非正弦激励下高频变压器的温度分布计算与分析北大核心CSCD

高频变压器是DC/DC变换器的重要电气元件,其内部温度过高会加速绝缘老化,准确预测高频变压器的温度分布有助于其散热设计。文中考虑温度对高频变压器材料电磁特性和空气热物理特性的影响,利用Infolytica有限元软件建立高频变压器的瞬态磁场—温度场双向耦合模型,通过仿真分析,得到高频变压器的磁密分布、损耗分布和温度分布。在此基础上,根据高频变压器的散热路径建立其等效热路模型,计算出稳态温度分布。通过比较分析可知分别使用有限元法和等效热路法得到的计算结果相吻合,验证了使用等效热路模型法计算高频变压器温度分布的可行性和精度。得出如下结论:热路模型的计算代价低,计算速度快,可应用于高频变压器结构的优化设计。磁场温度场耦合计算模型的计算精度高,但计算代价大,适合对设计结果的校核。     

等效热网络法和有限元法在轮毂电机温度场计算中的应用

轮毂电机温度场的准确计算对于轮毂电机的安全运行和性能提升至关重要。根据一般电动汽车用轮毂电机样机的结构,建立了等效热网络温度场分析模型和3D有限元模型。基于等效热网络法,编写了轮毂电机温度场计算程序,计算了额定工况下的稳态节点温度。通过有限元法,计算了轮毂电机额定工况下的稳态温度场分布和瞬态温升曲线。根据轮毂电机的温升实验,对比分析了两种方法的计算结果,验证了等效热网络分析模型和3D有限元模型的有效性,说明了等效热网络法和有限元法对于轮毂电机温度场计算的适应性和兼容性。     

飞轮储能用外转子永磁同步电机的设计与分析

本文设计一台额定功率180kW，转速20000r/min的飞轮储能用高速永磁电机。通过选取合适电机材料以应用于飞轮储能超高速的工作环境，并利用等效磁路法对电机进行电磁计算得到各个部件尺寸参数。利用Maxwell软件搭建仿真模型并进行瞬态场分析验证了电机设计合理性，同时求解电机损耗分布。建立基于Work-bench的电机三维有限元模型，并进行稳态热分析，从而得出电机整体温度分布场，验证电机运行可靠性。     

屏蔽套材料对屏蔽式永磁同步电机电磁场和温度场的影响研究

针对单向耦合法分析屏蔽式永磁同步电机电磁场和温度场时计算精度低的问题,提出了一种磁热双向耦合法。首先,建立了磁热耦合计算模型。其次,采用双向耦合法分析了屏蔽套材料对电机性能的影响,并与单向耦合计算结果进行了比较。最后,建立了电机三维模型,利用有限元软件进行了电磁场和三维温度场分析。研究结果表明所提的磁热双向耦合计算方法可以有效提高电磁场和温度场的计算精度,此外屏蔽套采用不导电不导磁材料可有效提高屏蔽式永磁同步电机效率,降低电机温升。这不仅为屏蔽式永磁同步电机的设计提供了参考,同时对于保证电机高效和可靠运行具有重要意义。     

基于等效热网络法的容错永磁电机的温度分析和计算

容错永磁电机工作条件恶劣,电机运行时的温升不仅会影响其电磁性能,更会引发故障,降低电机的可靠性。分析了容错永磁电机的热源分布情况,采用集中参数法建立电机等效热网络图,通过热平衡方程对电机温度进行求解计算。运用ANSYS/Fluent有限元法进行了对比分析,验证了等效热网络法计算结果的准确性。最后,针对电机温度情况,分别从减小损耗和改善散热条件两个方面提出了改进方案。     

永磁直流电机温度场的分析与计算

在分析和阐释永磁直流电机发热机理的基础上,运用电机内热交换理论,建立了永磁直线电机传热模型。分析了永磁电机的热源分布情况,采用集中参数法建立电机等效热网络图,通过热平衡方程对电机温度进行计算求解。运用ANSYS/Workbench有限元法进行了对比分析,验证了等效热网络法计算结果的准确性。     

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。     

混合动力电动汽车用开关磁阻电机热分析

车用电机体积小,功率密度高,导致其温升较高,而温升直接影响电机的使用寿命和运行可靠性,因此热分析成为电机设计的关键环节。以一台额定功率为60 kW的四相16/12开关磁阻电机为研究对象,基于集总参数热网络法(Lumped Parameter Thermal Network, LPTN),建立电机集中参数热模型,分析电机稳态温度分布和瞬态温升,对机壳水冷和喷淋冷却的效果进行分析,并得出在低速和高速运行下限制电机连续运行的因素。在此基础之上,对冷却水道数目和冷却液流量对电机温升的影响进行分析,为相同冷却条件和功率等级的开关磁阻电机选择合理的冷却水道数目和冷却液流量提供参考依据。     

基于等效热网络法的定频双转子永磁风力发电机的热分析

定频双转子永磁风力发电机是近年来提出的一种新型特种电机,具有低速直驱、功率密度高、变换器功率小等优点,具有较好的应用前景。定频双转子发电机在定子和内转子上都设置有绕组,且内转子散热条件较差,热分析成为电机设计的关键环节。为此,本文提出了基于等效热网络法的定频双转子发电机的热分析,首先介绍了传热的基本定律,然后建立定频双转子发电机的热网络模型,并对模型中各个热参数比如热阻、热源等,进行分析和计算,最后对热网络图中的各个节点建立热平衡方程,求解方程组,得出电机各部分的稳态温升并通过实验进行了实验验证。     

高速永磁电机的设计与磁热耦合温升计算

高速永磁电机转速高、体积小,因此其温升计算相较于常规电机更为重要。针对此问题,设计一台150kW的高速永磁电机,以有限元法和解析法对高速电机的各部分损耗进行计算。建立电机的温升分析模型,在有限元流体场进行电机三维温升计算、应用磁热耦合的分析方法对所设计电机进行温升分析,分别进行单向和双向的耦合温升计算,计算结果表明耦合温升计算与流体场温升计算所得的温升分布存在一定差异。相较于常规温升计算,磁热耦合温升计算可以更为准确地得到高速永磁电机的各部分的温升情况,保证电机更为安全可靠地运行。     

车用轮毂电机齿槽转矩和高能耗点效率优化

电动汽车轮毂电机内部属于多物理场非线性耦合系统,温升对电机的材料及电磁参数影响较大,为弥补磁-热场单向耦合的不足,建立了磁-热双向耦合模型。基于该模型,结合WLTP路谱图,得到功耗较高的工况点。针对电机转矩波动大及高功耗工况点效率不高的问题,设定降低气隙处齿槽转矩和提高高功耗区效率为目标,选取齿宽、槽深及气隙长度为变量,建立BP神经网络预测模型,通过NSGA-Ⅱ与纳什均衡进行了多目标组合寻优,得到最优结构组合。经实验与仿真验证,双向耦合方法提高了模型的仿真精度,多目标联合优化使得高功耗点效率提高了9.63%,齿槽转矩降低了39.6%。     

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。     

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。     

航空电机及控制器的温度场仿真分析

对一种航空用高功率密度无刷直流电机,建立电机和控制器一体的三维热仿真模型。根据电机系统内部热交换及传热学相关理论,确定系统内散热系数与热边界条件,利用有限元分析软件ANSYS Workbench对建立的热仿真模型进行温度场仿真与分析,得到了不同环境温度变化情况下电机和控制器的温度场分布和温度对时间变化的曲线。经与试验得到数据进行对比分析,验证了仿真的准确性。这对电机和控制器的设计与温度场计算提供了依据。     

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。     

基于磁热耦合法的高速永磁电机温升计算及其应用

针对温升计算过程中材料的温度特性对损耗产生影响的问题,利用电磁场与温度场双向耦合的分析方法,并在求解过程中计及损耗的空间分布,从而实现高速永磁电机温升的准确计算。以一台15kW表贴式高速永磁体同步电机为例,考虑电机各部件装配间隙,运用磁热耦合方法计算了电机在额定转速时的温升情况,与传统温度场加载热密度法计算结果对比,并通过温升实验验证了双向耦合计算方法的准确性。以磁热耦合研究方法为基础,对高速电机护套的选材问题进行探讨,提出在护套上加装适当厚度的铜屏蔽层来降低损耗与温升,同时分析表贴式与内置式转子结构对对电机损耗与温升的影响,为高速永磁电机转子结构设计提供可靠有效的参考依据。     

多场耦合的电机暂态温度场计算

针对稳定负载下电机暂态温度场的计算问题,以小型封闭式结构的异步机为对象,建立电机热源计算的有限元电磁场模型,并依据散热结构特点建立相应的温度场模型,通过多场耦合的途径实现电磁场与温度场的联合,并附于电磁场、温度场相关的模型参数及联合计算参数,经电磁场适时地耦合温度场的联合计算,实现稳定负载下的温度场各暂态计算。通过搭建实验系统及测试,对电机额定负载下全域温度场实验结果和仿真对比得出,电机稳定负载下,多场耦合的联合计算能较好地计算电机全域暂态过程温度场。     

防爆型高功率密度电机温度场与流体场综合计算

根据对防爆型高功率密度电机额定运行状态的分析,建立其传热数学物理模型。通过电机气隙流体场计算给出了气隙换热面的表面散热系数,借此用有限元法对电机温度场进行了模拟;模拟结果与实验结果对比,两者能够很好地吻合,说明该传热模型可以真实有效地反映实际传热过程。根据计算结果分析电机的温度场分布规律,找出额定工作时温升最大的位置作为监控点,其结果可以为电机热控制的优化提供理论依据。     

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。