实现对工作于井下2～3km深处潜油电机温度的实时监测。根据所推导出的潜油电机转子温度解析表达式,可对潜油电机转速、感抗及转子电阻进行在线计算并监测其状态变化。实验结果表明,目前基于转子槽谐波分析得到的局部时段转速最大误差为3r/min,温度辨识精度误差小于10℃,从而验证了所提算法的正确性与可行性。     

感应电机全域三维瞬态温度场分析

建立感应电机瞬态温度场三维有限元模型,通过采用气隙等效导热系数这一概念解决了定转子之间的热交换问题。考虑在进行热源损耗计算时温升对定转子电阻阻值的影响,以及定转子端部对电机轴向温度分布的影响,计算电机在额定负载情况下的瞬态三维温度场变化,也对电机不同负载运行时的温度场以及影响温度场分布的相关因素进行了计算和分析。计算结果表明,定转子温度在开始阶段迅速升高,随后温升幅度逐渐减小直至达到稳定状态。整个过程中,转子导条温度始终高于定子绕组温度,温度最高点出现在转子导条的轴向中心附近,转子铁心的轴向温差要大于定子铁心,而定子铁心的径向温差要大于转子铁心。气隙温度随厚度的增加呈线性减小,气隙的隔热效果明显,使得定转子区域的温度差异明显;电机整体的温度随负载的增大而升高,但并不呈线性增长的关系;散热翅越高,电机整体温度越低,但温度下降趋势随着散热翅的增高逐渐趋缓;用铸铜来代替铸铝作为转子导条及端环可以有效降低转子区域的温度。     

高速永磁爪极电机铁耗与空气摩擦损耗计算

高速电机由于采用高频电源供电,铁心损耗较常规电机突出,且高速旋转引起的空气摩擦损耗亦非常严重。此外爪极电机磁路结构复杂且其磁通呈三维分布,因此需要考虑三维磁场、高频谐波和高速旋转等因素,针对该种高速电机损耗计算模型进行研究。首先通过三维有限元电磁仿真软件对该种电机的磁场分布特点进行分析;然后采用三维正交交变磁化近似等效旋转磁化建立铁耗计算模型,并考虑高频谐波对其影响,通过与有限元软件计算结果对比,验证了计算模型的准确性;此外针对转子转速、转子表面光滑度、轴向风速等因素对空气摩擦损耗的影响进行分析;最后通过实验验证了铁心损耗和空气摩擦损耗计算方法的准确性。     

不同转子通风结构对高压异步电机传热特性的影响

为了降低高压异步电机的温升、强化电机内部的对流传热,以一台额定功率为1 250 kW的高压异步电机为研究对象,基于计算流体力学和对流传热优化的场协同理论,设计了新的转子通风结构。建立电机三维耦合分析模型,对电机进行流热耦合分析,借助数字化仿真技术计算并比较了新老转子通风结构下的电机各个通风道的流体流动及传热特性。从对流传热优化的场协同角度,得出了不同转子通风结构下的电机温升和温度分布规律,为高压异步电机通风结构优化设计提供参考依据。最后,将新电机结构的温升计算结果与样机的型式试验结果进行对比,温升误差仅为4%,验证了计算方法的准确性和有效性。     

中型高压异步电动机三维温度场耦合计算与分析

电机的温升和通风沟内流体的研究对电机高效、安全和稳定运行有着重要的影响,根据流体力学和传热学理论,给出求解传热问题的能量方程.以YKK400-6(690kW)中型高压异步电机为例,分别建立电机转子、定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...     

变频调速异步电动机三维温度场耦合计算与分析

以一台电动轮用YP110-8、110kW变频调速异步牵引电机为例,建立电机整机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。根据流体力学和传热学理论,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,计算出了电机水冷机座内冷却水的流动情况,电机定、转子的温度场分布。对计算结果进行分析并且与实测结果进行对比。结果表明：采用整机模型对流体场和温度场耦合的算法,可以避免计算局部模型需要利用经验公式加载散热系数和边界条件施加不精确所带来的误差。能够了解电机内冷却水复杂的流动情况,计算电机的温度场更加准确。     

低速大转矩永磁电机的转子散热问题

对一台低速大转矩永磁电机进行有限元温升计算,并在保证电机性能参数基本不变的情况下对电机进行改进设计,缩短了铁心长度,提高了转矩密度,节省了材料。但改进后电机的转子和永磁体温度过高,易使永磁体退磁。结合fluent流固耦合计算方法,首先理论分析影响对流换热强弱的因素,然后研究加装散热风刺的不同尺寸对永磁体散热效果的影响规律,以及开设转子轴向、径向通风道对永磁体散热效果和温升分布的影响。最后进行样机试验,与理论分析结果进行对比,验证了所提转子散热方法的有效性及计算的准确性。该方法对低速大扭矩永磁电机的设计有借鉴意义。     

电机三维温度场的综合分析

运用稳定导热问题的有限差分法分析电机三维温度场,对电机内的对流换热系数采用ｈ＝ ｃ　ｖ~ｎ的计算公式,引入气体热流的概念,对电机温度场与电机内空气温度场使用耦合边界条件,实现了两者的同时迭代求解。     

油摩损耗对电潜泵用永磁电机流固耦合传热计算的影响

电潜泵用永磁电机工作在高温高压的特殊环境下,采用润滑油作为潜油电机的润滑和冷却物质,润滑油随着转子在气隙中运动。以往研究只考虑了转子油摩损耗,然而相比于空冷、水冷等冷却方式,油冷时,润滑油黏度较大的特性是不可忽略的因素。且电潜泵用电机转速较高,润滑油对定子侧产生的油摩损耗是否可以忽略及其对电机温升的影响需进一步探究。因此,以一台15 kW潜油永磁电机为例,推导出了定子油摩损耗近似解析式,提出了定子油摩损耗与转子油摩损耗的关系规律。基于计算流体力学和流固耦合传热理论,研究了气隙处流体流动特性,证明了定子油摩损耗近似解析式的准确性,得出了电机各部件温升分布,并分析了定子油摩损耗对电机的温升影响。     

对流换热对覆冰导线高频融冰温度分布的影响

根据流体力学的基本原理,应用有限元分析软件ANSYS建立覆冰导线高频融冰时的外流场模型,得到覆冰导线高频融冰时的周围空气流场、压力场分布规律及覆冰导线表面对流换热差异性。分析了高频融冰过程中的热量损失和对流换热的影响因素,通过电磁与热分析,揭示了高频激励融冰过程呈不均匀非对称融冰规律,覆冰导线迎风侧压力大、温度低,背风侧压力小、温度高,表明不均匀对流换热使覆冰导线背风侧先融化,迎风侧后融化。在环境温度和覆冰厚度一定的条件下,覆冰导线外表面温度随对流换热系数的增大而降低。     

基于磁热耦合法的电机模型参数计算

基于有限元法与集总热网络法建立电机温升模型,仿真计算电机瞬态温升。针对电机温升模型参数繁多且计算复杂的问题,从损耗分布和热量传递的角度,系统研究了电机的电磁参数和热参数。根据电机的结构参数建立物理模型,通过电磁仿真结合解析计算修正漏感参数,计算配置端部及外壳换热系数,等效处理定转子气隙对流系数,采用磁热耦合法计算温升。通过试验与仿真对比电机主要部位温升,验证了电机参数计算的准确性。     

全封闭高速永磁电机转子结构对转子散热的影响

为研究转子物理结构对机壳水冷全封闭式高速永磁电机转子散热的影响,以一台15k W、30 000r/min的非晶合金高速永磁电机为例,基于流体力学和传热学理论,建立三维流固耦合共轭传热求解域模型,并给出基本假设与边界条件,采用有限体积法进行流固耦合求解,得到转子有无轴向通风孔和通风孔与风刺相配合时电机内流体流动特性及各部件的温度分布。在此基础上,研究通风孔尺寸、通风孔数量变化对流体场及温度场的影响。计算结果表明,转子引入风刺和通风孔等风压元件可有效提高转子的散热能力,降低永磁体温升。通过增大通风孔尺寸和数量可进一步降低永磁体温升。最后,对一台15k W全封闭式水冷非晶合金永磁电机进行了温升试验,并将试验数据与计算结果进行对比,验证了耦合场计算结果的正确性。