矿用隔爆一体化变频电机的三维流场温度场耦合计算

针对矿用隔爆一体化变频电机几何结构不完全对称、封闭结构严重制约散热的问题,提出了对完整变频电机进行流场温度场耦合计算的方法。首先基于基本假设,建立完整三维流动与传热耦合求解的数学模型,并给出相应的边界条件,然后采用多参考坐标系模型与有限体积法进行耦合计算。对变频电机内部的流体流动性能、整体温度场、电机定转子温度场、变频器功率模块温度场以及对流换热系数分布进行了分析。计算结果表明:变频电机的几何结构不对称表现出定子和机座的温度场分布并不沿转轴中心线对称,对变频奠基完整模型进行仿真分析可以全面了解温度场的分布;变频电机在额定工况和1.2倍过载工况下的最高温度出现在转子导条上,最高温度小于绝缘条件所允许的极限温度。通过对计算结果与实验数据的比较分析,验证了计算方法的正确性。     

大功率永磁同步电机磁热耦合分析

本文以一台160kW永磁同步电机为研究对象,根据电机的结构参数在电磁仿真软件中建立了电机的有限元仿真模型,计算出电机在额定工况运行下的电磁场及铁耗和铜耗的分布情况。将三维模型导入到温度场仿真软件中并计算出各主要部分的体积,结合铁耗和铜耗的计算结果求出电机各主要部分的生热率,进而求出电机在额定工况下稳定运行后电机各部分的温度分布情况。在此基础上对电机进行温升实验,将两者结果进行对比,二者结果基本一致,证明磁热耦合仿真在分析电机内部温度场分布时准确性满足要求。     

基于 场路耦合的调速永磁同步电机损耗及温度场分析

基于ANSYS/Maxwell、Simplorer和MATLAB/Simulink仿真平台搭建了调速内嵌式永磁同步电机（IPMSM）场路联合仿真模型,进行了最大转矩/电流（MTPA）和弱磁调速控制策略下电机场路耦合仿真,得到了不同控制策略及不同负载状况下电机动态特性;采用三项铁耗分离模型,计算了不同工况下考虑谐波时的定子铁耗、转子铁耗、永磁体涡流损耗;搭建样机三维温度场有限元模型,通过有限元电磁场与温度场双向耦合仿真,分析了电机在不同工况下的温度场分布;实验结果验证了损耗及温度场分析结果的正确性。     

电动汽车驱动电机三维CFD热分析与温升测试研究

针对电动汽车驱动电机在整车极限工况下的温升问题,采用流-固共轭传热数值计算方法对永磁同步电机的散热性能进行了仿真计算,得到了不同工况下电机定转子的温度分布规律。利用滑环模块解决了转子温升测试的难题,将不同整车工况下电机的温升测试数据和计算流体动力学(CFD)仿真结果对比,验证了仿真计算模型及方法的准确性,为整车在各种行驶路况下准确获取电机内永磁体工作温度提供了理论支持。     

真空环境用有刷直流电机三维瞬态温度场的计算与分析

主要对有刷直流电机在真空环境下的温度场进行了计算和分析,建立了有刷直流电机瞬态温度场三维求解模型,基于有限元方法循环迭代求解电机的温度场,确定电机在0.075 N·m负载工况下的全域温度分布,得到了有刷电机在真空环境下温度分布的规律,将机壳温度仿真值与实测值比较,验证了该方法的准确性和有效性,为该电机不同工况下的温度分布和类似工程应用提供参考。     

车用油冷电机温度场分析

为研究车用油冷电机的温度场,以一台额定功率为50 k W的车用油冷电机为例,基于计算流体力学(CFD)方法建立了电机热仿真模型;通过有限元软件仿真得到了额定工况下的电机内部温度分布规律;搭建电机温升实验平台验证仿真结果的准确性并通过合理设置流体域导热系数方法修正热仿真模型,修正后的温度场仿真结果与实验结果相比误差较小。     

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。     

兆瓦级高压感应电机转子发热问题研究

为研究兆瓦级高压电机在额定工况运行时发热与冷却问题,结合电磁场理论,建立该电机不同气息长度下二维瞬态模型,并分析电机工况下的电磁性能和电磁损耗规律。通过流体场与温度场耦合的方法,建立三维流固传热模型,并对与电机双侧轴流风扇周围的空气域建立旋转空气域模型,在计算流体力学理论的基础上,对电机温度场初始边界条件进行合理假设,通过对流固耦合仿真的得到在双侧轴流风扇下电机内部各个器件的温升规律,为验证文中仿真结果的准确性与有效性,对兆瓦级高压异步电机转子铁心侧温度进行实测,仿真结果与温度实测结果一致,为改善兆瓦级电机冷却性能,提高其散热能力提供了理论基础。     

车用变频调速水冷永磁同步电机三维温度场分析

为研究其三维温升分布规律,以一台48槽的纯电动车用水冷永磁同步电机作为研究对象,首先分析了电机的热损耗,计算了绕组的等效导热系数;然后采用流体场与温度场耦合法仿真计算额定工况下电机的三维温度场与峰值工况下电机的温升,符合设计要求;最后通过试验验证了仿真分析的正确性。     

感应电机定子匝间短路故障温升特性研究

感应电机匝间短路故障的温升特性是故障的明显特征之一,针对该问题研究不同工况下匝间短路故障对电机温度场的影响,旨在从电机温度场分布与温升特性角度给出电机故障预警与诊断的方法。以一台笼型感应电机为例,经过合理等效建立电机三维瞬态温度场仿真模型,分别对空、轻、满载三种工况下的正常与故障电机进行温度场仿真计算。通过与各情况下的电机温升实验数据对比,验证了仿真结果的准确性。综合分析电机温升实验与温度场仿真结果,揭示了电机故障前后传热特性差异,并通过对比电机温升的时间特性与空间分布特性的变化情况,得到了与匝间短路故障相关的温度分布特征。针对故障后电机绕组温度的差异特性提出了相应的温度监测与诊断方法,为电机实际运行监测提供参考。     

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。     

真空干泵用磁通切换永磁同步电机温度场仿真分析

针对真空干泵驱动用电机在极端真空环境下工作时发热严重的问题,以一台4.5 kW磁通切换永磁同步电机(FSPMSM)为研究对象,分析了其冷却结构,并进行了温度场仿真计算。通过有限元软件建立FSPMSM三维温度场仿真计算模型,设定边界条件和热源激励,得到电机内部各部件的温度分布情况,并分析了水道截面直径、水道圈数对电机温度变化的影响。与一台技术要求相同的永磁同步电机(PMSM)在同等冷却条件下进行温度场对比分析,结果表明本电机设计合理。相比于真空干泵常用的传统PMSM,本电机能更好地减少损耗并降低温升,为开发真空干泵用FSPMSM新产品提供了一定的参考。     

灵活调峰下发电机转子绕组的温度场及热变形分析

在水-氢-氢冷汽轮发电机频繁调峰运行下,由于转子绕组的温度长期反复变化,且受到热应力作用,导致绕组和匝间绝缘发生形变,直接影响发电机的性能和稳定性,因此研究变工况下转子绕组的温度分布规律和热变形规律十分重要。以一台600 MW的水-氢-氢冷汽轮发电机为研究对象,根据其转子结构,确定旋转状态下的计算域,并建立三维电-热-流耦合计算模型。在相应的基本假设条件和边界条件下,计算得到了转子温度场和流体场分布,对比实测结果验证了仿真计算的准确性。将转子温度场结果作为热载荷,添加相应的边界条件,计算得到变工况下转子绕组的热变形,进一步总结得出热变形规律。     

新型冷却结构超高精度平面电机定子温度场分析

根据超高精度平面电机温升指标和运行特点,采用一种新型的双层直接水冷结构形成热绝缘,减少热量的扩散。根据计算流体力学理论,对试验样机的定子部件建立数学模型,运用ANSYS Workbench软件中FLUENT模块对平面电机定子流固耦合传热模型进行仿真计算,得到不同水冷结构和不同工况下冷却液的流场、定子部件的温度场分布。将耦合场计算结果与实测结果进行对比分析,确定定子部件局部热点、温度传感器的安放位置和不同工况下冷却液的流量。研究结果为平面电机的结构、驱动器和冷却系统的优化设计提供了理论依据。     

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。     

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。     

异步电动机转子断条故障运行时定转子温度场数值计算与分析

针对传统的单一求解电机定子温度场或转子温度场强加边界条件难以确定的问题,建立了笼型异步电动机转子有无断条故障运行情况下的定、转子全域温度场二维数学模型和温度场二维有限元计算模型。分别计算了额定负载情况下,转子正常和转子一根断条以及转子相邻两根断条时的定、转子全域稳态温度场。实验结果验证了三种情况下该电机温度场计算模型的合理性和计算结果的正确性。比较了三种情况下电机的温升分布,分析了电机转子断条根数对电机温度场的影响。温度场计算模型可以应用到其他无轴向通风冷却异步电动机转子正常或转子断条故障时的温度场计算与分析,并且可以从电机温度场变化的角度为电机断条故障提供诊断依据。     

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。