等效热网络法和有限元法在轮毂电机温度场计算中的应用

轮毂电机温度场的准确计算对于轮毂电机的安全运行和性能提升至关重要。根据一般电动汽车用轮毂电机样机的结构,建立了等效热网络温度场分析模型和3D有限元模型。基于等效热网络法,编写了轮毂电机温度场计算程序,计算了额定工况下的稳态节点温度。通过有限元法,计算了轮毂电机额定工况下的稳态温度场分布和瞬态温升曲线。根据轮毂电机的温升实验,对比分析了两种方法的计算结果,验证了等效热网络分析模型和3D有限元模型的有效性,说明了等效热网络法和有限元法对于轮毂电机温度场计算的适应性和兼容性。

基于等效热网络法的定频双转子永磁风力发电机的热分析

定频双转子永磁风力发电机是近年来提出的一种新型特种电机,具有低速直驱、功率密度高、变换器功率小等优点,具有较好的应用前景。定频双转子发电机在定子和内转子上都设置有绕组,且内转子散热条件较差,热分析成为电机设计的关键环节。为此,本文提出了基于等效热网络法的定频双转子发电机的热分析,首先介绍了传热的基本定律,然后建立定频双转子发电机的热网络模型,并对模型中各个热参数比如热阻、热源等,进行分析和计算,最后对热网络图中的各个节点建立热平衡方程,求解方程组,得出电机各部分的稳态温升并通过实验进行了实验验证。

等效热网络法在永磁伺服电动机温度场研究中的应用

永磁伺服电动机是近年来发展较快的一种高效电机,具有高效节能、体积小、应用场合广泛的特点。针对一台10 k W永磁伺服电动机进行了研究,建立了热网络模型,计算得到各个节点间热阻;在电机额定运行工况下利用热平衡原理建立了热网络关键节点平衡方程组,对永磁伺服电动机内部主要位置的温升进行解析计算,获得了试验样机的温度场分布;结合有限元分析方法,分析了机壳散热面积的变化对电机内部温度场的影响,得到了机壳散热面积对电机内部温度分布的影响机理;最后通过上述分析,比较了热网络法与有限元法的优缺点,并结合相关实验,证明了热网络法在永磁电机温度场计算中快速、准确的优点,为永磁伺服电动机温度场方面的研究提供了一种快速有效的方法。

基于等效热网络法的容错永磁电机的温度分析和计算

容错永磁电机工作条件恶劣,电机运行时的温升不仅会影响其电磁性能,更会引发故障,降低电机的可靠性。分析了容错永磁电机的热源分布情况,采用集中参数法建立电机等效热网络图,通过热平衡方程对电机温度进行求解计算。运用ANSYS/Fluent有限元法进行了对比分析,验证了等效热网络法计算结果的准确性。最后,针对电机温度情况,分别从减小损耗和改善散热条件两个方面提出了改进方案。

基于等效热网络法和CFD法高速永磁同步电机热计算研究

针对高速永磁同步电机的温度场计算准确性问题,采用等效热网络法和流固耦合的数值方法,对一台水冷非晶合金定子电机进行了热计算。建立了电机的流固耦合模型,考虑电机内空气温度分布不均匀对密度、比热容、动力粘度以及导热系数的影响。基于最小二乘法原理,得到了空气物理属性随温度变化的表达式,对电机内空气施加变温物理属性,并与恒温下电机内空气恒定物理属性的温度场计算结果和转子外表面的空气摩擦损耗计算结果进行对比分析。结果表明:对机内空气施加变温物理属性后,转子高温区域面积增加,温升计算值更接近实际,并且转子外表面空气摩擦损耗降低了4.0%。最后,搭建了样机温升实验平台进行温升实验,验证了等效热网络和流固耦合法计算结果的准确性。

航空交流发电机等效热网络模型

三级式航空交流发电机的热交换是一个复杂的物理过程,为了定量计算电机内的温升分布,必须建立其等效模型。以B747发电机为例,介绍了三级式航空交流发电机的内部发热源、基本传热途径,分析了航空交流发电机的发热过程,建立了三级式航空交流发电机各部分等效热网络模型,根据电机的内部结构,构建了整个航空交流发电机的等效热网络模型,并用实例验证了模型的正确性。

稀土超磁致伸缩换能器等效热网络建模研究

超磁致伸缩换能器的工作特性与温度密切相关,快速准确地对换能器温度分布进行分析计算与预测是换能器设计与性能评估的关键。凭借仿真速度快、准确性高等显著优势,热网络建模广泛用于换能器热分析,但多聚焦于稳态建模研究,忽略超磁致伸缩棒由于热导率低所导致的明显的瞬态温度梯度。为此,该文以纵振式超磁致伸缩换能器为研究对象,计及超磁致伸缩棒作为热源的特殊性和对棒材温度空间分布的影响,建立超磁致伸缩换能器瞬态等效热网络模型。首先基于换能器的结构和工作原理,对其进行热分析;然后重点对超磁致伸缩棒进行建模,根据换能器内部传热过程,建立换能器瞬态热网络模型并对模型参数进行计算;最后搭建有限元仿真模型和换能器温升实验平台,从仿真和实验两方面验证了所提热网络模型对换能器温度时空分析的准确性和有效性。

基于等效热网络法的永磁同步电机温升计算

永磁同步电机体积小,功率密度高,导致它的单位热损耗大,由此引起的温升不可忽视。因此,本文采用等效热网络方法对永磁同步电机进行温升计算,首先建立了永磁同步电机的热网络模型,然后对模型中的各个节点的热阻,和部分节点的损耗进行计算和分析,最后对热网络图中的各个节点建立热平衡方程,求解方程组,得出各部分的稳态温升并通过实验进行了验证。

基于磁路法与等效热网络法的航天永磁同步电机设计与仿真

针对航天永磁同步电机方案初步设计耗时长、过度依赖商业软件的问题,基于磁路法和热网络法,提出了一套方案设计阶段航天永磁同步电机磁热性能快速预估与仿真方法。给出了定子内径、定子外径、铁芯长度、匝数等关键参数的取值准则,建立了包含36个节点集总参数热网络模型,并以端部绕组为例给出了热平衡方程的详细推导过程。通过与成熟商业软件对比,其电磁计算最大误差出现在电流有效值上,偏差值为6.07%;与样机实测值对比,绕组温升最大误差为7.3%,满足方案设计阶段预示精度要求,为方案设计阶段航天永磁同步电机快速性能预估提供有力支撑。

电励磁双凸极无刷直流发电机热网络建模与热特性研究

电励磁双凸极无刷直流发电机具有调压方便、可靠性高的优点,在航空电源领域得到应用,但励磁绕组的引入会带来额外的励磁损耗,进而影响电机的温升。建立准确快速的电励磁双凸极电机温度场模型,并进行热特性研究对其安全稳定运行非常关键。该文对比分析集中励磁与分布励磁双凸极电机的结构特点与损耗分布特性。针对集中励磁双凸极电机的非均匀槽特点,考虑异型槽之间的热耦合作用,建立热网络分析模型。建立有限元分析模型验证了热网络模型的正确性,并对比分析不同转速与负载下集中励磁与分布励磁双凸极电机的热特性。搭建水冷集中励磁双凸极电机实验平台,并完成电磁与温升实验。实验结果与仿真结果一致,表明水冷条件下集中励磁双凸极电机相比于分布励磁双凸极电机具有更高的效率与更低的温升。

基于等效热网络法的风力发电机故障诊断

发电机是风电机组故障诊断的关键部位之一。作为风电机组主要的能量转换设备,发电机的健康状态可以通过其工作温度进行监测。通过构建双馈异步风力发电机的等效热网络模型,实现了对发电机各节点热源、热阻和热量传递过程的分析和计算。对热网络模型的热平衡方程组进行求解,得到的各节点温度体现了发电机工作时的温度分布。采用该方法对SCADA数据进行分析,以发电机定子绕组温度作为监测量,根据输入的SCADA数据计算得到定子绕组温度的参考值,并与SCADA数据进行对比,通过两者差值的不同行为对发电机冷却系统故障进行了识别,论证了该方法在风力发电机热分析和故障诊断上的适用性。

考虑金属电阻温度系数分布效应的电器典型热件等效网络

电器稳定发热计算的等效热网络法，为结构复杂及场路混合的电器热设计提供了一种高效准确的有效途径。以往的热网络计算中采用热件平均温升下对应的电阻率，并认为是常数，与实际热件的温升分布不相符合。本文提出了考虑金属电阻温度系数效应的网络数学模型，可以更准确方便地计算热件内部的最高温升和热流分布。分析讨论了不同典型热件的等效热网络间的内在联系和物理意义，进一步完善了电器稳定发热计算等效热网络法的理论体系。

基于集总热网络法永磁同步电机温度场分析

为了解永磁同步电机发热情况,建立一种在水冷下外转子永磁同步电机热网络模型。首先,建立了电机等效热网络模型,然后对热阻和水道对流散热系数以及材料导热系数进行计算,最后通过热平衡方程式分析其在额定工况下电机各部件温度及温升情况。并与有限元软件计算结果进行比较分析,验证所建立热网络模型准确性,为水冷条件下外转子永磁同步电机温升预测提供参考依据。

应用一种修正的等效热网络方法确定沿绕组的温度分布

介绍了等效热网络方法（ＥＴＮ）的基本原理。叙述了传统ＥＴＮ方法的主要缺点。指出了ＥＴＮ修正规则。应用修正方法可以计算温度和网络流态损耗以及沿绕组的温度分布。介绍了异步电动机的一种计算实例。

永磁同步电机电磁热耦合高效计算模型

电磁热耦合分析是一种计算永磁同步电机电磁性能和热性能的有效方法,为实现耦合场的高效准确计算,建立了一种结合二维静磁场有限元模型和等效热网络模型的电磁热耦合高效计算模型。首先,基于磁密时空变换公式,推导了考虑材料温升特性的电磁损耗计算模型,并与二维时步有限元法进行对比,相同硬件条件下,计算时间减少约79%;然后,基于传热学定律,建立了电机的等效热网络温度场分析模型,并推导了节点温升计算的状态空间方程。最后,以一台表贴式永磁电机为例,与三维有限元耦合模型进行对比,温度场计算结果最大误差为5.3 K,计算时间减少约95.2%,表明该模型可在保证计算精度的前提下提高电磁热耦合分析效率。

小卫星姿态控制飞轮系统热设计

为了满足小卫星姿态控制飞轮系统热设计的要求,对飞轮系统的热特性进行了分析和试验验证。根据飞轮运行工况,分别对飞轮系统机械损耗和电控损耗进行了理论计算,确定了系统主要热源点的分布情况。然后,依据系统拓扑结构,建立了整机的等效热网络模型;采用有限元法,分别对飞轮相关组件和整机在卫星连续侧摆工况下的热特性进行了分析。最后,研制了实验样机,并对样机进行了热真空试验。在经过8h卫星连续侧摆机动工况下的实验结果表明:当环境温度为45.0℃时,监测点最后平衡温度约为57.8℃,相对于有限元分析结果的53.2℃,误差为8.6%,表明热分析结果与试验结果吻合度较好,可为姿态控制飞轮系统的热设计提供重要参考。

新型磁障转子无刷双馈电机热计算

磁障型结构是近年来针对无刷双馈电机提出的一种新型转子结构,相比于其它磁阻型转子,具有较强的磁场耦合能力。温升是决定电机功率密度的重要指标,为充分发挥磁障转子无刷双馈电机的潜能,进行快速而准确的热计算是十分必要的。该文建立了磁障转子热路计算的精确模型,基于热网络方法,编写温升计算程序,计算电机不同位置的温升分布。采用有限元方法计算了电机的稳态温升,最后再将温升计算结果与一台11k W样机试验数据进行对比,验证了该文针对磁障转子无刷双馈电机提出的转子热路计算模型的正确性。该文的研究结果可以为具有类似转子结构无刷双馈电机温升的快速准确计算提供参考。

采用混合单元的汽轮发电机定子温度场的分析与计算

为了提高大型汽轮发电机温度场计算的精度,提出采用混合单元(混合坐标系)计算电机温度场的方法。根据传热学和流体力学的基本原理,建立汽轮发电机定子三维温度场的数学模型;采用热平衡原理对定子温度场的偏微分方程进行离散化处理,形成电机的等效热网络。给出采用混合单元对电机进行网格划分的方法,并推导了不同坐标系下热导的求解方法,进而给出采用等效热网络方法求解定子温度场的非线型方程组。将其应用于一台QFSN-200-2型汽轮发电机定子温度场的计算,并将计算结果与实测值进行了比较,结果表明所提出的方法是正确可行的。

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。

基于电磁-温度耦合方法的永磁驱动器温度场分析

基于电磁-温度场耦合方法,分析了盘式永磁驱动器的温度场.基于电磁场解析计算建立了盘式永磁驱动器的电磁场解析模型,推导了涡流损耗公式.计算了热阻和散热系数,并以涡流损耗为热源,建立了盘式永磁驱动器等效热网络模型.预测随负载变化时盘式永磁驱动器的涡流损耗和铜盘温度的变化.解析结果与有限元结果比较表明:基于电磁-温度场耦合方法所建立的电磁场解析模型和温度场解析模型能快速、准确地预测涡流损耗和铜盘温度.