高速电机定转子小间隙强迫风冷却数值模拟

采用计算流体动力学方法进行了定转子小间隙三维热流耦合计算,分别考虑了定子槽、轴向冷却流,以及转速对风摩擦损耗的影响,并获得了转子表面对流换热系数。结果表明:定子槽和轴向流会使得风摩擦损耗增大;有轴向流时,对流换热系数在入口处最高,在出口处最低;轴向冷却流的对流换热效果要远大于其造成的损耗发热效果。研究结果为转子热设计提供了重要参考依据。     

大型汽轮发电机转子温度场计算

以一台空冷汽轮发电机作为研究对象,根据传热学原理,通过建立转子绕组槽绝缘与槽楔的转子圆周1/4三维有限元模型,给出了求解域内的基本假设及相应的边界条件。根据气隙磁密的提取,计算出额定工况下转子表面杂散损耗,以转子绕组电阻损耗和表面杂散损耗作为热源,采用解析法计算得到转子通风沟表面散热系数,并以此为基础,将计算得到的各项损耗值及散热系数作为温度场求解条件,对汽轮发电机转子直线段部分三维温度场进行计算,得到了发电机额定负载运行时转子温度场分布。     

可控励磁磁悬浮直线同步电机磁热耦合研究

针对用于驱动数控机床的可控励磁直线磁悬浮同步电机特殊结构,对磁热耦合机理进行研究。分析电机在不同电枢电流时磁场对温升的影响,建立该电机二维温度场中热传导的微分方程、热对流的牛顿冷却公式以及温度场的边界条件;确定电机不同材料的导热系数及对流换热系数,给出对流换热系数的解析表达式。采用ANSYS有限元仿真磁热耦合分析方法,分析电机主要热源,应用ANSYS Maxwell软件计算其定子、转子损耗,以此作为电机热源导入Workbench软件对其进行热分析,得到该电机通入不同电枢电流时的温度分布云图。仿真结果表明,可控励磁磁悬浮直线同步电机内发热主要集中在绕组处,随电枢电流的增加而增大。温度场计算数据可为电机设计提供依据。     

宇航高功率密度电机热学模型分析与热试验研究

对高功率密度电机的损耗模型进行了研究,基于温度场的热流交换模型,对电机转子的换热方式进行修正,采用仿真与试验结合的方法研究了电机转子、定子、壳体、绕组等部件的温度场分布;对比分析了不同转子材料和换热方式对转子温度场的影响,论证了无磁不锈钢材料在转子永磁体加固方面的优势。     

高速永磁同步电机转子瞬态温度场解析解

在转子的热设计中,很自然地有如下要求:在已知转子内热源的条件下,确定转子需要多大的对流换热系数以及相应气隙流体温度,使得转子局部最高温度不超过设计值。内热源已知的条件下,实验测量转子温度和气隙流体温度便可得到相应的对流换热系数。为解决高速永磁电机转子热设计问题,本文给出了转子温度场的解析解。首先将时变的且含内热源的传热方程无量纲化,然后利用傅里叶积分变换法求解,其中轴向分布不均的对流换热系数和气隙流体温度用等效的对流换热系数和等效气隙流体温度代替。通过与有限元计算结果对比,验证了该解析解的正确性。获得了一类高速永磁电机转子在各种散热因素作用下的稳态最高温度分布图,为转子的热设计提供了理论支持。     

潜油电机转子三维温度场分析与计算

5针对结构特殊的潜油电机工作时温度无法测量的问题,通过对其一个转子单元的部分铁心及半个扶正轴承建立三维有限元模型;利用流体力学及传热学原理,结合潜油电机特殊的油路冷却循环系统,计算了气隙中绝缘油与转子铁心表面和空心转轴中润滑油的对流换热系数;根据计算电磁场求解出的热源,结合相关系数,对其转子三维稳态温度场进行了求解,得到潜油电机转子和相关部件的温度分布.同时将本文与其他方法计算结果进行对比分析,证明计算模型和方法的准确性.     

大型水轮发电机转子温度场的有限元计算及相关因素的分析

随着现代电机制造工业的发展，对电机温度场计算准确性的要求越来越高，该文根据传热学原理建立了水轮发电机转子三维稳态温度场的数学模型，给出了求解域内的基本假设及相应的边界条件，并根据电磁理论确定了各部分的损耗密度，以SF320－48／12800型水轮发电机为例，采用三维等参元法计算了转子一个磁极，半个轴向段的温度场，计算结果与实测结果相接近，采用数值模拟的方法研究了转子迎风面和背风面不均匀表面散热系数比对电机转子中部及端部温度场的影响，以及转子磁极表面的附加损耗对转子温度场的影响，得到了温度场的分布规律，该结果对电机制造人员的通风系统设计和电机运行部们的的温度监测提供了可靠的理论依据。     

基于等效热网络法和CFD法高速永磁同步电机热计算研究

针对高速永磁同步电机的温度场计算准确性问题,采用等效热网络法和流固耦合的数值方法,对一台水冷非晶合金定子电机进行了热计算。建立了电机的流固耦合模型,考虑电机内空气温度分布不均匀对密度、比热容、动力粘度以及导热系数的影响。基于最小二乘法原理,得到了空气物理属性随温度变化的表达式,对电机内空气施加变温物理属性,并与恒温下电机内空气恒定物理属性的温度场计算结果和转子外表面的空气摩擦损耗计算结果进行对比分析。结果表明：对机内空气施加变温物理属性后,转子高温区域面积增加,温升计算值更接近实际,并且转子外表面空气摩擦损耗降低了4.0%。最后,搭建了样机温升实验平台进行温升实验,验证了等效热网络和流固耦合法计算结果的准确性。     

高压湿式潜水电机转子三维温度场分析

为了更准确地研究高压湿式潜水电机的温度场分布情况,以3150kW、6kv高压潜水电机为例进行分析。建立了潜水电机转子三维温度场的物理模型和计算模型。考虑潜水电机冷却系统的特殊性,转子散热表面采用分段的方法加载散热系数。以电磁计算得到的损耗为热源,利用有限元软件对电机进行了温度场计算,并将计算结果与实测测量值和采用传统方法施加散热系数得到的温度场进行了比较,验证了该方法的准确性,为利用有限元法求解电机温度场时散热系数的加载提供了新的方法。     

齿谐波励磁的混合励磁发电机温度场分析

为了分析齿谐波励磁的混合励磁永磁同步发电机中齿谐波磁场的利用对其温升的影响,推导了该类发电机二维温度场计算模型,提出采用Maxwell和Fluent软件相结合的方法对发电机温度场进行计算,应用Maxwell软件建立发电机损耗计算模型,准确计算其定、转子铁耗及永磁体涡流损耗,并结合定、转子铜损耗及机械损耗,以此作为发电机热源导入Fluent软件对其进行热分析,得到了定、转子温度分布云图,可以清晰地看出发电机截面的温度分布情况。仿真结果表明:发电机内温度主要集中在定转子铁心内部和绕组处,与实际情况吻合,验证了温度场计算方法的正确性。     

A Fourier transform technique for calculating cable and pipetemperatures for periodic and transient conditions

An underground pipe-type cable system is represented by a thermal impedance network. A ladder network of resistances/capacitances represents the cable out to the outer surface of the pipe. The earth, adjacent pipe-type cables, and cable images are modeled by a frequency dependent thermal impedance found by solving the heat transfer differential equation. The heat input to the system is conductor I² R loss. The heat input can be a periodic signal or a transient of up to 300 h. A fast Fourier transform (FFT) is used to obtain heat input in the frequency domain. The frequency domain thermal input at the conductor is divided by the thermal admittance seen by the conductor and an inverse FFT is used to obtain conductor temperature as a function of time. A similar procedure obtains shield and pipe temperature. Iteration is used to model conductor electrical resistance change with temperature. The ambient temperature and temperature due to dielectric loss is added in to obtain final values     

燃烧和传热与电站锅炉节能的关系

为了有效利用能源,提高电站锅炉的热经济性,特对锅炉(火用)损失及(火用)效率的影响因素:燃料特性,燃烧温度,蒸汽参数,传热温差以及各项热损失,进行了较全面的研究分析,从而得出了燃烧与传热所导致的不可逆损失,是我国当前电站锅炉(火用)损失的关键.并指出强化燃烧,适当减少辐射换热,提高锅炉炉膛温度;增加工质压力,提高工质的吸热平均温度;减小换热介质间的热力学平均温差;同时注意蒸汽参数的恰当合理匹配,则是提高电站锅炉(火用)效率、节约能源的主要途径.     

Factors influencing ampacity and temperature of underground power cables

This paper presents the factors that influence ampacity and temperature rise of three-phase, single-core 33- and 500-kV XLPE underground cables (UGC) using CYMCAP software. These factors are conductor cross-sectional area, soil thermal resistivity, cable burial depth, cable separation, sheath bonding, bedding and backfill heights and thermal conductivities, nearby parallel heat source, formation of dry zone, loss tangent and segmented conductors. Results reveal that increasing the separation distance between phases gives higher ampacity, contrary to the burial depth. The rate of conductor temperature reduction due to the increase in the bedding thermal conductivity is more pronounced than that achieved by increasing backfill thermal conductivity. Furthermore, increasing the native thermal conductivity and/or the maximum conductor temperature increases the UGC ampacity and consequently increases the induced sheath voltage. Sheath losses are significant in transmission UGC where the load currents are always high. High conductor temperature and hence degradation rate is expected for UGC carrying currents of highly fluctuating loads. UGC must be derated as they age (increasing loss tangent), or when dry zones are formed around them, or when a nearby parallel heat source. Finally, it is found that the increase in the number of conductor segments nonlinearly increases the UGC ampacity.     

电动机损耗的比例变化规律及其对策

三相交流电动机的损耗可分为铜耗、铝耗、铁耗和杂散耗、风摩耗,前4种为发热损耗,其总和称为发热总损耗。阐述当功率从小到大变化时,铜耗、铝耗、铁耗、杂散耗对发热总损耗的比例变化。通过实例,铜耗和铝耗占发热总损耗的比例虽有波动,总体上由大变小,呈下降趋势。而铁耗杂散耗相反,虽有波动,总体上由小变大,呈上升趋势。功率足够大时,铁耗杂散耗超过了铜耗。有时杂散耗还超过了铜耗、铁耗,成为发热损耗的第一因素。再分析Y2电动机,以及观察各种损耗对总损耗的比例变化,揭示的规律类似。认识上述规律,得出不同功率电机降低温升和发热损耗的侧重点不同。对小电机,首先应降低铜耗;对中大功率电动机,应侧重降低铁耗杂散耗。认为"杂散耗比铜耗、铁耗要小得多"的观点是片面的。特别强调,电动机功率越大越要注意降低杂散损耗。中大容量电动机采用正弦绕组来降低谐波磁势及杂散耗,效果往往很好。而降低杂散损耗的各种措施,一般不需要增加有效材料。     

微细直管燃烧器的散热损失研究

为了解微细直管燃烧器散热损失的大小，采用内径为0.6mm的微细陶瓷管进行氧气和甲烷气体的燃烧实验，测量了微细直管外壁面的温度，研究了氧气和甲烷的总流量和质量比对壁面散热的影响，以及不同总流量下直管壁面温度的动态变化过程。研究结果表明，混合比小于当量混合比时，随着混合比的增加，燃烧放热功率增加，壁面温度升高，管壁的散热功率增加；管壁的散热量占了很大一部分燃烧放热量，文中测量的管壁散热量最大为燃烧放热量的42%；在管壁散热量中，辐射散热量占很大一部分，最大达到总散热量的65%；随着总流量的增加，燃烧反应区的长度增加，轴向的壁面温差减小，壁面升温速率增大。     

用电磁场和流场模型计算GIS母线损耗发热

为深入研究GIS母线的损耗和发热问题,在综合考虑集肤效应、涡流损耗、电导率温度效应、气体流动、重力等多种因素影响的基础上,运用有限元方法,建立了GIS母线损耗发热的电磁场与流场求解模型。计算分析了该类母线的热源和温度分布规律,并与实测数据进行了比较。结果表明:GIS母线电流和损耗密度的分布都体现出集肤效应。当母线水平放置时,其导体与金属外壳的温度分布呈上高下低规律。对于水平放置的单相GIS母线,其温度分布左右对称,其内部环状空间气体对流作用较强,等温线呈弯曲的S型分布,同一圆周上温度分布并不均匀。而对于水平放置的三相GIS母线,其上方导体附近的气体等温线分布也呈现较为明显的S状弯曲,而位于下方导体周围的气体,其等温线扭曲程度相对较小。     

高速永磁电机转子风摩耗对温升的影响

高速永磁电机（HSPMM）结构紧凑、功率密度高、散热困难,易使转子永磁体因温度过高而发生不可逆退磁。以一台额定转速为30 000 r/min的HSPMM为例,基于计算流体力学和数值传热学的原理,从工程实际应用的角度,对不同通风量下的转子风摩耗及温升进行计算分析,并与电机温升试验进行对比。研究表明：HSPMM转子风摩耗占总风摩耗比重较大,且该比重随着流量的增加而增加;通风量达到一定值后,电机散热达到平衡,转子风摩耗随着流速的增加而急剧增加,使永磁体温度升高。增加机座水冷后,可以降低通风量,使电机达到理想温升水平。     

继电保护设备元器件温度仿真分析与寿命评估

针对继电保护设备热设计阶段定量分析手段不足的问题,开展设备高热损元器件温度仿真分析及寿命评估。首先分析了继电保护设备的结构特征及散热机理,提出了继电保护设备机箱及板卡热仿真精细化建模方法,并基于Icepak软件建立了典型继电保护设备有限元仿真模型。然后通过改变继电保护设备有限元模型的仿真参数,仿真计算了不同环境温度、不同散热措施下各板卡高热损元器件工作温度,定量分析了高热损元器件温度变化情况。在此基础上,提出了基于继电保护设备温度分布特性及阿伦尼乌斯方程的高热损元器件寿命评估方法,揭示了设备运行环境温度对元器件寿命及可靠性的影响规律。得到的元器件温度特性及寿命分析结果,可为继电保护设备开展热设计及优化提供数据与理论依据。     

Effects of axial tension and reduced air pressure on the radialthermal conductivity of a strained conductor

Analysis of the radial flow of heat in a multilayer stranded conductor carrying current indicates that most of the heat is conducted through the very thin air gaps at the contracts between strands in adjacent layers and through the triangular or rectangular voids between layers. The theory predicts that, with constant current, the radial temperature difference increases as the axial tension decreases, and as the air pressure decreases. To confirm these predictions, a length of 91/4.04-mm AAC conductor was tensioned within a vacuum chamber, and the temperature of each layer of wires was measured for various total currents. It was found that the radial temperature difference increased with increasing resistive power loss per unit length, with decreasing axial tension, and with decreasing air pressure. The effective radial thermal conductivity is independent of the power loss, and increases with increasing axial tension and increasing air pressure. The calculated effective gap at the contacts is 0.5 to 0.9 μm