计及结构特征的TEFC感应电动机温度敏感性研究

为研究小型感应电动机温升分布与其结构特性的数值关系,以一台TEFC(Total enclosed fan-cooled)感应电动机为研究对象,根据流体力学和传热学基本理论,并结合感应电动机定子绕组散下线等结构特点,建立包含离心式风扇及接线盒等结构部件的三维流动与传热耦合数学模型及物理模型,采用有限体积元法,对其三维流体场及温度场进行耦合计算,在利用试验数据佐证本研究精准性的基础上,详细地阐明电动机内部温升随结构特性的敏感性,结果表明,机壳底脚上的横向拉筋对电动机内部的温升分布有着较大的影响,导致与其位置对应的定子绕组存在温升二次升高的现象,同时,转子上具有自力性的风扇对定子绕组端部表现出良好的散热效果,以上结论为中小型电动机的机械结构优化提供了一定参考。     

车用电机冷却系统热仿真及其优化

随着电动汽车驱动电机功率密度不断增加、电机安装位置的狭小,常造成电机工作时内部温升过高。水冷电机的温升不仅取决于电机内部复杂的传热网络,也与冷却介质的流动特性密切相关,而冷却水路结构对于冷却介质的流动特性起关键性作用。针对高功率密度电动车用驱动电机存在严重的温升问题,研究了一种C型环槽水路结构。依据计算流体动力学(CFD)原理,采用有限体积法,对电机水冷系统及电机三维温度场进行了计算分析,得到了水路内流体的流动特性和电机温度场分布。研究表明:在该种水路结构下,各水路支路间流场分布均匀,水路与机壳的耦合传热性能匹配良好。     

新型板式换热器导流区特性的数值模拟及场协同分析

增大总传热系数和减小压降是当前研究改善板式换热器性能主要关注的两个方向。为分析导流区结构对板式换热器传热、压降以及场协同关系的影响效果,建立两种板式换热器计算模型。利用计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)软件对两种板式换热器模型内流体不同工况下的流动和传热特性进行数值模拟,对比分析了两种模型流道内的速度场、温度场和压力场以及各场间协同性,并利用强化换热综合性能指数(Performance evaluation criteria,PEC)进行评价。结果表明:新型导流区使板式换热器板间流体的速度场与温度场分布更均匀,压降阻力减少,其综合性能更优。同时,场协同理论分析也表明,新型导流区改善了速度与压力场的协同关系。该新型板式换热器导流区设计对于提高板式换热器性能具有指导意义。     

牵引电机冷却系统流固耦合传热分析

牵引电机功率大、损耗大、散热空间小,保证其良好的冷却散热性能是车辆安全运行的重要保障。建立牵引电机冷却系统流固耦合传热仿真模型,结合牵引电机冷却水道评价指标,分析冷却系统流体场与固体场相互耦合的传热过程,分析冷却系统流场对电机内部温度场的影响,研究冷却液、电机损耗、入口温度、水道宽度等对温度场的影响。结果可知:冷却液流量的增大可以有效降低电机温升,电机绕组损耗对电机温升的影响远大于电机定子损耗对电机温升的影响;水道宽度在18mm时冷却结果最优。搭建牵引电机温升试验平台,分析电机损耗、电机内温度、冷却系统的温度等,获得冷却系统对牵引电机温升的影响规律,并与模拟值进行对比,从而验证了仿真模拟的准确性,分析结果可以作为设计参考的依据。     

电动汽车轮毂电机磁—热双向耦合研究

针对电动汽车轮毂电机热负荷大、温升显著等问题,对轮毂电机的电磁场和温度场进行了仿真研究。首先,建立了表贴式外转子轮毂电机的几何模型;基于电磁场有限元模型和等效热网络模型,采用电磁—热双向耦合,实现了两物理场间损耗与温度数据的交换,准确计算出了电机损耗和温升数值;通过损耗和机壳的温升试验值,验证了电磁—热双向耦合仿真结果的合理性;采用该方法参数化分析了轮毂电机的结构。研究结果表明:气隙长度增加,定子铁心和绕组温度均随之上升;随着定子槽深度的增加,定子铁芯的温度呈先上升后下降的趋势。     

高速角接触球轴承油气润滑温升特性研究

油气润滑系统广泛应用于高速滚动轴承,油气润滑条件下轴承温升特性与温度场分布是影响轴承极限转速与动态工作稳定性的重要因素.基于高速滚动轴承摩擦学与两相流理论,以角接触球轴承为研究对象,建立了油气润滑条件下轴承与流体域之间的流固耦合模型.利用流体仿真软件Fluent对油气润滑条件下高速角接触球轴承与流体之间的传热方式及温度场分布进行了数值模拟分析,得到了轴承与轴承腔体的温度场分布.并进一步研究了供油量、润滑油粘度、轴承转速和载荷对轴承温升的影响,得到了油气润滑参数等与轴承温度场热平衡之间的关系.结果 表明:轴承转速与径向载荷是影响高速滚动轴承生热量与温升的主要因素,轴承内部温度场分布不均匀,对于特定工况存在最佳供油量与润滑油黏度使轴承温升最小.     

基于多场耦合的电机复杂工况暂态温度场研究

针对负载变化的复杂工况下电机暂态温度场的计算问题,以小型封闭式结构的异步电机为对象,采用多场耦合的方法建立二维多场耦合模型,通过电磁场、温度场模型等效参数的合理设置和电磁场-温度场耦合参数的合理设置,计算复杂工况下电机二维全域暂态温度场。结合各种复杂工况下负载变化的热积累特点,以及电机全域及定子、绕组、转子和外壳等典型部位的温升变化,分析各种复杂工况下电机温升变化规律。通过搭建实验平台测试全域暂态温度场,分析对比实验数据与仿真数据,证明通过合理设置模型等效参数和耦合参数,多场耦合方法能准确的计算复杂发热状况下的电机暂态温度场、温升分布及变化规律。     

三相异步电机定子与机壳温度的影响因素研究

以Y100L-2型三相异步电机为研究对象,建立了电机定子铁心二维传热模型,通过计算得到电机定子温升与机壳温升的变化规律.讨论了环境温度,电机负荷对电机温升的影响,得出了随着电机负荷和环境温度的增加,定子最高温度随之增大,以及机壳到定子之间的温升随环境温度变化非常小等结论.     

超声波电动机胶粘技术及其对定子特性的影响

针对行波型超声波电动机定子压电陶瓷(Piezoelectric,PZT)的胶粘问题,通过对定子的机电耦合效应有限元动力学模型的分析与计算,研究了胶粘层材料特性、厚度对超声波电动机定子振动特性的影响。重点分析不同激励条件下定子边缘缺胶和夹有气泡对胶层的抗剪切能力和定子振动特性的影响;分别从改进电动机定子结构和PZT粘结工艺方面探讨了提高胶粘层抗剪切能力的措施,确定了胶层最佳参数和电动机定子胶粘工艺及结构优化设计思想。结果表明：胶层厚度对电动机定子频率影响不大,但对其振动特性的影响较大,在保证可靠的粘结强度下降低胶层厚度有利于提高电动机性能。基于该工艺和设计思想研制的直径80 mm行波型超声波电动机性能稳定,堵转力矩达到1.2 N·m,空载转速80 r/min,研究结果有助于超声波电动机的产业化。     

兆瓦级永磁同步发电机温升的数值计算研究

针对兆瓦级永磁同步发电机设计中采用温度敏感性永磁材料的温升控制,基于等效热路法和温度场法,根据永磁同步发电机的等效热路图计算了其内部温升。重点研究了以电机内温升为边界条件的定子端面温度场的数学模型,采用有限差分法求解温度场模型,得到了电机定子端面的热导矩阵;通过Jacobi迭代,得到电机内冷却空气进、出口处的定子端面温度场。数值计算的结果表明,冷却空气出口处定子端面温度场的温度梯度明显高于冷却空气的入口端,其温度极值低于牌号N42SH的钕铁硼永磁材料最高工作温度,定子内绕组最高温升亦低于F级绝缘电机的温升限值。研究结果对兆瓦级永磁同步发电机的设计、样机试验提供了理论依据。     

异步电动机定子温度分布虚拟测试研究

异步电动机定子温度分布研究是异步电动机可靠运行的重要保证.鉴于实际测试的问题与难度,提出基于异步电动机三维温度场仿真模型的定子温度分布虚拟测试的新思路,建立了异步电动机定子温度分布虚拟测试系统.该虚拟测试系统采用参数化设计,只需简单修改电机的参数就可用于不同规格电机的虚拟测试.可实现包括故障在内的各种运行状态下电机稳态温度分布及瞬态温度变化的虚拟测量,可以给出不同时刻电机内部任意位置的温度值及各部位的温度分布图.实际测试结果表明,该虚拟测试系统具有较高的准确性.     

感应电动机定子磁场定向直接转矩控制中定子电阻自适应估计方法

定子磁链定向的直接转矩控制技术逐渐被广泛应用于高性能异步电动机调速系统。而在低速运行阶段,由于定子电阻参数的变化,传统的磁场定向控制性能往往很差。基于此,利用波波夫超稳定理论提出了基于定子电流的参考模型自适应系统,通过定子电流反馈构成了对电动机参数进行闭环估计,不仅考虑了定子电阻与电动机转速变化参数,而且还考虑了电动机的转子电阻变化参数,进而加速了估计过程的收敛速度,提高了定子电阻及转速估计的精度。在此基础上,提出定子电阻整定的定子磁链估计方法,并建立一个定子磁场定向直接转矩控制的仿真系统。仿真结果进一步验证了其有效性。     

基于Matlab/Simulink的车用磁流变液制动器设计与仿真

设计了一种汽车轮内叶轮式磁流变液制动器,根据磁流变液在强磁场下的流变特性,推导出该制动器的制动力矩计算方法,并在Matlab/Simulink环境下建立仿真模型,分析了制动器结构参数对制动力矩的影响。所设计的汽车磁流变液制动器能够满足一般小型汽车的制动力矩需求。     

基于ANSYS的轴向柱塞液压电机泵电磁场数值计算与分析

提出了一种新型轴向柱塞液压电机泵,简要介绍了其结构组成和工作原理。应用ANSYS/Emag模块对带有不同冷却流道的三种电机泵的定子模型对应的空载电磁场进行了数值计算。通过对计算结果进一步的分析和计算得到了电机泵电磁场的分布及油隙磁感应强度,并进行了对比分析。研究表明,带有12个条形冷却流道的定子结构的磁感应强度最大,带有24个圆形冷却流道的定子磁感应强度最低,带有8个条形冷却流道的定子结构的磁感应强度介于上述两种之间。所作研究为新型轴向柱塞液压电机泵定子的结构设计和优化提供了依据。     

单框架磁悬浮控制力矩陀螺的损耗计算及热-结构耦合分析

为了明确由损耗导致航天器应用中的磁悬浮控制力矩陀螺温升问题,需要对损耗和温度分布进行分析计算。本文针对额定转速12 000 r/m,最大角动量200 N·m·s的单框架磁悬浮控制力矩陀螺,通过建立理论模型进行分析计算,得到了框架力矩电机、径向磁轴承、轴向磁轴承和转子高速电机的铁损以及铜损;对陀螺三维有限元模型进行了热场仿真分析,得到在各类损耗影响下的温度分布,并进行了热-结构耦合仿真分析。分析得到最大温度位于高速电机定子,最大温度是48.3℃;最后,进行了样机温升实验验证,检测温度最大值位于高速电机定子,最大值为51.8℃,与计算值误差为6.8%。通过温升检测实验验证了损耗计算和有限元热场分析。实验结论为整体结构优化提供了理论参考。     

基于前馈补偿的效率优化异步电机直接转矩控制

针对异步电机在轻载和高速运行时效率低的问题,提出了一种异步电机直接转矩控制技术的效率优化算法。建立了基于定子磁场定向下旋转坐标系的电机损耗模型,分析了电机损耗与转矩、转速与定子磁链的关系,从而导出稳态时最优的定子磁链幅值,实现电机在不同工况下以最优效率运行。为解决最优磁链计算模块引入后电机控制系统动态响应慢的问题,将伺服电机控制中常用的前馈补偿与速度外环PI调节器相结合,来提高效率优化算法引入后系统的动态性能。     

异步电动机定子温度场仿真研究

通过对异步电机定子结构分析,建立了一个简化的物理模型;针对建立的模型,确定了其边界条件,并根据计算传热学的相关知识,对其进行了温度场的仿真计算,根据仿真结果,对异步电机内部温度场进行分析,发现定子绕组温度最高,在电机设计和使用过程中应对其进行分析和监测.     

牵引电机温升特性分析

牵引电机温升特性是一个较复杂的过程,一般工程上简化分析为部件建模法,根据各部件的性能参数,间接的模拟牵引电机内温度场分布。温升过高或过低均会引起牵引电机的不正常工作,导致牵引电机使用寿命下降。系统的阐述了牵引电机温升特性,为生产实际提供一定的参考基础。