基于热电耦合的双馈发电机集电环系统三维温度场研究

提出"集电环温度交通灯"的概念,集电环温度设计应遵守"温度交通灯"法则;建立了基于热电直接耦合的双馈发电机集电环(DFGS)系统仿真模型,利用有限元软件对DFGS系统进行三维瞬态温度场仿真计算,得到了DFGS系统的温度场分布规律;采用红外热成像仪进行DFGS系统的温度红外云图试验测试,试验结果与仿真结果非常吻合,为DFGS系统的温度场优化及故障诊断提供了参考指导。     

10kV交流XLPE电缆熔接头的直流电场仿真分析

为了研究具有不同电气性能的熔接头在直流下运行的电场分布,本文以10 kV交流交联聚乙烯(XLPE)电缆熔接头为例,通过有限元仿真软件建立熔接头电场和温度场耦合仿真模型,得到了当恢复绝缘且具有不同直流电导率时熔接头的直流电场分布.结果表明:当恢复绝缘的直流电导率大于本体绝缘时,熔接头直流运行时的最大场强位于反应力锥处.随着绝缘温差的增大,反应力锥场强逐渐减小而应力锥场强逐渐增大.反应力锥坡度越小,其电场强度越大,但熔接头恢复绝缘与本体绝缘的结合性更好.     

混合定子铁心再制造电机三维温度场分析

针对混合定子铁心再制造电机的温度场计算问题,依据热传导及有限元理论方法,采用等效热网路法和有限元仿真法计算了再制造电机的三维温度场。分析了混合定子铁心磁密轴向分布情况,提出一种混合定子铁心铁耗的精确计算方法,计算得到混合定子不同材料段铁耗;建立了混合定子铁心再制造电机热网络模型,利用等效热网络法计算得到节点温度;计算了混合定子铁心轴向生热率,利用定子铁心按损耗分布加载的精确温度场仿真方法对再制造电机和原电机的温度场分布进行研究,得到了再制造电机的温度分布规律,并分析了原因。制造了混合定子铁心再制造电机样机并进行了温升实验,验证了计算结果的正确性。     

航空电机及控制器的温度场仿真分析

对一种航空用高功率密度无刷直流电机,建立电机和控制器一体的三维热仿真模型。根据电机系统内部热交换及传热学相关理论,确定系统内散热系数与热边界条件,利用有限元分析软件ANSYS Workbench对建立的热仿真模型进行温度场仿真与分析,得到了不同环境温度变化情况下电机和控制器的温度场分布和温度对时间变化的曲线。经与试验得到数据进行对比分析,验证了仿真的准确性。这对电机和控制器的设计与温度场计算提供了依据。     

车用油冷电机温度场分析

为研究车用油冷电机的温度场,以一台额定功率为50 k W的车用油冷电机为例,基于计算流体力学(CFD)方法建立了电机热仿真模型;通过有限元软件仿真得到了额定工况下的电机内部温度分布规律;搭建电机温升实验平台验证仿真结果的准确性并通过合理设置流体域导热系数方法修正热仿真模型,修正后的温度场仿真结果与实验结果相比误差较小。     

大功率直流接触器温度场仿真及影响因素分析

对大功率直流接触器的温度场进行了三维有限元热-电耦合仿真.在建立热分析模型时通过热源等效处理,综合考虑了动、静触头间接触电阻和电磁系统中线圈的发热对接触器温升的影响.在仿真中基于热相似理论计算了接触器各向表面的对流散热系数,考虑了连接铜板对散热的影响,并利用试验对仿真结果进行了验证.基于该模型,进一步研究了接触压力、接触墩外露表面的散热面积、外壳的厚度和材料、连杆材料对接触器温度场分布和触头温升的影响规律,并利用数据拟合得到了触头温升与接触压力的函数关系,为接触器的性能改进和提升提供了理论依据.该研究成果也适用于其他同种类型的开关电器.     

基于热分析的活塞头部设计规律及优化

为了得到某柴油机活塞工作过程中温度场分布,并对活塞结构提出改进。建立了活塞的模型,通过修改模型的火力岸高度,对这些模型进行了温度场模拟及热应力分析;提出了在活塞顶部开积炭槽的结构,并进一步讨论了不同结构积炭槽对温度场的影响。得到了工作状态下各种结构活塞温度场沿其轴向和径向的分布规律,年得出该活塞处于超负荷工作状态及改进后的结构可以改善活塞温度分布的结论。     

交流电磁阀三维温度特性仿真分析

电磁阀是一种常用的电磁电器,对其电磁机构的电磁场和温度场进行分析,对提高电磁阀各项性能指标很有帮助。提出了通过电磁热耦合的方式计算交流电磁阀稳定温度的思路,建立了交流电磁阀三维有限元模型,由电磁场仿真计算得到电磁机构各部件功率损耗,再由热场仿真模型计算电磁机构的温度场分布,通过实验验证了仿真模型的有效性。同时,分析了匝数、线径、磁轭厚度、包封层厚度、材料特性等参数对电磁阀温度分布的影响,为电磁阀优化设计提供了参考。     

基于磁场-流场-温度场耦合的GIS母线热分析

GIS(气体绝缘组合电器)母线的温升和散热性能是影响其工作稳定性的重要因素之一。基于磁场-流场-温度场耦合的有限元方法分析了GIS母线温度场,通过计算145 k V GIS三相母线的涡流场分布,得到母线导体和外壳的功率损耗,建立流场以及温度场有限元分析模型,将功率损耗作为母线体积热源耦合到温度场模型中,计算母线温度场,将仿真数据与试验数据进行对比,验证了温度场计算结果的正确性。实践证明,该有限元分析方法对GIS母线产品设计具有一定参考价值。     

配电室温度场与湿度场的建模与仿真分析

考虑到变电站配电室内配电设备对环境温度和湿度有较严苛要求,因此有必要研究配电室内温度和湿度分布规律,有助于提高配电设备可靠性。按照与温度计算有关的能量传递方程和与湿度计算有关的气体扩散方程,由理论计算公式分析可知直接计算涉及多变量的耦合,求解难度大。本文采用有限元分析软件ANSYS对配电室的温度场和湿度场进行仿真计算,首先根据实际的典型配电室建立仿真计算模型,并高精度划分有限元网格。其次根据现场运行情况整定计算仿真需要的计算参数,利用仿真计算模型得到了室内温度场和湿度场的水平面分布情况。通过改变风机流量,分析了风机流量变化对配电柜内部温度的影响效果,总结了配电室内温度场与湿度场的分布规律。     

基于有限元温度场仿真的排管敷设电缆及新增电缆的位置优化

电缆排管敷设设计之初就考虑到了通过增加电缆回路满足后期增容要求。电缆原始及新增位置不同时,断面温度场和载流量也不同,故有必要对电缆原始及新增位置进行优化。以3×4排管敷设配电电缆为例,建立温度场有限元模型,对比温升试验与有限元计算结果,验证了有限元模型的有效性;基于该模型,在各回路加载相同电流前提下,以发热最严重电缆线芯温度最低为依据,对原始6回路及新增1回路进行位置优化。仿真研究表明,电缆分布越分散温度场分布越均匀,发热最严重电缆线芯温度越低;最优新增电缆位置与原电缆位置有关,因而建议在电缆位置优化时应考虑后期电缆回路的增加。     

低压开关电器主电路温度场的有限元分析

基于有限元软件Ansys的热电耦合功能,采用导电桥模型模拟触头间电流收缩和焦耳发热,对某型低压开关电器样机的主电路进行了稳态温度场仿真计算,并通过试验验证了模型的准确性。在稳态温度场分析模型基础上,建立了开关电器瞬态温度场分析模型。使用瞬态热分析模型,对其在承受短时大电流情况下的温度分布进行了仿真,给出了判断触头静熔焊的依据,并分析了开关电器的热稳定性。仿真结果对低压开关结构优化设计提供了参考。     

车用永磁同步电机极限变工况温升特性

为了研究电动汽车在极限行驶时,车用永磁同步电机的温度分布和变化规律,提出一种极限变工况的概念。建立了电机全域温度场计算模型,采用有限元法计算了该电机在单工况下的三维温度场,并通过与台架试验数据对比,验证了仿真模型和计算结果的准确性;再对样机在极限变工况下运行时进行温度场仿真计算,得到了电机在极限变工况下的温升特性。     

Simulation of one-sided heating of boiler unit membrane-type water walls

This study describes the results of simulation of the temperature field and the stress-strain state of membrane-type gastight water walls of boiler units using the finite element method. The methods of analytical and standard calculation of one-sided heating of fin-tube water walls by a radiative heat flux are analyzed. The methods and software for input data calculation in the finite-element simulation, including thermoelastic moments in welded panels that result from their one-sided heating, are proposed. The method and software modules are used for water wall simulation using ANSYS. The results of simulation of the temperature field, stress field, deformations and displacement of the membrane-type panel for the boiler furnace water wall using the finite-element method, as well as the results of calculation of the panel tube temperature, stresses and deformations using the known methods, are presented. The comparison of the known experimental results on heating and bending by given moments of membrane-type water walls and numerical simulations is performed. It is demonstrated that numerical results agree with high accuracy with the experimental data. The relative temperature difference does not exceed 1%. The relative difference of the experimental fin mutual turning angle caused by one-sided heating by radiative heat flux and the results obtained in the finite element simulation does not exceed 8.5% for nondisplaced fins and 7% for fins with displacement. The same difference for the theoretical results and the simulation using the finite-element method does not exceed 3% and 7.1%, respectively. The proposed method and software modules for simulation of the temperature field and stress-strain state of the water walls are verified and the feasibility of their application in practical design is proven.     

A three-dimensional temperature field calculation for a transformer-type heating element

A mathematical model for calculating the temperature field of a transformer-type heating element with a spatial pole core using the finite element method is described. A computer simulation program of the three-dimensional temperature field is developed, and calculation results for a transformer of 25-kW capacity are given.     

基于 场路耦合的调速永磁同步电机损耗及温度场分析

基于ANSYS/Maxwell、Simplorer和MATLAB/Simulink仿真平台搭建了调速内嵌式永磁同步电机（IPMSM）场路联合仿真模型,进行了最大转矩/电流（MTPA）和弱磁调速控制策略下电机场路耦合仿真,得到了不同控制策略及不同负载状况下电机动态特性;采用三项铁耗分离模型,计算了不同工况下考虑谐波时的定子铁耗、转子铁耗、永磁体涡流损耗;搭建样机三维温度场有限元模型,通过有限元电磁场与温度场双向耦合仿真,分析了电机在不同工况下的温度场分布;实验结果验证了损耗及温度场分析结果的正确性。     

一种内置式永磁同步电机设计与性能评估

根据电动汽车在额定工况下的牵引力要求,针对中型商用电动汽车设计了60kW内置式永磁同步电机。首先,根据永磁同步电机理论计算关键尺寸。其次,利用有限元方法FEM)仿真模型分析了永磁体尺寸、偏斜对电机电磁转矩的影响,并计算了电机在不同工作条件下的温度分布、损耗以及工作效率。最后,制造了试验样机并搭建实验平台,在不同工作模式下验证样机性能并与FEM仿真结果进行对比,验证了有限元设计的可行性和准确性,为电动汽车用电机的设计提供理论参考。     

Analysis and Improvement of Modeling of Electromagnetic Actuator for Medium Voltage Gas Insulated Switchgear

This study aimed to improve the acting magnetic force of an electromagnetic actuator for medium voltage gas insulated switchgear. First, a mathematical model was constructed based on the physical phenomena of an electromagnetic actuator in the fields of electric, magnetic, and mechanical energy. Then, ANSYS finite element software was used to calculate changes in the distribution of the magnetic field intensity and magnetic flux density of the electromagnetic actuator. The ANSYS simulation results were validated by numerical values derived from Matlab and experimentation. The factors influencing normal thrust were determined, including setting different working clearances, changing the size of the iron yoke of the electromagnetic actuator, magnetic material ratio, and the configuration of the movable axle center. The optimal characteristics were obtained by integrating the improved design. The integrated simulation of the improved iron yoke, silicon steel, and coil position was compared with the original model. The results suggested that the magnetic force significantly improved at a working clearance of 19.1, 10, and 2 mm, respectively, which nearly doubled the magnetic force of the original design.     

碳化硅控制器用膜电容器设计与测试

针对一款碳化硅控制器用膜电容器,采用有限元热仿真分析和台架测试相结合的方法研究其内部温度分布情况。设计了膜电容器内部结构,介绍了该膜电容器在碳化硅控制器内部的结构布置情况,建立了膜电容器的热仿真模型,重点研究了膜电容器在碳化硅控制器额定工况下的温度分布规律。制作膜电容器样品并在其内部埋设热电偶,对该膜电容器在额定工况下的实际温度进行了台架测试验证。通过仿真和测试结果的对比分析,证明了采用有限元热仿真研究碳化硅控制器用膜电容器的有效性。研究结果对于碳化硅控制器用膜电容器的高效散热设计具有一定的参考价值。     

汽轮发电机组轴向胀差在线监测与变温度速率控制系统

研究了汽轮机轴向胀差的实时在线计算以及通过变温度速率控制胀差的方法。在二维圆筒壁非稳态导热的基础上，得到了圆筒壁内蒸汽沿轴向线性分布，随时间非线性变化的温度场迭代计算公式，并与有限元计算结果作了对比，结果表明所得模型计算精度高、计算速度快。将结构复杂的汽缸分解成可计算的有限子结构，根据子结构的温度场求得汽缸的膨胀特征温度，进而求解其膨胀量。对理论模型进行了有限元验证，计算结果与有限元结果相比误差较小，满足工程计算的需要。给出了胀差裕度的定义，根据胀差裕度值来控制蒸汽温度变化速率，并开发了轴向胀差在线监测与变温度速率控制系统(DEOM-ACTC)。