不同驱动条件下感应电机通风与传热分析

发布时间：2017-05-03 20:07

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【摘要】：近年来，国家经济高速发展，越来越多要依靠船舶运输，随着船舶行业的蓬勃发展，对船用驱动电机的驱动能力要求越来越高。感应电机具有较强的过载能力、快速动态响应速度等诸多优点，被广泛应用在船舶领域。因其工作需要，往往采用变频控制，具有较高的功率密度及转矩密度，电机的热负荷随之提高，加之其工作在狭小的空间内，从而造成局部温升过高，造成一定的安全隐患，影响电机运行安全及其稳定性，因此，对驱动感应电机流体流动特性及传热进行耦研究，及在其运行过程中对电机温升的相关敏感性进行分析十分重要。 本文以一台55kW驱动感应电机为例，基于计算流体力学及数值传热学原理，建立数学模型；根据电机冷却结构，在给定基本假设的前提条件下，建立外部有空气域包裹的电机三维流热耦合物理模型；对所建的求解域模型施加合理的边界条件，采用有限体积法，对工频驱动条件下及PWM控制的两种调制比驱动条件下，，电机的流体流动特点及传热特性进行计算分析，将得到计算结果与实验数据进行对比，验证了计算方法的正确性及所建模型的合理性。通过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状态等进行分析。对PWM控制的不同调制比驱动条件下，电机整体及主要部件的温升分布规律进行详细对比分析，并在调制比为0.8时对电机运行过程中绝缘老化等情况进行敏感性分析。 根据数值计算结果，分析了电机转子端部风扇及电机外风罩内离心式风扇对电机的冷却作用，验证电机通风冷却结构的合理性；获得了在PWM控制的两种调制比驱动条件下以及相关敏感因素影响下的电机温升分布情况，说明了其工作的稳定性，为今后对中小型异步电机的通风结构设计提供理论借鉴。
【关键词】：感应电机 PWM控制 流热耦合 有限体积法 温升敏感性
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U665.11;TM346
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题研究的背景及意义10-11
• 1.2 本课题的国内外研究现状11-13
• 1.3 课题来源及主要研究内容13-15
• 第2章 电机通风与传热计算原理及物理模型建立15-20
• 2.1 计算原理概述15-17
• 2.1.1 计算流体力学方程15-16
• 2.1.2 数值传热学基本方程16-17
• 2.1.3 影响表面散热系数主要因素17
• 2.2 流热耦合求解域物理模型的建立17-19
• 2.2.1 基本假设17-18
• 2.2.2 求解域模型18-19
• 2.3 本章小结19-20
• 第3章 工频驱动条件下感应电机温升与流体流变特性分析20-34
• 3.1 感应电机基本参数及边界条件20-22
• 3.1.1 电机基本参数20-21
• 3.1.2 边界条件的确定21-22
• 3.2 工频驱动条件下感应电机温升分析22-26
• 3.2.1 机壳温升分布22
• 3.2.2 定子绕组温升分布22-24
• 3.2.3 温升计算结果与实验数值对比分析24-26
• 3.3 工频驱动条件下感应电机流体流变特性分析26-32
• 3.3.1 机壳外部空气流变特性分析26-29
• 3.3.2 电机内部空气流变特性分析29-31
• 3.3.3 风罩内空气流变特性分析31-32
• 3.4 本章小结32-34
• 第4章 PWM 控制下感应电机温升计算与分析34-56
• 4.1 PWM 控制的两种调制比驱动条件下电机损耗分布34
• 4.2 PWM 控制下 M=0.8 时电机温升数值分析34-43
• 4.2.1 M=0.8 时机壳温升分析36
• 4.2.2 M=0.8 时定子温升分析36-39
• 4.2.3 M=0.8 时转子温升分析39-41
• 4.2.4 M=0.8 时电机内空气温升分析41-42
• 4.2.5 M=0.8 时温升计算结果与实验数值对比42-43
• 4.3 PWM 控制下 M=0.9 时电机温升数值分析43-51
• 4.3.1 M=0.9 时机壳温升分析45-46
• 4.3.2 M=0.9 时定子温升分析46-50
• 4.3.3 M=0.9 时转子温升分析50-51
• 4.4 PWM 控制下电机温升相关敏感性分析51-55
• 4.4.1 机壳材料对电机温升分布的影响51-53
• 4.4.2 绝缘老化对电机温升分布的影响53-55
• 4.5 本章小结55-56
• 结论56-57
• 参考文献57-60
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文60-61
• 致谢61

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本文编号：343655