双余度永磁同步电机温度场分析

介绍了一种各相绕组间低热耦合无电磁耦合双余度永磁同步电机.通过二维电磁场有限元分析,得到了电机定子绕组铜耗,定子铁心大齿、小齿和轭部铁耗,以及永磁体和护套的涡流损耗,计算出它们的生热率.根据传热学理论,确定了电机各部件的导热系数和表面传热系数,并对定子绕组线圈进行了精细化建模,建立了电机三维温度场模型,通过有限元分析得到了额定工况下电机的三维全域稳态温度分布结果.当一套绕组发生单相短路故障另一套绕组单独工作时,故障相绕组和工作绕组最高温度相差7.1,℃,说明相绕组间热耦合较低;当两套绕组同时工作时,机壳表面最高温度的分析结果和实验结果误差为4.5%,,验证了分析方法的有效性.     

基于旋转弱耦合与强耦合计算方法的大型汽轮发电机转子流体场与温度场研究

针对大型空冷汽轮发电机转子旋转状态下,转子内部流体流量和转子线圈温度难以准确测量的问题,对转子内部流体流动规律和温度分布进行了流体场和温度场研究.以一台100MW空冷汽轮发电机为例,建立了三维流体与传热耦合计算模型.基于旋转弱耦合与旋转强耦合两种有限元计算方法,对该发电机的转子进行流体场和温度场计算.弱耦合计算方法主要根据流体流动的伯努利方程与计算流体力学相关方程联合求解,强耦合计算方法主要通过计算旋转流体力学方程求解.研究了转子额定励磁电流,转速3 000r/min时,转子内部通风道流体温度与转子绕组温度的相互关系.并将两种计算方法对同一转子的流体流量和线圈温升结果做了对比分析,最后将两种计算方法所得的转子线圈温度计算结果与试验实测结果对比.结果表明:弱耦合计算方法与实测值误差为4.6%,强耦合计算方法与实测值误差为2.6%,两种计算方法均能满足工程计算的误差要求,旋转强耦合计算方法计算精度高于旋转弱耦合计算方法.     

水泥回转窑物料流动与传热特性数值模拟

针对回转窑煤粉燃烧过程中物料运动和传热特性难以仿真分析的问题,将回转窑看作是由高温烟气流域和物料流域组成且相互耦合的计算域。在壁面传热的基础上,利用热传导方程描述不同区域物料经窑壁向外散热的热流密度,并提出一种带传热补偿的物料和高温烟气的换热模型。采用此模型数值模拟回转窑内的煤粉燃烧、物料流动和烧结等,研究不同工况下物料流动和温度分布情况。研究结果表明:所建模型可以较准确地反映物料在回转窑内的传热和运动情况;回转窑转速的升高会增大物料沿轴向运动的加速度;增加回转窑内物料流量会降低物料温度,并加剧物料表层和内部的温度差;物料填充率的增加会扩大外回流区的范围,升高冷却带的温度;当物料填充率达到12%时会引发康达效应,使回转窑火焰在靠近物料区域向物料方向发生偏移。     

大型永磁同步电机内外双循环强化散热性能模拟

针对高铁大型永磁同步牵引电机转子区域散热困难、内部温升分布不均匀的问题,在机壳水冷电机结构基础上的定子铁芯外表面处增设轴向矩形风道,并结合气隙、转子减重孔形成内外双循环散热结构,探究降低定子、绕组部位温升和提升电机内部散热均匀性的影响规律.首先通过Ansoft Maxwell平台仿真得到双循环散热结构在额定工况下各部件损耗值,同时为了更好模拟转子旋转带动气隙中的空气流动,对气隙进行分层处理,采用流-固耦合的有限元分析法模拟研究单、双循环散热结构下电机内部空气流动特性以及温升规律.结果表明,内循环风冷结构使电机内部空气流速显著提高,表面平均换热系数也显著提升,转子区域的热量会随着空气的流动更多地传给温度相对较低的定子区域及机壳,同时减少热量向转子部位传递,从而使转子和永磁体的温升降低.在此基础上,采用正交分析法对矩形通风孔的截面积、数量、高宽比进行结构参数优化,并采用温升分布均匀性系数对电机进行温升评价,得到最优方案下电机最高温升相比单循环散热结构降低12.1K,电机整体温升分布均匀性提升16.54%.     

刷式密封传热特性研究

采用求解Non-Darcian多孔介质模型的完全雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程和能量方程的方法,在考虑刷丝束内部空隙、安装角和转轴旋转效应下,数值研究了刷式密封的几何结构参数,即刷丝束厚度、干涉量,以及刷式密封的运行工况参数,即转速和压差等,对单级刷式密封传热特性的影响规律,刷丝束多孔介质的内部阻力系数是利用Eugrn方程推导并经过实验数据校准确定的.研究结果表明:刷丝束厚度内的温度沿轴向近似均匀分布,刷丝束围栏高度区域内的温度沿径向呈指数迅速下降;随着压差的增大,温度下降更加集中在刷丝束围栏高度区域内;随着热流量增加,最高温度呈指数迅速升高;随着刷丝束厚度增加,泄漏量减少,最高温度升高;随着转速提高和刷丝束与转轴间的干涉量增大,最高温度升高.     

定子铁心采用非晶与硅钢的电动汽车用永磁同步电机温度场分析

永磁同步电动机因具有功率密度高,噪声低及效率高等优点在电动汽车中占据了较大的市场份额.将低铁损的非晶材料应用于定子铁心时可使电机效率进一步提升,但高功率密度伴随而来电机发热问题不可忽视.通过对两台相同结构,定子铁心分别采用硅钢和非晶的永磁同步电机进行电热耦合数值分析,对比研究两台电机在额定工况和峰值工况以及高转速下的温度场分布特性.结果表明,在额定转速下非晶电机温升高于硅钢电机,但高速下硅钢电机温升远高于非晶电机.最后对两台样机进行温升实验,将电热耦合结果与实验数据进行对比.     

离心压缩机轴承总成气相流动与温度场特性

基于高速运转过程中的离心压缩机轴承总成腔体内部摩擦产生大量的热导致流场内部温度过高的问题,本文对离心压缩机滚动轴承总成中的制冷剂气体流动和换热特性进行了研究。以6009深沟球轴承组为对象,建立了轴承总成内腔的数值分析模型。分析了轴承运动对流场内部气相流动的影响,并对比不同转速下内部温度场情况,揭示了转速对轴承总成腔内的传热特性的影响。结果表明：轴承旋转引起了旋转流,所带来的能力增加了流速,且使轴承总成内部的压力升高;随着转速的增大,流场的流速随之增加,轴承腔内的温度会有一定程度的降低,但转速继续升高,摩擦损耗急剧增加,产生的热量大于气体的换热能力,温度随之升高,最终得出较好的散热工况下的转速。     

AZ4903光刻胶在微电机定子绕组制作中的应用

为满足电磁型平面微电机对定子绕组线圈的高深宽比及厚度要求,提出一种利用AZ4903光刻胶制作电磁平面微电机定子绕组的方法。通过反复摸索,得到了该光刻胶的较理想的转速胶膜厚度、前烘时间温度的关系曲线及合适的曝光、显影时间。制作出了厚度为40μm、陡直度良好的定子绕组线圈。把利用该工艺制作的定子绕组和转子装配后形成了微电机,通过对该电机转速和输出力矩的测试结果表明,电机运转平稳、力矩波动小。     

基于NEDC工况的电动汽车驱动电机温度场分析

文章围绕一台额定功率为15kW的电动汽车驱动电机,基于传热理论建立其三维温度场求解域模型;通过有限元仿真分析,得到了电机工作在额定工况下的温度分布,并对电机运行NEDC循环工况下的温度场进行仿真分析;近似模拟了车辆行驶过程中的电机实时温升;最后搭建了电机温升试验平台,对电机温升仿真值与实验值进行对比分析,结果表明误差不超过5%,验证了该文仿真的准确性。     

旋转叶轮式内燃机内部流动初步分析

为对旋转叶轮式内燃机内部流动进行分析,在额定转速下,对旋转叶轮式内燃机的排气、进气以及压缩过程进行数值模拟,探究进气参数变化对燃烧室冷态流场的影响.对旋转叶轮式内燃机工作过程的分析发现:在进排气过程中,燃烧室内存在涡流,气体流动复杂,平均压强先减小后增大.在压缩过程中,燃烧室内平均压强逐渐升高,气体流动稳定.对于进气角度来说,进气角为0°时,利于进排气过程进行.进气温度和进气压力越大,燃烧室内气体运动越复杂.     

空冷水轮发电机定子冷却结构设计与分析

为改善空冷水轮发电机的通风冷却效果,研究了电机定子冷却结构的设计与性能分析方法。以一台250 MW空冷水轮发电机为例,考虑定子绕组换位、槽钢、槽楔形状和各通风沟间的相互影响等因素,构建了定子流固耦合的物理模型和数学模型;采用数值法计算了每根股线的损耗;基于流体传热理论和定子温升特点,通过改变电机内定子铁心和通风沟的结构尺寸,提出了3种定子冷却结构;对比不同结构下求解区域内流体场和温度场,给出了电机定子最优的冷却结构。最后,通过实验对建模的准确性和方法的可行性进行验证,结果表明,相比通风沟轴向长度,铁心段轴向长度对定子槽内绕组温升影响更大,合理调整电机定子通风沟和铁心段的数量和轴向长度,可有效降低槽内换位绕组的最高温度。     

软磁复合材料球形感应电机定子磁场分析

球形感应电机转子结构简单,均匀球体各方向的转动惯量相同,有助于减小电机多自由度运动时的转速波动,减小控制系统的设计难度．软磁复合材料(SMC)具有损耗小、适用于三维磁路设计、易于加工且成本较低的优越性．针对一种SMC材料的球形感应电机研究了其定子磁场的分析方法,首先,根据SMC球形感应电机定子线圈排布方式在空间中的对称性,提出了一种由单组线圈磁场综合球形感应电机整体磁场的研究策略,通过分析单组线圈通电磁场的等效磁路验证了该研究策略的可行性;其次,将球形感应电机单组线圈三维磁场简化为单组线圈二维磁场模型,进而建立了二维模型的等效磁网络模型并求解了气隙磁密分布,通过球谐波系数(SHC)的旋转变换获得了球形感应电机整体定子磁场;结合有限元仿真分析了等效磁网络模型同单组线圈三维磁场和单组线圈二维磁场的相对误差,相对误差的平均值分别为13.34%和18.53%,在气隙磁密较大的区间内,三者的相对误差最大不超过4.50%,从而验证了等效磁网络模型求取气隙磁密的正确性;最后,搭建了样机的软硬件实验平台,获得了不同工况下样机的气隙磁密数据．实验结果表明,样机的磁场特性与理论分析基本一致,验证了所提出的...     

定子磁链全阶观测器增益矩阵的确定方法

为了提高异步电机定子磁链观测精度,减小观测误差受其运行过程中温度、频率和磁路等因素的影响,使用定子磁链全阶观测器观测定子磁链.利用静止坐标系下的异步电机数学模型,分析当电机参数改变时,高速运行状态下定子磁链观测器u-i模型和低速运行状态下i-n模型的观测误差变化情况,然后给出定子磁链全阶观测器增益矩阵的确定方法.在Matlab/Simulink仿真环境下,进行了仿真验证.研究结果表明:定子磁链观测精度主要是随着电机在运行过程中转速和转矩的变化而变化;采用此方法在保证观测器稳定的前提下,依据不同的转速区间,选择合适的观测器极点配置,可以提高异步电机全速运行状态下定子磁链的观测精度;采用此方法有效地提高了全速范围内定子磁链的观测精度,并且实现简单.     

全封闭R32滚动活塞压缩机的热分析

利用计算流体动力学软件对全封闭R32滚动活塞压缩机壳体、泵体零件、电机、制冷剂及润滑油的导热与对流换热进行了数值模拟。采用流固耦合传热分析法,将相接触的流体域和固体域进行整体计算,并在房间空调器压缩机高效工况以及ARI和ASHRAE/T1工况下测量了压缩机内部气缸、油池、电机及气体的温度。结果表明:计算与实验结果吻合较好;在气缸侧面润滑油温降较大,在气缸下部润滑油温度场较为均匀;气缸内表面温度沿周向从吸气孔到排气侧逐渐升高;电机绕组温度高于铁心温度,3种工况下定子绕组顶部温度均最高,分别为94.0、119.2、136.9℃;ASHRAE/T1工况下定子绕组温度已超过电机常用B级绝缘所要求的130℃,此时应采取措施降低压缩机的排气温度。该结果可为R32压缩机及其系统的研制提供参考。     

一种永磁多维球形步进电机稳定位置计算

文章对一种新型的永磁球形步进电机进行了模型简化;同时应用功能原理对简化模型进行分析,通过瞎子爬山法对该球形电机在不同定子线圈通电策略下转子球稳定位置的情况进行了仿真计算,为电机起动状况控制及电机旋转控制策略的研究奠定了基础。     

柴油机水冷中冷器冷却性能仿真与试验

为了研究增压空气和冷却液对中冷器散热性能的影响及阻力特性,采用流-固耦合传热模型和换热器模型,对重型柴油机水冷中冷器内部流场和温度场进行三维数值模拟,分析中冷器内部流动阻力损失和传热性能,并通过台架试验对仿真结果进行验证。研究结果表明:进气口处空气回流较大,增加了空气流动的阻力和流动不均匀性;增压空气流量越大,冷却效率越高;空气出口温度控制在30~40℃,散热效果较好,满足使用要求;冷却液温度对中冷器冷却性能影响较大,温度每升高10℃,换热效率降低5%~10%。     

饱和多孔介质自然对流模型与实验

以饱和多孔介质内流体流动、流体和固体传热为研究对象,考虑流体密度随温度变化,局部热平衡,引入Brinkman-Forchheimer的扩展Darcy模型进行修正,建立固体随机堆积饱和多孔介质自然对流数值模型,采用有限体积法计算.利用自主研制的两侧恒温差立方体多孔介质实验台,对数值模型进行实验验证.综合数值计算和实验结果表明:腔体内最大流速随温差和瑞利数Ra增大而增大,且最大流速出现在高低温壁面附近;随着Ra增大,温度等值线由近似于平行于高低温壁面变为近似垂直于高低温壁面;高温壁面上Nu从上至下呈线性增加趋势;高温壁面Nu随Ra增大而增大,当Ra102时,Nu维持在12以内;当102Ra106,Nu增加迅速,由11.4增加到276.4;当Ra106,Nu增加速率很小.     

求解滑移流区外掠圆柱体气流流动与传热特性的数值模型

为了更精确地求解滑移流区稀薄气体外掠圆柱体流动与传热问题,基于有限容积法的ANSYS FLUENT平台提出了一种滑移边界修正的数值模型,该模型考虑了完整的一阶速度滑移和温度跳跃,其中一阶速度滑移包括了轴向温度引起的热蠕动影响和壁面曲率影响。将模型计算值与实验数据进行了充分对比,结果表明:当气体流动处于连续流区时,滑移边界修正模型与无滑移边界直接模拟计算误差很小;当气体流态处于滑移流区时,采用滑移边界修正模型可实现对该流态气体流动与传热的精确预示(相对误差在±2.5%);稀薄效应对低压气体外掠圆柱体的流动特性影响显著,随着克努森数增加,最大无量纲滑移速度呈线性增加,而最大表面摩擦系数呈线性降低。本文方法可广泛应用于工程之中,以探索低压气体的换热机理,为研究稀薄气体滑移流区流动与传热问题提供了一种有效的数值计算方法。     

求解滑移流区外掠圆柱体气流流动与传热特性的数值模型

为了更精确地求解滑移流区稀薄气体外掠圆柱体流动与传热问题,基于有限容积法的ANSYS FLUENT平台提出了一种滑移边界修正的数值模型,该模型考虑了完整的一阶速度滑移和温度跳跃,其中一阶速度滑移包括了轴向温度引起的热蠕动影响和壁面曲率影响。将模型计算值与实验数据进行了充分对比,结果表明:当气体流动处于连续流区时,滑移边界修正模型与无滑移边界直接模拟计算误差很小;当气体流态处于滑移流区时,采用滑移边界修正模型可实现对该流态气体流动与传热的精确预示(相对误差在±2.5%);稀薄效应对低压气体外掠圆柱体的流动特性影响显著,随着克努森数增加,最大无量纲滑移速度呈线性增加,而最大表面摩擦系数呈线性降低。本文方法可广泛应用于工程之中,以探索低压气体的换热机理,为研究稀薄气体滑移流区流动与传热问题提供了一种有效的数值计算方法。     

求解滑移流区外掠圆柱体气流流动与传热特性的数值模型

为了更精确地求解滑移流区稀薄气体外掠圆柱体流动与传热问题,基于有限容积法的ANSYS FLUENT平台提出了一种滑移边界修正的数值模型,该模型考虑了完整的一阶速度滑移和温度跳跃,其中一阶速度滑移包括了轴向温度引起的热蠕动影响和壁面曲率影响。将模型计算值与实验数据进行了充分对比,结果表明:当气体流动处于连续流区时,滑移边界修正模型与无滑移边界直接模拟计算误差很小;当气体流态处于滑移流区时,采用滑移边界修正模型可实现对该流态气体流动与传热的精确预示(相对误差在±2.5%);稀薄效应对低压气体外掠圆柱体的流动特性影响显著,随着克努森数增加,最大无量纲滑移速度呈线性增加,而最大表面摩擦系数呈线性降低。本文方法可广泛应用于工程之中,以探索低压气体的换热机理,为研究稀薄气体滑移流区流动与传热问题提供了一种有效的数值计算方法。