不同数值方法在自扇冷永磁同步电机三维热分析中的应用

为研究不同数值计算方法在电机三维温度场分析中的应用,以一台11kW、1 500r/min全封闭自扇冷异步起动永磁同步电机为例,分别基于有限元法、有限体积法和有限公式法进行温度场仿真,并在多套剖分网格仿真计算的基础上,对比分析同一网格下应用有限公式法和有限元法的永磁同步电机三维温度场计算结果。同时,分析有限公式法在不同网格数下的计算收敛性。最后,对比有限公式法、有限元法温度场计算结果与有限体积法流固耦合传热计算结果的区别,并以试验值对比验证了仿真计算的准确性。     

基于有限公式法的水冷永磁同步电机三维温度场分析

有限公式法是一种直接从物理规律出发、借助定义在两嵌套网格几何元素上的全局变量构造离散方程的新型数值计算方法。在建立有限公式法温度场数学模型的基础上,本文讨论了基于映射网格的对流散热边界处理及其编程实现,并给出了有限公式法温度场模块化编程的基本思路。最后,以对一台20k W水冷永磁同步电机三维温度场的分析,研究了冷却水流速、冷却水温与电机温升分布的规律;并以电机温升试验值、同一网格下的有限元法计算值验证了所编制程序计算的准确性、可靠性。     

有限公式温度场计算技术及其在永磁电机分析中的应用

永磁电机的温升直接关系电机性能指标和经济指标,对电机温度场的准确计算是设计工作中的要点。该文从有限公式法的基本原理出发,研究任意多面体网格下温度场各类边界的有限公式实现方法,建立对流传热边界的高精度有限公式数学模型。针对具有解析精确解的二维基准散热问题,在同一套网格下分别应用原边界模型和高精度改进边界模型计算导热体温升分布,验证改进模型的可靠性和精确性。应用有限公式温度场计算技术,计算一台2.1k W非晶合金永磁电机的三维温度场。以电机温升实验测量值为基准,对比有限公式法、有限元法在同样网格剖分下的计算精度,验证了电机三维温度场有限公式计算技术的可靠性和计算结果的准确性,对非晶合金永磁电机热分析具有一定的参考意义。     

汽轮发电机不对称绕组结构下的绝缘温降计算与分析

本文首先以一台大型空冷汽轮发电机为例,建立定子径向通风沟内三维流动和传热的物理模型和数学模型;然后给出求解域的边界条件和假设条件,基于CFD原理,采用有限体积法对定子三维流体场、温度场进行数值计算,并对不同主绝缘材料的三维温度场进行比较分析;最后,对定子绕组结构不对称情况下的绝缘温降进行了计算,并对不同主绝缘材料热性能所引起的绝缘温降变化情况进行对比分析,得出一些有益的结论.     

油浸式变压器三维电磁-流体-温度场耦合分析方法

提出了一种基于有限元法和有限体积法的变压器三维电磁-流体-温度场耦合分析方法。通过建立变压器三维模型,采用有限元法分析变压器内磁通密度分布,并求得变压器及绕组损耗。将变压器铁芯及绕组损耗作为热源,采用有限体积法求解变压器流体-温度场,分析变压器内部油流及温度分布,同时根据温度场结果对变压器损耗进行修正,通过迭代求解变压器流体-温度场获取变压器内部最终温度分布结果,提高求解精度。采用所提方法对35 k V油浸式变压器进行三维电磁-流体-温度场分析,将结果与经验公式的热点温度计算结果进行对比,验证了所提方法的有效性和正确性。     

广义有限差分法在静态电磁场计算中的应用

广义有限差分法是一种新型区域型无网格数值离散方法。该方法基于多元函数泰勒级数展开式和加权最小二乘拟合,将控制方程中未知参量的各阶偏导数表示为相邻节点函数值的线性组合,克服了传统有限差分法对网格的依赖性。将广义有限差分法应用于电磁场问题的数值模拟中,建立了静态电磁场问题广义有限差分法的数值离散格式。为验证所提算法的有效性,对比了该方法与有限元方法在处理规则求解域与复杂求解域电磁场问题的差异。数值算例表明,该算法稳定,效率高,计算精度高。     

特殊绕组结构的空冷汽轮发电机定子三维温度场计算与分析

对于具有特殊股线结构的大型空冷汽轮发电机温度场计算具有一定的难度。文中推导了大型空冷汽轮发电机定子上、下层线棒的股线数和截面不等时绕组涡流损耗的表达式,求解出发电机额定运行时定子股线沿径向分布的菲尔德系数;建立了定子径向通风沟内二维流体场的物理模型和数学模型,采用有限体积法对其进行了数值计算;建立定子三维温度场的物理模型和数学模型。以1台大型空冷汽轮发电机为例,在先前推导的基础上,采用有限元法对定子三维温度场进行数值计算,给出了在发电机温度场求解域中的温度分布规律。将计算结果与实测结果进行比较,得出了一些有益的结论。     

27.5kV GIS母线室三维温度场的数值计算

基于热传导微分方程、流体运动控制方程及辐射换热方程,建立了传导、对流和辐射换热相互耦合的数学模型,并采用壁函数方法处理固体与流体界面的对流换热问题,对27.5kV GIS(gas-insulated switchgear)开关柜母线室的三维温度场和气流场进行了数值计算与分析。仿真中采用了六面体网格剖分,通过有限容积法对方程进行离散求解,得到了母线室内的三维温度场与气流场的分布。计算结果表明,三工位隔离开关为温度最高部位,气体的对流使得母线室内温度趋于均匀并使载流回路的散热效果得到了加强。进行了相关的温升实验,温度的数值计算结果与实验结果吻合,表明了计算方法的正确性。     

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。     

纯电动汽车用永磁同步电机温度场计算

以一台额定功率为25 k W的纯电动汽车用永磁同步电机为研究对象,利用集中参数法建立了电机的热网络模型,通过建立其热平衡方程组,计算电机内各零部件的节点温度;同时基于有限体积法,建立了电机的求解域模型,利用Fluent软件计算电机的温度场,并同热网络法求解进行比较。借助于实验平台,对计算结果和实验结果进行对比分析,以验证利用热网络法和有限体积法求解电机温度场的准确性。     

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、...     

发电机内部冷却气流状态对定子温度场的影响

由于大型同步发电机运行状况以及结构的复杂性，定子径向通风沟内冷却流体的流动状态对定子温度场的分布有显著的影响。根据流体力学理论，推导了定子径向通风沟内二维流体运动的微分方程，给出了求解域和相应的边界条件及假设条件，采用有限体积法对流体场进行了计算，并且对冷却气体以不同的入射角度入射时径向通风沟内流场流速的分布进行了比较；建立了定子三维温度场的数学模型和物理模型，给出了求解域的边界条件以及各部分的损耗，针对上述流体场分布的不同情况，采用有限元法对定子三维温度场进行了数值计算；将计算结果与实测值进行了比较，得出了一些有益的结论。     

大型同步发电机定子主绝缘结构优化热性能分析

大型同步发电机的绝缘减薄问题是对发电机进行研究的一个重要方面,本文着重研究了由于主绝缘的减薄所导致的股线涡流损耗的变化;采用有限体积法对定子径向沟内的流体场进行了数值计算,得出径向通风沟内不同位置处的流体速度,并由此计算出表面散热系数.此外建立了定子三维温度场的数学模型和物理模型,采用有限元法对定子三维温度场进行了数值计算,将求解结果和试验值进行了比较.最终讨论了由于绝缘减薄对发电机定子三维温度场造成的影响.     

基于三维变分的声学法三维温度场重建

在声学层析成像方法测量锅炉温度场的应用中,温度场重建算法的精度和速度起着重要作用。本文在分析基于像素分割的声学法温度场重建原理的基础上,将三维变分方法用于锅炉炉膛的三维温度场重建,将温度场重建的反问题求解归结为一个表征分析场与观测场和分析场与背景场偏差的二次泛函极小值问题。按照不同权重扩展目标函数,并采用共轭梯度法求解目标函数。分别对4种温度场模型实现了模拟重建,结果表明,基于三维变分的重建算法与最小二乘法和代数重建算法相比,重建精度高,并对测量噪声有很好的数值稳定性。     

用边界单元法计算电场问题

求解电场问题的数值计算方法很多.广泛应用的有限差分法及有限单元法都是在整个场域进行离散,新近发展起来的边界单元法则是对场域的边界加以离散,从而使联立方程式的数目大为减少,所以在求解某些电场问题时,要比有限差分法及有限单元法方便得多.本文根据电位的积分公式,离散得到电位的边界单元方程,然后通过两个例子与其它方法进行对比,说明边界单元法是求解电场问题的一种较好的方法.     

声学法重建炉内三维温度场的算法概述

为了实现炉内温度场的实时在线监测,基于声学理论构建了数学模型。从算法的角度,将重建算法分为确定性方法和蒙特卡洛法。介绍了最小二乘法、ART算法等几种算法的基本原理,给出了重建三维温度场的基本公式,阐述了重建三维温度场的具体计算步骤。研究表明,这些算法可以用于求解三维温度场重建模型,但其对于不同温度场的适用性和精度还需仿真和实验验证。     

大功率高速永磁电机三维全域热-流场分析

大功率高速永磁电机采用空-水冷混合冷却系统,同时存在水流域和空气流域,常规的单流域数值计算简化模型很难精确计算电机温度场。本文以一台1.12MW、18000r/min的空-水冷高速永磁电机为例,建立三维全域流-固求解域模型,提出多层变尺度网格划分方法,实现对电机网格的精细化控制。采用有限体积法对流体场及温度场进行耦合计算,揭示了水流场与空气流场的流动特性以及电机内各个部件的温度场分布特性。将全域热流场计算结果与实验结果进行对比,验证了计算方法的准确性。基于全流域计算结果,拟合出对流换热系数与双螺旋水道轴向位置的关系式。为高速永磁电机冷却系统优化设计等相关研究奠定基础。     

基于改进欧拉公式的变电站雷电过电压计算

为准确计算变电站雷电侵入波过电压,提出了基于改进欧拉公式的数值求解法。通过分别采用基于改进欧拉公式的数值求解法和基于贝杰龙法的EMTP仿真法对变电站的雷电过电压进行计算、对比,结果表明二者计算结果很接近,验证了基于改进欧拉公式的数值求解法是可行的。而与基于贝杰龙法的EMTP仿真法相比,基于改进欧拉公式的数值求解法的建模和计算过程更精确,更能准确模拟变电站遭受雷击后设备上过电压发展的实际过程。     

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.     

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。