摘要：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。

摘要：为了阐明大型空冷汽轮发电机内部流体流动特性,进而获取有效冷却效果,以一台350 MW大型空冷汽轮发电机为例,根据该发电机多风路通风系统结构特征以及基本假设,选取整机1/4流体域作为流体场数值研究求解域,在给出相应的求解条件的基础上,采用有限体积法对电机稳态运行时空冷系统的三维流体场进行数值研究。在验证流体场数值研究正确的前提下,分别对发电机定转子径向通风道以及转子副槽等空间内流体场冷却介质的流量以及速度等流体参数进行了分析,揭示了大型空冷汽轮发电机多风区通风系统内的流型演变规律,为该类型发电机通风结构的设计以及性能优化提供了理论参考。

摘要：为了实现双馈异步发电机通风冷却的优化设计,根据电机内通风系统流体流动的特点及电机定转子热量产生与传递的规律,建立了全域通风与温度的三维等效物理模型,给出了模型的边界条件,并利用有限体积法对方程进行求解,得到了额定运行情况下各风道内流量与流速的分布情况,以及定子、转子、机座水套等各截面的温度场分布,将计算结果与试验值进行了对比分析,证明了计算方法的合理性。结果表明,机座水套能够有效降低定子轭及绕组的温度,相比之下,转子绕组温度偏高,应进一步优化提高机座冷却器换热能力及系统通风能力。

摘要：为了研究和提升电动机外风扇的冷却能力,依据计算流体力学理论,以YJKK500-4、2 500 kW中型高压异步电机为例,建立电机外风扇区域的三维数学模型和物理模型,给出相应的基本假设和边界条件,并进行数值计算和分析,得到了外风扇区域的三维流体场分布;计算并给出了风扇的外特性曲线,并用实验进行了验证;在风扇叶片长度不变的情况下,改变风扇叶片的偏转角度,通过分析风扇的主要性能参数和计算区域流体的流动特性,得到风扇叶片偏转角度的最优值。计算结果表明,风扇叶片的偏转角度直接影响风扇的冷却能力。研究结果为高效率电动机的风扇优化设计提供了理论依据。

摘要：为了分析温度分布不均匀对换流变压器非正弦稳态交直流复合电场的影响,该文采用一种单向耦合的方法,即首先建立±500k V换流变压器二维磁场仿真模型,计算得到铁心和绕组的损耗;其次,建立换流变压器二维流体-温度场仿真模型,并以磁场损耗为热源,利用流体仿真软件Fluent计算分析了热流耦合时的温度场分布;然后通过快速映射法把流体-温度场的温度结果映射到二维电场计算模型;最后通过标量电位的频域有限元方对比分析换流变压器在均匀温度假设和不均匀温度条件下的非正弦稳态交直流复合电场分析结果可为换流变压器的绝缘设计和故障分析提供指导。

摘要：兆瓦级永磁直驱风力发电机随着功率等级的提升,运行温度升高会对电机绝缘造成威胁,还会导致永磁体的不可逆退磁。针对这一问题,本文基于一台3.3MW,12r/min的外转子表贴式永磁电机,设计并建立了其径向强迫通风冷却结构,采用迭代仿真的方法合理地考虑电磁场与温度场的耦合关系,并基于流固耦合的方法对其温度场与流体流动情况进行分析。结果表明,本文所设计的通风结构具有一定的冷却效果,能够满足其安全稳定运行的需求,对兆瓦级永磁直驱风力发电机的冷却系统设计具有一定的借鉴意义。

摘要：高速电机由于转速高和绕组电流频率高,单位体积定子的铁耗和铜耗、转子的高频涡流损耗和表面空气摩擦损耗,与具有常速的普通电机相比皆有较大的增加。同时,由于功率密度的增加和总体散热面积的减小,有效的散热和冷却方式是高速电机设计中的一个重要问题。本文基于磁场有限元和3D流体场分析,对高速永磁电机的基本电气损耗、高频附加损耗和转子空气摩擦损耗进行了分析,并以一台额定转速为60 000r/min的高速永磁电机为例,进行了高速电机损耗的计算及测试方法研究;基于流固耦合分析对高速永磁电机的温升进行了计算,通过对一台高速永磁电机温升计算值与实验结果的比较,验证了高速永磁电机温升计算方法的有效性。

摘要：大功率高速永磁电机采用空-水冷混合冷却系统,同时存在水流域和空气流域,常规的单流域数值计算简化模型很难精确计算电机温度场。本文以一台1.12MW、18000r/min的空-水冷高速永磁电机为例,建立三维全域流-固求解域模型,提出多层变尺度网格划分方法,实现对电机网格的精细化控制。采用有限体积法对流体场及温度场进行耦合计算,揭示了水流场与空气流场的流动特性以及电机内各个部件的温度场分布特性。将全域热流场计算结果与实验结果进行对比,验证了计算方法的准确性。基于全流域计算结果,拟合出对流换热系数与双螺旋水道轴向位置的关系式。为高速永磁电机冷却系统优化设计等相关研究奠定基础。

摘要：电气设备在电流电压的作用下,在其内部及其附近会产生多种物理场,如电磁场、温度场、流体场、应力场等,并对构成电气设备的电介质、磁介质及导体三类主要材料产生作用,如使绝缘材料因电、热、应力的作用逐渐劣化,使导磁材料饱和产生谐波,在电机类设备中使导体产生相对运动完成机电能量转换。这些物理场(电磁、温度、流体、应力、运动、绝缘)相互耦合、相互作用,构成复杂的多物理耦合场。文中首先简要回顾我国电气工程领域为计算电磁学的发展所做出的贡献;指出电磁多物理场分析贯穿于电气设备的材料研制、设计制造、运行维护的全寿命过程,是决定电气设备经济性、可靠性的"硬核";然后分别介绍电气设备电磁多物理场耦合及运动涡流场耦合数值计算中的若干关键技术;特别指出绝缘材料的放电电压计算/预测是电磁多物理场计算的重要组成部分,亟待加强;进一步结合电气设备智能运维的发展需求,介绍电气设备热点温升、材料参数等基于电磁多物理场分析的智能反演检测研究方面取得的最新成果;最后提出电气设备电磁多物理场自主分析软件平台的开发思路。

摘要：针对大功率高速永磁电机高频率、高谐波导致其转子温升过高的问题,设计了一种自扇冷、水冷混合冷却散热结构。利用高速旋转的扇叶加速电机内部空气流动,加快电机与外界的热交换,建立流体和固体的耦合接触面,通过流固耦合法计算流体和电机的传热耦合问题。采用有限元法仿真电机额定状态下的电磁场,得出电机损耗以及热源分布,在此基础上分析电机在额定转速下的流体变化情况以及电机温升分布情况。仿真分析表明,自扇冷结构合理的改善了流体散热路径,有效降低了转子永磁体温升。