热传导理论在现代电机绝缘结构设计中的应用

将建筑材料的基础理论应用于电机高导热绝缘材料及高导热电机绝缘结构,论述了导热系数、导温系数、蓄能系数、热阻等因素对电机热场设计的影响。并以电机热场设计实例做对比,提出研究高导热绝缘材料及高导温系统对大型空冷汽轮发电机组热场设计的重要性。     

高导热绝缘材料对降低电机温升的重要作用

介绍了电机温升限值和高导热绝缘材料的应用,阐述了导热热阻和蓄热系数的重要作用,提出了高、低压电机的高导热绝缘结构和降低电机温升的有效方法.结果表明,高导热绝缘材料的使用是降低电机温升的最有效方法.     

热传导理论在现代电机绝缘结构设计中的应用

将建筑材料的基础理论应用于电机高导热绝缘材料及高导热电机绝缘结构,论述了热导率、导温系数、蓄能系数和热阻等因素对电机热场设计的影响。并以电机热场设计实例做对比．提出研究高导热绝缘材料及高导温系统对大型空冷汽轮发电机组热场设计的重要性。     

影响凝汽器传热性能的因素及对应措施

凝汽器内保持较高的传热效率是提高真空、达到节能降耗、提高机组运行经济性的重要办法.在理想的情况下,如果忽略辐射传热,表面式凝汽器的总传热热阻由水侧对流换热热阻、管壁的纯导热热阻和汽侧的对流换热热阻3部分组成.     

一种IGBT接触热阻的估算方法

电动汽车电机控制器的关键模块IGBT由于集成度高、发热量大,容易烧毁,亟需对其散热结构进行仿真分析与结构优化。对IGBT散热结构的仿真分析,必须先确定所需的几何物理边界条件和热物性边界条件,其中IGBT与散热器之间的接触热阻是关键的参数之一。但接触面的导热硅脂涂层的热特性及IGBT模块与散热器的接触情况并不明确,为此建立了黑匣子模型,采用黑匣子逼近试算的热仿真分析方法,通过实验和FLUENT软件热仿真对比的手段成功地估算出了黑匣子的导热系数,并进一步验证了估算得到的接触热阻的合理性,为以后的仿真和优化分析奠定了基础。     

填充型高导热复合材料的有限元仿真研究

为研究微米颗粒填料对填充型高导热复合材料导热性能的影响,本研究构建了填料颗粒随机分布的复合材料有限元模型,分别计算、分析了填料的填充比例、粒径、导热系数、颗粒形状等因素对复合材料导热系数的影响.结果表明:随着填料填充比例提高、填料颗粒长径比增大,复合材料的导热系数明显提高;在不考虑界面热阻和颗粒团聚的情况下填料粒径对导热系数的影响很小;填料自身的导热系数对复合物的导热性能影响很小;在不考虑界面热阻的情况下,能否有效地形成导热通道是决定填充型复合材料导热系数的关键.     

多芯片组件基板的热效应分析

针对大功率多芯片模块,建立了简化传热模型,利用有限元数值方法,对其热阻和温度场进行了稳态和瞬态分析.模拟结果表明:模块的散热方式以热传导为主.由芯片到外壳底面的热通路为主要散热途径,采用导热性能好的基板是非常有效的散热方案:绝缘层热阻占整个基板热阻的65%;模块设计时要尽量减小功率互连引线的寄生电感和电阻.合理安排功率管芯位置,要求布线尽量短而宽.多个功率芯片要尽量均匀分布于基板上,以此降低结温,避免热集中现象.     

换热管道污垢热阻直接检测方法与实现

目前,电厂循环冷却水换热管道内壁污垢热阻检测多采用间接检测法,其检测过程复杂且易引入多种测量误差。该文提出了一种通过污垢厚度和导热系数检测直接获取污垢热阻的方法。利用超声波时域反射法结合信号处理技术获得管内污垢厚度,通过显微测距分析验证了测量精度;利用瞬态平面热源法获取污垢导热系数,通过残差分析验证了其可信度;根据传热学原理进行公式推导计算获得污垢热阻。以典型碳酸钙污垢为实验对象的测试结果表明:该方法能快速、准确的对污垢热阻进行检测,可信度高、重复性好,对工业换热系统的污垢检测、防垢与抑垢具有重要意义。     

高功率密度电机三维温度场计算及导热优化研究

短时工作制高功率密度永磁电机具有工作电密高、电枢绕组发热大、温升高的特点。对电机的三维温度场计算尤其是绕组端部温升的准确计算成为高功率密度电机设计的重要部分。该文对高功率密度电机的损耗进行了准确计算,着重分析端部绕组的电阻和铜损耗。在电机的三维温度场计算模型中对端部绕组进行了分层等效,计算和实验结果表明分层等效模型能够提高绕组温升计算的准确性。为降低高功率密度电机中电枢绕组的温升水平,对电机端部绕组进行导热优化,减小了端部绕组的传热热阻,电枢绕组的最高温升从80℃降至69℃。最后通过样机实验验证了理论计算的正确性。     

采煤机用牵引电机发热与传热耦合研究

采煤机用牵引防爆型水冷电机受安装空间限制,功率密度大、电磁负荷高,发热严重,针对其特殊结构及换热机理,建立了发热和传热耦合模型,给出了水套内外的对流换热系数的确定方法,采用有限体积法对电机的定转子及冷却水套的温度场进行了计算分析。计算结果与试验数据对比证明所建耦合模型可真实模拟电机实际传热机理。结果表明电机转子近似为等温体,气隙的热阻使得其温度远高于定子。而电机定子温度最高处位于上层绕组靠近槽楔处。调整冷却水的流速和水套结构对电机的温度分布有较大影响,适当的水速和水套结构,可达到最小代价获得最佳冷却效果。研究结果可作为采煤机牵引电机热控制及优化设计的理论基础。     

面向大功率芯片散热的电动汽车电机控制器结构优化

电动汽车电机控制器集成度较高,设计空间有限,并且为了保证可靠性,许多控制器不能使用风扇对大功率芯片进行降温。因此,为了降低电动汽车电机控制器内大功率芯片的温度,需要对电机控制器结构进行优化设计。通过3种方案来进行优化：首先,通过改变芯片的纵向布置改变芯片周围流场;然后,通过改变控制板结构来改变芯片周围的流场;最后,通过设置冷端导热结构对芯片进行散热。将几种方法的分析结果对比进而得到可以有效降低大功率芯片温度的最佳控制器结构优化方案,优化结果为电机控制器散热设计提供了理论指导。     

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。     

导热能力损耗的机理及其数学表述

热量传递势容(势容，又称为火积)反映了物体的导热能力，它等于物体的热容量与温度乘积的一半。提出了热力功的概念，它被定义为传热温度与被传递热量的乘积。传热过程中的热力功等于势容的改变量，热力功就是传递过程中的势容。在导热过程中势容会出现损耗，势容损耗的机理是，传热物体的温度高于吸热物体的温度，传热物体的温度所做的热力功多于吸热物体的温度所做的热力功。导热过程中的势容损耗被定义为传热物体的温度与吸热物体温度的差所做的热力功。单位时间单位体积内的势容损耗等于导热系数与温度梯度平方的乘积，该表达式可作为导热系统优化的目标函数。势容可同时作为热力学中导热过程可逆性的判据。     

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。     

大功率九相变频异步电机通风系统热流耦合仿真分析

为了有效解决大功率低速异步电机通风散热难题,基于热流耦合仿真分析计算方法,以1台2 800 k W、8极九相变频异步电机为例,系统分析了顶吸式强迫风冷电机内定子齿压板宽度距离对电机内风量分配、绕组温升分布以及内部风阻特性的影响,并筛选了匹配方案;同时,对比分析了九相减薄绝缘结构与三相高压绝缘结构的换热性能。最后,进行了电机的温升试验测试,温度场计算值与试验结果基本吻合,验证了基于热流耦合仿真分析计算的准确性和有效性。