3MW双馈风力发电机传热特性数值研究

随着风力发电机容量的增加,电磁负荷不断提高,电机的发热问题成为影响机组性能和经济指标的主要因素之一。为了解决该难题,以一台3MW双馈风力发电机为例,根据流体力学以及传热学理论,结合发电机通风性能以及结构特点,建立了发电机三维流动与传热耦合求解的数学模型与物理模型;并给出基本假设与相应的边界条件,采用有限体积法对三维流体场和温度场控制方程进行耦合计算。最后,对发电机内部的流体流动性能、传热特性以及发电机定转子铁心、定转子绕组以及绝缘的温升分布进行了分析,得到端部气体流动不规律以及二次冷却热能力较强等,为更大容量风力发电机综合物理场的准确计算提供了理论依据。

高海拔用风力发电机流体场与温度场的计算分析

以一台高海拔用双馈风力发电机为研究对象,在基本假设的基础上,建立了发电机内流体场以及温度场相耦合的求解模型,根据给定的边界条件及电机内传热的基本特性,采用有限体积元法对发电机内的多元温度场进行求解。通过数值计算分析了发电机内部的流体场流变特性以及传热特点,并以平原地区的实验数据为依据,验证了温度场数值计算的合理性和准确性。最后,将高海拔地区的电机温升计算结果与采用不同标准获得的温升结果进行对比,进一步佐证了温度场计算的精确性,并且有效缩减了标准范围,为发电机在高海拔地区安全运行和设计提供理论依据。

发电机内部冷却气流状态对定子温度场的影响

由于大型同步发电机运行状况以及结构的复杂性,定子径向通风沟内冷却流体的流动状态对定子温度场的分布有显著的影响。根据流体力学理论,推导了定子径向通风沟内二维流体运动的微分方程,给出了求解域和相应的边界条件及假设条件,采用有限体积法对流体场进行了计算,并且对冷却气体以不同的入射角度入射时径向通风沟内流场流速的分布进行了比较;建立了定子三维温度场的数学模型和物理模型,给出了求解域的边界条件以及各部分的损耗,针对上述流体场分布的不同情况,采用有限元法对定子三维温度场进行了数值计算;将计算结果与实测值进行了比较,得出了一些有益的结论。

1.5MW双馈风力发电机内流体场分析

为了阐明双馈风力发电机内部流体流动特性,以一台1.5 MW双馈风力发电机为研究对象。根据电机结构及冷却方式,在基本假设的基础上,建立了发电机多维流体与固体耦合直接求解电机温度场的求解模型。通过边界条件的施加,采用有限体积元法对其进行了数值求解,并将温度计算结果与实验结果进行对比分析,验证了求解方法及求解模型的正确性。最后,对发电机定、转子域内冷却介质(水和空气)的速度、温升及运动迹线等流变特性进行分析,揭示了大型双馈风力发电机内部冷却介质性能变化规律。

大功率双馈风力发电机内部流变特性数值仿真

针对发电机的通风结构及其内部流体的流动特性对电机内热量的传导以及运行性能具有很重要的影响,以一台3MW双馈风力发电机为例,根据流体力学以及传热学理论,建立三维流体场与三维温度场耦合的求解域物理模型,采用有限体积法对其进行数值求解,在利用发电机的整体温升对研究方法及计算结果进行校核的基础上,对发电机内不同冷却介质的速度、迹线、温升等参量的空间分布特性进行详细分析。通过计算,揭示大功率双馈发电机内冷却介质流变特性的分布规律,可为同类型发电机的通风结构设计以及更大容量风力发电机流体场的准确计算提供理论依据。

特殊绕组结构的空冷汽轮发电机定子三维温度场计算与分析

对于具有特殊股线结构的大型空冷汽轮发电机温度场计算具有一定的难度。文中推导了大型空冷汽轮发电机定子上、下层线棒的股线数和截面不等时绕组涡流损耗的表达式,求解出发电机额定运行时定子股线沿径向分布的菲尔德系数;建立了定子径向通风沟内二维流体场的物理模型和数学模型,采用有限体积法对其进行了数值计算;建立定子三维温度场的物理模型和数学模型。以1台大型空冷汽轮发电机为例,在先前推导的基础上,采用有限元法对定子三维温度场进行数值计算,给出了在发电机温度场求解域中的温度分布规律。将计算结果与实测结果进行比较,得出了一些有益的结论。

双馈风力发电机三维温度场耦合计算与分析

根据流体力学以及传热学理论,阐明了流体与固体耦合直接求解温度场的数学关系。基于1.5MW双馈风力发电机电磁结构、通风结构和冷却方式,并结合电机内流体流动与传热特点,以发电机周向1/8区域作为求解域。采用有限体积元法对发电机内流体场和温度场进行耦合求解,并对求解结果进行了详细的数值分析。得出冷却空气在流通区域速度和流量分布规律;在此基础上,研究了电机温升分布规律及传热特性;将计算的结果与实测数据对比,验证了计算结果的正确性。

大型发电机定子主绝缘温度场数值研究

为了研究大型汽轮发电机定子温度场以及主绝缘温降分布规律,以一台具有异结构股线的特殊大型汽轮发电机为例,根据发电机的通风性能和结构特点,建立了发电机定子径向通风沟内二维流体场模型。并采用有限体积元法对其进行了数值计算。同时建立了发电机定子三维温度场的数学模型和物理模型,基于获得的各个散热表面的散热系数,利用有限元法对其进行了数值研究。研究表明温度场的计算结果与实测结果相吻合,最高温度位于定子上层线棒靠近槽口的股线上,上下层线棒主绝缘温降的最高值以及平均值都存在差异,且上层线棒的主绝缘温降较大。本研究可为大型发电机股线结构优化提供参考。

变频控制下永磁同步电机温度场分析

在变频控制下的永磁同步电机谐波含量大、发热严重,且散热结构复杂。为研究其温升分布规律,该文以一台50 kW永磁同步电机为例,基于计算流体力学以及传热传质学基本理论,根据共轭传热原理,建立包含形状复杂的散热翅及接线盒等结构部件的三维流动与传热的物理模型。应用有限体积元法,对变频供电情况下的永磁同步驱动电机内各部件温升及流体流动进行了数值求解,并着重分析了电机内主要结构部件的温升空间分布特性。通过与实验数据的对比分析,验证了其计算结果的准确性以及求解方法的合理性,为中小型永磁同步驱动电机的设计提供一定的参考和实际工程价值。

核主泵屏蔽电机温度场研究

核主泵屏蔽电机是核电站的重要组成部分,其安全稳定的运行对核岛一次回路系统来说非常重要。针对核主泵屏蔽电机内发热与冷却的复杂性以及核主泵屏蔽电机工作在高温高压条件下的特点,以一台5 500 kW核主泵屏蔽电机为例,根据流体力学及传热学理论,建立三维流体场与三维温度场耦合的求解域物理模型,采用有限体积法计算额定工况下电机的温度分布。通过计算揭示了核主泵屏蔽电机内温度的分布规律,并分析了其原因,可为核主泵屏蔽电机的冷却结构设计以及更大容量核主泵屏蔽电机温度场的准确计算提供理论依据。

永磁风力发电机流体流动及传热性能数值研究

随着风力发电机容量增加,电磁负荷不断增加,发电机温升计算以及冷却介质流动分析的重要性不容忽视。针对发电机内部温升分布不均、流体流动复杂的问题,以计算流体力学(CFD)和传热学为理论基础,根据2.5 MW永磁风力发电机通风系统结构和传热特点,建立全域三维流动及传热耦合的物理模型和数学模型,结合工程实际给出基本假设和边界条件,采用有限体积法(FVM)对流体场及温度场进行求解,得出发电机内部冷却介质流动性能、传热特性、表面散热系数以及发电机各部件的温升分布情况,并将耦合场计算结果与实测结果进行比较分析。结果表明,数值研究与实验数据相吻合,为永磁风力发电机综合物理场的准确计算以及通风结构的优化提供了理论依据。

基于APC控制的开关磁阻电机性能分析

针对开关磁阻电动机二维有限元计算考虑端部效应问题,为提高其电磁场的计算精确度,根据开关磁阻电动机(SRM)性能及其系统的结构特点,搭建了SRM及其控制系统的整体模型,在电磁场基本理论的基础上,采用有限元法对角度位置控制(APC)控制下的SRM的电磁场进行了数值研究。在理论计算的基础上得出了SRM的输出转矩、相电流波形以及磁链等参量的变化曲线,并对其进行了详细地分析,同时将数值计算结果与实测结果进行比较,验证了二维仿真中考虑绕组端部磁场影响的模型的合理性,为SRM性能优化及温升和噪声地研究提供了理论依据。

矢量控制下永磁同步电机的损耗分析

为了精确计算电机损耗,以一台永磁电机为例,采用矢量控制原理及有限元分析方法,建立了永磁电机二维模型。对该电机模型定子侧进行区域划分,并对不同工况进行有限元仿真计算,详细分析电机在不同工况下的各区域损耗,对损耗曲线产生波动的原因进行深入分析,并选取A相电流进行了仿真计算与实验结果的对比验证。结果表明:电机铁耗主要分布在定子侧,满载时定子铁耗占总铁耗的98.3%,半载时占总铁耗的98.5%;转子铁耗主要为涡流损耗,满载时转子上的涡流损耗占转子总铁耗的97.5%,半载时占转子总铁耗的97.6%;涡流损耗主要分布在永磁体上和转子上,其中永磁体上的涡流损耗大于转子上的涡流损耗,满载时永磁体上的涡流损耗占总涡流损耗的89.3%,半载时占总涡流损耗的89.4%;随着负载的降低,定子铁耗占总损耗的比例逐渐增加。计算结果与实测值相吻合,误差满足工程实际要求,验证了该研究方法及结果的正确性。

50kW永磁同步电机内流体流动特性数值研究

为了阐明中小型永磁同步电机内、外冷却介质流动特性,本文以一台50kW表贴式永磁同步电机为例,基于计算流体力学(CFD)以及传热传质学基本理论,根据共轭传热原理,建立较为细致的三维流动与传热的物理模型。应用有限体积元法,对变频供电情况下的永磁同步驱动电机内温度场及流体场进行了数值计算,通过与实验数据的对比分析,验证了其计算结果的准确性以及求解方法的合理性,最后,对电机外部机壳及内部定、转子域内冷却介质的流体流动特性、传热特性以及运动迹线等进行分析,揭示了中小型永磁同步电机冷却介质性能变化规律。

高速永磁同步电机流固耦合仿真与性能分析

为了探讨冷却系统设计对高速永磁同步电机散热效果的影响,提出了一种轴向强迫通风的冷却结构。以一台200kW船用高速永磁同步电机为研究对象,基于流体动力学以及流固耦合传热理论,根据电机冷却结构特点,合理简化模型并给出基本假设与边界条件,建立了三维整机求解域模型。采用有限体积法对具有空冷和水冷集成冷却系统的高速永磁电机进行数值分析运算,分析了冷却水速对永磁电机温升的影响,揭示了最优水速方案下电机流变特性与温升分布规律。基于此,提出一种强迫空气通过气隙沿轴向流动的通风结构,通过对比不同通风结构下电机内流体场与温度场的仿真结果,证实轴向通风结构能够优化电机流温分布特性,提升电机冷却性能,对船用高速永磁同步电机冷却系统设计提供借鉴意义。

永磁驱动电机接线盒结构优化热性能分析

以一台50 k W永磁驱动电机为例,根据流体力学和传热学原理,利用有限体积法对电机温度场进行了研究,分析出其温度分布规律。该结果与实验所获数据相吻合,证实了计算方法和计算结果的合理性。但是为了有效地解决由于接线盒所在区域温升过高,温度梯度较大的问题,提出4种对接线盒结构的优化方案,对其不同方案下电机整体温度分布及接线盒所对应的电机内部径向区域温度场特性进行了详细地分析,所得结论为永磁驱动电机结构的优化设计提供了理论参考。

驱动用异步电机负载变化对损耗影响数值计算

为研究负载变化对驱动用异步电机损耗的影响,以一台Y2-250M-4、55 kW笼型异步电机为例,基于电磁场基本理论及假设条件,建立了场-路耦合的电机电磁场计算模型,采用时步有限元法对其进行电磁场计算。通过对电磁场计算结果的分析研究,明确了电机在额定工作条件下的电磁场特性及各类损耗的分布规律。进而对电机空载、半载、满载及1.1倍负载下的电机电磁场特性及损耗变化进行对比研究。结果表明:额定运行时,定子轭部在电机中铁耗最大,占总铁耗的48%,负载增加时,定子齿顶铁耗增加比例最大,增加了265.7%,本研究对电机的性能优化具有一定的参考价值。

异步驱动电机流体流动特性数值研究

为研究异步驱动电机内外流体流动特性,该文以一台55k W异步驱动电机为例,基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)及数值传热学(numerical heat transfer,NHT)基本原理,根据电机冷却结构,建立外部包裹空气域的电机三维流固耦合求解域模型,在基本假设的基础上,施加边界条件,采用有限体积法对电机温度场及流体场进行数值计算,通过与实验数据对比分析,验证了计算方法的正确性和计算结果的准确性。最后,对电机内部流体流速、电机机壳及端部离心式风扇部分流体运动迹线等流变特性进行分析,揭示了中小型异步驱动电机冷却介质流动特性。

多工况条件下异步电机斜槽与谐波特性

为了研究多工况下异步电机斜槽与谐波特性,以一台Y2-250M-4、55kW笼型异步电机为例,建立了多截面场-路耦合时步有限元计算模型.计算出斜槽不同负载情况下的铁耗,分析了转子斜槽后定转子铁芯典型位置的齿谐波沿轴向分布规律,并研究了斜槽对定转子齿顶区域齿谐波的削弱作用.实验结果表明,谐波铁耗在总损耗中所占的比例随负载的增大而增加;电机采用斜槽时,定转子各部分铁耗沿轴向波动,损耗值沿轴向并无太大差异;斜槽对铁耗的影响随负载的增加而增大.

永磁风力发电机流场与温度场耦合分析

根据2.5MW永磁风力发电机通风结构及传热特点,建立流动及传热耦合的三维物理模型,结合工程实际给出基本假设和边界条件。根据计算流体力学和传热学理论给出耦合求解的数学方程,采用有限体积法(FVM)对流体场及温度场进行耦合求解,并利用实测温升数据验证耦合场计算结果的正确性。最后,对发电机温升分布以及流体冷却性能进行了详细分析,为永磁风力发电机温升的计算以及通风结构的设计提供了理论分析的参考依据。