电机散热可以用IV温度场法进行计算

计算机流体力学的数值求解方法求解防爆电机属于探索性研究,目前在国内外应用该方法研究电机内部复杂的散热资料都比较少。该方法还不成熟,目前存在许多难点。由于问题本身的复杂性,用Fluent的求解方法作为一种尝试,在方案得不到理想的结果或不可行时,由于本科论文时间的和精力的局限性,所以改用另一种较成熟和广泛使用的方法来求解防爆电机内部的热流问题。以下为用温度场法求解的基本思路和方法。

一、电动机热计算的基本想法

为了更好的对电机温度进行计算,这里以上述温度场方法为基础,整理出一种结合流路、热路概念,主要使用常微分方程和拉普拉斯方程(采用边界元方法求解)数值解法的电动机热场校核计算方法。其主要计算步骤为:

⑴利用流路法,初步确定冷却介质在电机内部的流动状态。冷却介质的温度分布可按经验或计算结果假定,从而可以确定各相关物理参数;新电机内部空间空气的流动分成轴向分量和周向分量:周向分量按库氏流动或经验公式考虑,而轴向流动由流路法或二维轴对称流场确定,此时新的轴流风扇可看成一个理想的轴向动量加载器。

⑵分别取各有效部件为研究对象(目前初步确定6个研究对象:定子绕组,定子铁心、转子绕组、转子铁心、电机内循环冷却空气、机壳),利用热路的概念,假定每个研究对象都是均质等温体,根据能量(热量)守恒定律,建立常微分方程,给出初始条件;这里的常微分方程总是可数值求解的。
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⑶取前述各有效部件为研究对象(不再为等温体),以傅立叶导热方程(一维:定子绕组、转子导条及端环;二维(轴对称):机壳;三维(可仅计算一个角形区域):定子铁心、转子铁心和电机内空气)为基础,建立偏微分方程;按实际热源分别施加热源,按前述两步的计算结果、实际结构和部分试验结果确定传热方式、热流方向和热量大小,进而确定相应的边界条件,这也是可数值求解的。

⑷将此结果与最初假定的温度分布相比较,若在工程许可范围内,则结束计算;若温度分布相差较大,则根据全部计算结果重新假定温度分布和相应的物性参数,返回⑴重新进行计算。

二、电动机热计算中所使用的计算简图和基本符号

对于封闭式电机,计算电动机的温升,显然最需要计算的是转子的温升。对于起动性能计算,由于起动时间较短,定子铁心起动过程中的温升比绕组的慢得多,因而可以不考虑铁心的温升对绕组的温升的影响。这样,就可以把绕组当作一个等温发热体来进行计算;但是,当对电机的起动进行温升校核时,就必须考虑转子导条的温升。作为一种尝试,这里将考虑4个热源(转子导条、转子铁心、定子绕组和定子铁心)和两个中介媒质(电机内的循环空气、机壳),并假定电机冷却水的温度分布从而可确定冷却水的平均温度(如40℃)。

对于一个等温发热体,根据热量(能量)守恒定律,发热体的总发热量等于传出(传入)的热量加上发热体本身温度升高所需要的热量。

三、防爆电机内部流路计算

风扇压头关系确定:实际压力元件是风扇,它不是恒压源。常用压力——流量关系曲线表示它的工作特性;轴流风扇的空气动力效率比离心式高,所以大型电机一般总是优先采用这种风扇。

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