机车用异步牵引电动机温度场分析

建立了三相异步牵引电机温度场分析的有限元模型,分析了电机的发热热源、定子线圈等效导热系数、强迫通风冷却条件下通风道内和气隙内气流的散热系数.用有限元分析软件Ansoft对异步牵引电机的温度场进行了仿真,给出了空载和额定负载条件下包括定、转子在内的电机整体的温度场分布图,对一些特殊位置点的温度进行了比较和分析.这对于指导全面认识电机内部的温升情况,检验设计的电机温升性能具有一定的指导意义.     

异步牵引电机的温度场分析

建立了三相异步牵引电机温度场分析的有限元模型,分析了电机的发热源、定子线圈等效导热系数、强迫通风冷却条件下通风沟内和气隙内气流的散热系数.用有限元分析软件Ansoft对异步牵引电机的温度场进行了仿真,给出了空载和额定负载条件下包括定、转子在内的电机整体的温度场分布图,列举了一些特殊位置点的温度,并对仿真结果进行了比较和分析.     

异步牵引电机的温度场分析

建立了三相异步牵引电机温度场分析的有限元模型,分析了电机的发热热源、定子线圈等效导热系数、强迫通风冷却条件下通风沟内和气隙内气流的散热系数.用有限元分析软件Ansoft对异步牵引电机的温度场进行了仿真,给出了空载和额定负载条件下包括定、转子在内的电机整体的温度场分布图,列举了一些特殊位置点的温度,并对仿真结果进行了比较和分析.     

发电机内部流体流动与定子热性能数值分析

大型发电机内部流体流动状态决定了电机内温度分布以及温度极值。在建立大型发电机定子径向通风沟内流体流动二维计算模型以及电机内温度场计算模型的基础上,分别采用有限体积元法和有限元法对电机内的流体场以及温度场进行计算,并对流体流动与定子热性能进行数值分析,指出不同流体流动状态下定子温度的分布特性。     

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。     

某内潜水式永磁电机三维流场与温度场仿真分析与优化

不同于常规自然散热或机壳水冷电机,内潜水式电机直接采用水对电机内部进行冷却,因此存在整机流固共轭传热的强耦合。为提高电机的可靠性与安全性,流场与温度场耦合传热分析十分必要。针对某船用气隙水冷方式的内潜水式永磁电机,基于计算流体动力学(CFD)原理,对该电机三维流场与温度场进行数值仿真分析与几何结构改进,消除了电机内部流场出现的逆流现象,提高了整机的散热效率,优化了电机的流场与温升。所得结果对该型内潜水式电机的几何结构设计具有一定的参考意义。     

高速永磁发电机冷却流道结构双维度连续量子蚁群优化的温度场计算

以1台117kW高速永磁发电机为例,通过温度场计算分析和连续量子蚁群优化,对其冷却系统进行了优化设计研究。基于电磁分析确定的电机额定负载运行时的损耗分布,建立了电机内三维温度场分析模型,通过流体场与温度场耦合传热分析,得到了定子冷却流道内流体散热系数和温度的变化规律,并确定了电机全域三维温度分布。提出了轴向不等截面冷却通道结构,使电机内温度分布趋于均匀,并研究了流道高度和通道截面变化位置对电机内温度分布的综合作用影响。采用连续量子蚁群优化算法,建立了双目标函数双维度变量的流道优化设计数学模型,通过算法优化设计得到了定子绕组最高温度和轴向温差均为最小的流道结构方案。     

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。     

横向磁场永磁直线电机连续往复运行时温度场计算与分析

根据横向磁场永磁直线电机在直线运动系统中的具体应用,对连续往复运行工况下电机的温升特性进行了研究。在综合考虑电机结构和运行状态特殊性的基础上,首先,建立横向磁场永磁直线电机包含机壳端盖在内且计及电枢绕组三维结构的温度场计算模型;其次,应用传热学理论,在考虑电机热源、工作状态和电机各部分热交换等因素的前提下,给出电机中材料的热传导系数、比热容以及各个表面散热系数的确定方法,同时,给出动子表面的散热系数、气隙间动子外表面和定子内表面的散热系数随速度的变化规律;最后,计算电机在连续往复运行工况下的瞬态温度场,并通过样机实验对温度场的计算结果进行了验证。     

高压高速电机通风与散热分析

针对YKS规格的高压高速电机单机容量高、局部温升大等特点,以1台YKS-560-2 3 000 kW规格的高压高速电机为例,依据电机实际尺寸,建立了电机端部绕组及定转子模型。采用有限元法对流体场与温度场进行了仿真,计算出电机运行时各个通风槽内冷却气体流动情况,并对电机整体进行流固耦合分析,得到高压电机端部绕组及定转子温度场分布。对仿真计算结果分析,并与样机试验数据比较,结果表明:流体场和温度场耦合的方法能够准确地了解YKS电机各个通风槽内的气体流动情况及电机内局部温升分布。     

横向磁场电励磁磁通切换磁悬浮直线电机温度场有限元分析

研究用于轨道交通的横向磁场电励磁磁通切换磁悬浮直线电机特殊结构下的温升问题,设计冷却系统以保证电机正常运行。分析电机的结构和运行原理,建立了三维稳态温度场数学模型,并推导出边界条件方程。考虑电机各部分热交换的情况,确定各材料的导热系数以及电机不同部分的对流换热系数。通过有限元方法计算出电机的铜损耗与铁损耗,并求出相应的生成热。利用三维有限元法对电机不同工况下的温度场进行计算,得到了电机铁心、电枢、励磁绕组的温度场分布情况。最后,设计冷却系统,比较自然风冷和强制水冷的温度分布,证明该冷却系统装置的可行性和合理性。     

开关磁阻电机绕组气隙建模及最佳气隙宽度确定方法

针对开关磁阻电机定子槽内双绕组间因存在不规则气隙而导致其温度场分析建模困难的问题,提出一种双绕组气隙的改进建模方法。分析了电机双绕组间气隙总截面积的计算方法,研究了双绕组气隙的模型结构与最佳气隙宽度的确定方法,在此基础上建立了开关磁阻电机的三维有限元模型,并采用有限元法对其温度场进行了分析,得到开关磁阻电机的温度场分布,通过对不同气隙宽度下的温度场分析并采用数值拟合方法得到其气隙宽度与相应温度间的函数关系,利用该函数关系及相应的实测温度值,即可得到双绕组气隙模型的最佳气隙宽度,该方法因有效提高了开关磁阻电机温度场分析结果的准确性,因而具有较好的应用价值。     

利用模拟热荷法计算地下电缆稳态温度场

根据电场和温度场的相似性,提出了用于计算地下电缆群稳态温度场的模拟热荷法。利用热路的方法将电缆金属套损耗和铠装层损耗归算到电缆导体。利用调和平均法对电缆导体外的多层介质进行处理,最终将电缆等效为导体和外护层的2层结构。根据换热量相等的原则,将地表空气对流换热系数等效为一定厚度的土壤。在电缆线芯和空气中用模拟热荷代替原来的线芯损耗和空气对土壤温度场的影响。然后根据镜像法,按照地表空气等温、导体等温以及外护层和土壤边界温度梯度相同列出约束方程组。利用高斯法求解方程组,求得地下电缆群稳态温度场的分布。试验和有限元仿真验证了模拟热荷法在地下电缆群稳态温度场计算中的有效性。     

油冷温度与流速对轮毂电机温度场研究

针对轮毂电机油冷散热方式热管理问题,通过多物理场耦合方法进行轮毂电机温度场液体温度与流速研究,建立电机模型并且分析电机损耗,进行流固耦合分析,仿真得到油内冷对电机温度与流速影响。结果表明油内冷冷却方式增大流速在一定程度上能够有效降低电机温度,但随着冷却液流速的逐渐增加,冷却液流速对电机的温度影响逐渐减小;冷却液温度对电机温度影响较大,随着冷却液温度的逐渐增加,电机温度随之增加。该文所研究油内冷流速与温度对轮毂电机温度影响,可为采用轮毂电机油冷冷却方式电动汽车提供参考。     

混合磁路多边耦合电机的基础研究

在永磁感应子式电机中,由于铁芯叠片间隙的影响,轴向充磁的永磁体产生的气隙磁场沿轴向分布很不均匀,制约着单位铁芯长度的出力和电机性能体积比的提高。提出了一种混合磁路多边耦合电机,对混合式步进电机永磁体产生的气隙磁场沿轴向分布不均匀的问题进行了补偿。     

基于链式的爆炸气流场耦合电弧动态模型

为研究大电场条件下有效熄灭电弧的优良方法,在开放空间下,考虑爆炸产生的冲击波及强烈气流耦合电磁场等因素的影响,基于电弧链式思想和经典激波理论分析电弧在爆炸气流影响下的受力情况,推导出电弧运动速度控制方程。在此基础上,结合能量平衡方程及热交换原理,建立耦合场的电弧模型。通过有限差分法求解模型,分析气流耦合电磁场下电弧熄灭的运动过程和物理特性变化,并得出电弧状态相关参数(温度、电导率等)和熄灭时间的特性。试验结果表明电弧熄灭效果具有工程应用价值。     

交流牵引电机温度场分析绕组气隙优化建模方法

针对交流牵引电机定子绕组间存在不规则气隙,而采用常规等效建模法所建模型准确性不高的问题,提出一种绕组气隙优化建模方法。确定了电机定子绕组等效模型的基本结构,提出了等效模型中绕组气隙最佳宽度确定方法,即根据所确定的等效气隙模型并采用有限元法对电机进行温度场分析以得到绕组模型表面某点对应的温度值。通过获取不同气隙宽度下模型表面某点对应的温度数据并采用数值拟合方法得到两者间的函数关系,根据所得函数关系并实测上述模型表面某点对应的实际温度,即可得到绕组等效气隙模型相应的最佳气隙宽度。该方法有效提高了交流牵引电机定子绕组建模的准确性,由此显著提升了其温度场分析结果的准确性,具有较好的应用价值。     

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。     

10 kW超高速永磁电机三维瞬态温度场计算

为了考察电机在装配螺旋槽水冷套时对转子的冷却效果,针对1台功率10 k W、额定转速90 000 r/min的超高速永磁电机,采用有限元方法对电机三维温度场进行了研究,考虑了定子铁损、定子铜损,转子铁损和转子风摩擦损耗的影响。结果表明:定转子小间隙内的空气对转子起到了类似"热密封"的作用,当转子损耗功率较大时,仅依靠螺旋槽水冷套并不能有效地冷却转子,还必需辅以定转子小间隙的强迫空气冷却,以进一步降低转子温度。研究结果为大功率高速永磁电机热设计提供了重要参考依据。     

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。