论文全封闭扇冷式电机三维全域稳态温度场计算是关于本文可作为相关专业温度场论文写作研究的大学硕士与本科毕业论文温度场模拟论文开题报告范文和职称论文参考文献资料。
摘 要：为研究全封闭扇冷式（totally enclosed fancool, TEFC）感应电机额定负载运行时的温度场,以一台55 kW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,进而建立了电机溫度场仿真计算模型,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,将计算结果和实验结果进行对比,验证了计算方法的准确性.
关键词：全封闭扇冷式感应电机；三维温度场；有限元法；数值分析；损耗特性
DOI：10.15938/j.emc.2017.07.000
中图分类号：TM 15
文献标志码：A文章编号：1007-449X（2017）07-0000-07
0引言
TEFC感应电机依靠外部风扇强迫电机表面空气流动进行冷却,因其冷却方法简单、稳定、经济而备受青睐,但是在设计电机时为增大功率密度,均采用较高的电磁负荷,导致电机运行时温升较高.温升是影响电机性能的一个重要因素,关系到电机的出力、效率等指标,同时温升过高易引起运行故障,缩短电机使用寿命,所以TEFC感应电机温度场计算的重要性日益凸显.
国内外已经有专家学者进行了电机温度场的计算及其相关的研究工作＼[1-11＼].但现代电机温度场的数值计算多以大中型电机为研究对象,而和其绕组以线棒形式不同的是,小型电机绕组为散下线形式,使其排列不规则进而导致绕组及其绝缘的模型处理困难、散热系数不易确定.虽然已有文献进行了相关研究,但是模型简化严重并忽略相关因素的影响,使得其计算精度和准确性降低.本文采用等效模型和导热系数的方法对绕组及其绝缘进行处理,并对电机内冷却介质的导热系数进行等效,从而实现确保电机相应结构部位完整情况下的数值计算和分析.
本文以一台Y2-250M-4、55 kW感应电机为研究对象,建立了电机的三维全域稳态温度场模型,采用有限元法对电机额定负载运行时的温度场进行了计算,得到了电机的温升分布特性及相关位置的温升数值,并对样机进行了实验测试.
1电机稳态温度场计算
1.1数学模型
根据传热学的基本理论,在直角坐标系下,电机额定负载运行时,求解域内三维稳态热传导方程＼[12-13＼]有如下形式：
x（λxTx）+y（λyTy）+z（λzTz）等于-q,
-λTn等于α（T-Tf）.（1）
式中：T为温度；λx、λy、λz分别为x、y及z3个方向的导热系数；q为热源密度；n为表面单位法向矢量；α为散热系数；Tf为环境温度.
1.2物理模型
图1为电机结构示意图.电机主要由机壳、定子铁心、转子铁心、绕组、绝缘、导条、端环以及转轴组成.为了简化网格划分,将斜槽等效成直槽建模；对于散下线的定子绕组,导线在槽内的排列不规则,其模型建立按照文献＼[14＼]中的方法进行.
图1电机结构示意图
Fig.1Structural schematic of electrical machine
图2为电机求解模型,其中图2（a）为所建立的比较完整的三维全域物理模型,图2（b）为物理模型内部的具体结构,剖分单元数为856.4万.
图2物理模型及其内部
Fig. hysical model and interior
1.3电机内冷却介质及绝缘热传递关系的处理
在温度场计算时,需要对电机转子进行静止处理.转子的旋转使得电机内的空气产生流动,各部件和空气之间以对流方式进行换热.为简化计算,引入等效导热系数λeff,用静止流体的导热系数描述流动空气的热交换能力,等效导热系数λeff按下述方法求取＼[15＼].
假设定子内表面和转子外表面为光滑圆柱面,则气隙中的雷诺数为
Re等于uδγ.（2）
式中：u为转子表面线速度；δ为气隙长度；γ为空气运动粘度.
并和临界雷诺数进行比较,临界雷诺数为：
Reer等于41.2Riδ.（3）
当Re>Reer时,气隙中的空气流动为紊流,这种状态下,气隙的等效导热系数按下式计算：
λeff等于0.001 9·η-2.908 4·Re0.4614ln（3.333 61η）.（4）
式中：η等于r0/Ri,Ri为定子内径,r0为转子外径.
对于端部气腔内空气的等效导热系数,未有文献提出成熟的方法,故将端部气腔视做放大的气隙,采用上述方法进行计算.
槽内绝缘材料的等效导热系数按下式计算：
λeq等于∑ni等于1δi/（∑ni等于1δi/λi）.（5）
式中：λeq为槽内绝缘材料的等效导热系数；δi（i等于1,2,3,等, n）为各种绝缘材料的等效厚度；λi为各种绝缘材料的平均导热系数.
1.4边界条件
风沟内的空气具有很大的速度,和机壳间为强制对流换热,机壳表面的冷却效果近似用机壳表面散热系数表示,并假定表面光滑；由于电机轴向较短,其空气流速取平均值.机壳表面对流热交换系数α＼[16＼]按下式计算：
α等于9.37+14v0.62.（6）
式中v为风沟内的空气流速.
接线盒部位区域的风速为零,自然对流散热和辐射散热起主要作用,用自然对流散热系数乘以修正系数表征对流和辐射的综合作用效果.
总结:本论文为免费优秀的关于温度场论文范文资料，可用于相关论文写作参考。
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