防爆型水冷电机内换热与温度场计算

采煤机电机安装空间严格受限,随着电机设计容量的提升,使单位体积损耗(发热率)增大.为了研究该类电机的发热与冷却问题,在对防爆型水冷电机的结构、材料以及换热机理进行分析的基础上,建立了防爆型水冷电机的传热数学物理模型.采用有限元法对电机定、转子及水套的温度场进行了计算与分析.通过计算结果与实测值对比,验证所建传热模型可以真实反映实际传热过程.分析计算结果表明电机定子最高温度点位于定子上层绕组近气隙侧;定子齿是热量传递的主要通道,热流密度最大;选用适当的冷却水流速,可以用最小的代价获取所需的冷却效果.研究结果可以为采煤机电机热控制和优化设计提供理论依据.     

汽轮发电机定子流体场和温度场耦合计算与分析

掌握汽轮发电机中的温度分布对电机冷却系统的优化设计和可靠运行都是非常必要的。在水氢氢冷却的大型汽轮发电机中,存在两种冷却介质和两套冷却系统,其流体流动与传热较复杂。根据其冷却系统内流体流动与传热的特点,建立了定子整个轴向长度范围内流体流动与传热耦合计算的物理模型和数学模型,采用有限体积法对流体场和温度场进行耦合计算,得到了定子本体中详细的温度分布数值及过热点的位置,给出了流体的速度分布图以及定子各部分的温度分布图。详细分析了氢气、冷却水、定子铁心、定子绕组等各部分的温度分布情况。将耦合场计算结果与现场实测数据进行比较,表明了模型和计算方法的正确性。其结论可对水氢氢冷却汽轮发电机的冷却系统设计与实际运行提供理论依据。     

入风口端盖开倒角与圆角对牵引电机温度的影响

以某具有定转子轴向通风孔风路结构的异步牵引电机为研究对象,根据计算流体动力学基本原理,对建立的基于流热耦合的电机传热特性分析计算模型进行迭代计算,揭示了牵引电机入风口端盖开倒角和圆角对电机通风散热的影响规律.研究表明,与原始电机相比,开倒角15°与圆角半径45mm的新型入风口端盖结构使电机定子绕组温升下降了约2.5K,...     

轴向通风双馈异步发电机的温度场计算

为了实现双馈异步发电机通风冷却的优化设计,根据电机内通风系统流体流动的特点及电机定转子热量产生与传递的规律,建立了全域通风与温度的三维等效物理模型,给出了模型的边界条件,并利用有限体积法对方程进行求解,得到了额定运行情况下各风道内流量与流速的分布情况,以及定子、转子、机座水套等各截面的温度场分布,将计算结果与试验值进行了对比分析,证明了计算方法的合理性。结果表明,机座水套能够有效降低定子轭及绕组的温度,相比之下,转子绕组温度偏高,应进一步优化提高机座冷却器换热能力及系统通风能力。     

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。     

磁性槽楔对永磁电机转子损耗及温度场影响

针对实心转子高压永磁电机定子铁心开槽会导致气隙磁导不均匀,气隙中谐波磁场引起电机转子温度升高,影响永磁体的电磁性能的问题,以一台315 k W,6 k V实心转子高压永磁电机为例,建立了样机的二维电磁场时步有限元模型及三维全域流体与固体耦合传热数学模型,给出了求解域及边界条件,通过求解计算模型,将计算数据与实验数据进行了对比,验证了所建模型的正确性。在此基础上研究了槽楔相对磁导率分别为3、5、7、9时对转子表面涡流损耗的影响,分析了磁性槽楔相对磁导率为不同值时电机转子及定子各部分的温度分布,计算结果表明定子槽楔相对磁导率数值的增加,电机的起动转矩降低,转子铁心涡流损耗逐渐减小,电机定子各部分温度先减小后趋于稳定。     

双水内冷同步调相机定子温度场分析

温度场的研究对双水内冷同步调相机安全运行具有重要的意义。针对双水内冷同步调相机,采用有限元法建立了电磁场二维模型以及流体-温度三维温升计算模型,求取了电机不同运行工况下的电枢电流、励磁电流以及对应的电机定子损耗。在此基础上,根据流体-温度耦合的传热理论,以定子线圈和铁心损耗为热源,求解定子各部分温度分布,研究电枢电流、冷却水流速、冷却水进水温度对定子温升的影响。结果表明,双水内冷同步调相机运行时定子下层线圈温度高于定子上层线圈温度,定子线圈最高温升与电枢电流的二次方呈正比,且其温升与冷却水的流速相关,与进水温度成正比。本文中关于温度场的研究可为大型同步调相机散热结构优化及过载能力分析提供理论参考价值。     

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。     

复合笼条转子感应电动机温度场计算及相关性分析

建立电机定子绕组等效热模型,通过对电机定转子之间气隙热传递关系的确定,给出了定转子之间的热交换问题的解决方法。以此为基础,建立复合笼条转子感应电动机(induction motor with compound cage rotor,IMCCR)电磁场和全域温度场二维有限元模型,通过电磁场与温度场的单向弱耦合,计算电机额定负载和不同负载时电机定转子全域稳态温度场,分析定子绕组温度及转子槽的温度,通过与实验结果的对比,验证了该电机温度场计算模型的合理性以及计算结果的正确性。研究转子槽中使用不同电阻率和磁导率材料时的电机温度场,分析不同材料特性对电机温度场分布的影响,对指导电机的优化设计具有重要意义。     

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。     

全封闭高速永磁电机转子结构对转子散热的影响

为研究转子物理结构对机壳水冷全封闭式高速永磁电机转子散热的影响,以一台15k W、30 000r/min的非晶合金高速永磁电机为例,基于流体力学和传热学理论,建立三维流固耦合共轭传热求解域模型,并给出基本假设与边界条件,采用有限体积法进行流固耦合求解,得到转子有无轴向通风孔和通风孔与风刺相配合时电机内流体流动特性及各部件的温度分布。在此基础上,研究通风孔尺寸、通风孔数量变化对流体场及温度场的影响。计算结果表明,转子引入风刺和通风孔等风压元件可有效提高转子的散热能力,降低永磁体温升。通过增大通风孔尺寸和数量可进一步降低永磁体温升。最后,对一台15k W全封闭式水冷非晶合金永磁电机进行了温升试验,并将试验数据与计算结果进行对比,验证了耦合场计算结果的正确性。     

采煤机电机定子绕组温度分布试验研究

采煤机电机大都采用外壳水冷式结构,而该类型电机内部温度分布很不均匀。根据以往统计分析,定子绕组是发生故障较多的部位,是一个薄弱环节。因此,电机的可靠性问题很大程度上取决于定子绕组的质量。为了保证电机运行及提高它的使用寿命,有必要探索电机定子绕组的温度分布、最热点温度及部位、分析各部位的发热情况及其内在规律。为进一步改善通风散热条件,改进电机结构及冷却方式,改进电磁设计及热计算等问题,提供了实践依据。     

基于场路耦合法的异步牵引电机电磁场分析

随着我国高速铁路的快速发展,对异步牵引电机的运行性能提出了越来越高的要求.为进一步优化异步牵引电机的性能,需要准确计算电机电磁场的分布和特性.采用场路耦合法,在忽略定转子端部对电磁场分布影响的前提下,建立了异步牵引电机电磁场分析的场路耦合模型.基于所建模型,利用Ansys软件对一台3相4极异步牵引电机进行二维电磁场仿真计算,得到电机在不同运行状态的磁力线分布和定子电流.仿真结果与电机的设计数据有很好的一致性,证明所建场路耦合模型的正确性,为异步牵引电机的优化设计提供了理论指导.     

高能量密度水冷电机冷却系统设计与热力计算

针对采煤机用高能量密度电机体积小、功率大、发热严重的特殊结构和应用场所,对该电机冷却系统进行了设计,提出了定子机壳内"S"型水槽的设计观点,并在此基础上运用流体对流换热的相关原理对其进行了热力计算,结果表明该设计方案散热效果良好。     

单相串励电机的三维温度场分析

采用电磁热固耦合有限元法,分析与研究了一台食物搅拌机用单相串励电动机的三维温度场。首先采用电机等效电路和等效磁路确定电机各项性能和热源,并运用传热学原理计算电机热交换的边界条件。然后运用有限元分析软件ANSYS Workbench进行Maxwell和Muliple的耦合分析,得出电机定子铁心、转子绕组随运行时间的温度曲线,曲线符合均质物体发热规律,呈指数规律变化。最后将计算结果与实测值比较,精度满足要求,验证了计算模型及方法的合理性。     

铜转子三相异步电动机温度场流场耦合分析

研发了一台应用在石油顶驱钻井设备的强迫风冷铜转子三相异步电机,首创了无机座设计、定子铁心轭部开通风孔、定子绕组端部环氧树脂密封、采用焊接铜条鼠笼转子等关键技术,满足了电机在频繁起停、过载、盐雾等工况下,对电机温升的苛刻要求。建立了温度场流场流固耦合模型,分析了电机额定负载工况下的各零件稳态温度分布以及瞬态温度随时间变化趋势。仿真计算和温升试验结果表明,沿电机的轴线方向,中后段位置温度较高,没有局部过热点。试验验证了建立的温度场流场耦合模型和仿真结果的合理性,温升满足电机H级要求。在耦合模型的基础上,分析了风道入口压力和定子铁心通风孔径变化对电机温升的影响,为改进电机冷却结构提供理论基础。     

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。     

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。     

三峡水轮发电机全定子非线性热-流体耦合网络模型研究

为了计算水轮发电机水冷定子温度场,提出了基于有限元法计算参数的三峡水轮发电机全定子非线性热-流体耦合网络模型。网络模型中热阻参数均采用有限元法计算发电机三维局部温度模型得到,提高了参数计算准确性。模型计及铜的电阻率和水铜交界面对流换热系数随温度的变化而造成耦合网络方程的非线性。该模型可克服解算定子局部模型时某些边界条件无法确定的问题,同时实现了热网络和流体网络的耦合求解,计算值与实际运行数据基本符合,说明了该模型的正确性和有效性。为研究大型发电机全定子温度场提供了一种新方法。     

基于Ansys的异步牵引电机电磁场分析

随着我国高速铁路的快速发展,对异步牵引电机的运行性能提出了越来越高的要求,为进一步优化异步牵引电机的性能,就需要准确计算异步牵引电机内电磁场的分布和特性.应用场路耦合法,在忽略定转子端部对电磁场分布影响的前提下,建立了异步牵引电机电磁场分析的场路耦合模型.基于所建模型,利用Ansys软件对一台三相4极异步牵引电机进行二维电磁场仿真计算,得到电机在不同运行状态的磁力线分布和定子电流.仿真结果与电机的设计数据有很好的一致性,证明所建场路耦合模型的正确性,为异步牵引电机的优化设计提供了理论性指导.