船用高功率密度永磁发电机的温度场研究

发布时间：2017-09-24 20:43

  本文关键词：船用高功率密度永磁发电机的温度场研究

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【摘要】：作为船舶电力系统的发电设备，船用高功率密度永磁发电机拥有更小的体积、质量，及更高的功率密度。散热困难是目前影响高功率密度永磁电机长期稳定可靠运行的主要原因之一。能够在高功率密度电机设计阶段就得到各部分准确的温度分布，对于其热设计具有积极的指导作用。 从准确计算高功率密度永磁电机温度场角度出发，基于电机内流场-温度场耦合数值计算理论，借助商用计算流体动力学（CFD）分析软件Fluent，对一系列连续定额工作制的高功率密度永磁电机的流-热耦合场进行了计算，得到满足工程计算精度的电机各部分温度分布。 首先对一台功率密度为0.9kW/kg的定子外水冷车用永磁电机的整体流-热耦合场进行了计算，得到了电机整体的温度场分布。然后用通过样机的温升试验得到的电机温度场特定位置的实测数据与计算数据作比较，验证了样机计算模型和等效方法的正确性。 其次根据经过验证的样机热-流耦合场计算模型和等效方法，对一台功率密度为1.27kW/kg的船用高功率密度永磁发电机的流场-温度场进行了耦合计算。其冷却结构为定子外水冷水套、风套和转轴安装轴流风扇，用定子外圆等效为对流散热面的方式连接了水套和电机本体热-流耦合场的计算，分别得到了水套和电机本体的温度分布，并定量分析了水套内冷却水流量对电机各部分温升的影响。 最后根据经过验证的样机热-流耦合场计算模型和改进的等效方法，对一台功率密度为1.82kW/kg的空水冷船用高功率密度永磁发电机的流场-温度场进行了耦合计算。对于给定的轴向冷却空气流量和通风冷却系统，流场和温度场的计算结果表明极大提高了冷却气流的有效利用率。改进的等效模型更好的模拟了定子绕组端部区域空气的流动情况，提高了定子部分温度场计算结果的精度。根据流场-温度场的计算结果，，得到了电机各部分详细的温度分布。
【关键词】：高功率密度 船用电机 有限元 流场 温度场
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U665.1
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 绪论12-21
• 1.1 课题研究背景与意义12-14
• 1.1.1 课题背景12-13
• 1.1.2 课题研究的目的与意义13-14
• 1.2 课题研究现状14-19
• 1.2.1 永磁电机损耗计算14-16
• 1.2.2 永磁电机温度场研究现状16-18
• 1.2.3 存在的问题18-19
• 1.3 本文的主要研究内容19-21
• 第二章 高功率密度电机流场-温度场计算理论21-38
• 2.1 电机内流场计算理论22-32
• 2.1.1 高功率密度电机的冷却介质及其基本特性22-24
• 2.1.2 电机内流场的计算方法24-32
• 2.2 电机内温度场计算理论32-37
• 2.2.1 电机温度场计算方法32-34
• 2.2.2 电机三维稳态温度场的数值算法34-37
• 2.3 本章小结37-38
• 第三章 样机流场-温度场计算及验证38-50
• 3.1 水套流场和温度场计算结果38-42
• 3.2 样机本体稳态温升计算结果42-45
• 3.3 样机的温升试验45-48
• 3.4 温度场计算结果与实验结果对比及分析48-49
• 3.5 本章小结49-50
• 第四章 船用高功率密度永磁发电机温升计算分析50-88
• 4.1 260 kW 水套冷却样机流场-温度场计算与分析51-68
• 4.1.1 计算域及其网格划分52-55
• 4.1.2 边界条件55
• 4.1.3 计算结果分析55-67
• 4.1.4 结论67-68
• 4.2 1 MW 空水冷样机流场-温度场计算与分析68-86
• 4.2.1 概述69
• 4.2.2 计算模型介绍及网格划分69-72
• 4.2.3 边界条件与求解设置72-74
• 4.2.4 计算结果分析74-85
• 4.2.5 结论85-86
• 4.3 本章小结86-88
• 第五章 结论与展望88-91
• 5.1 结论88-89
• 5.2 展望89-91
• 参考文献91-95
• 致谢95-96
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文96

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 杨松;柳长江;;基于fluent的大中型永磁电机端部流场和温度场计算[J];船电技术;2009年10期

2 江善林;邹继斌;张洪亮;;电梯曳引PMSM三维暂态温度场的数值计算与分析[J];电工技术学报;2007年10期

3 夏海霞;李桃;倪光正;;发电机通风系统流场及转子温度场分析[J];电机与控制学报;2007年05期

4 孟大伟;刘宇蕾;张庆军;徐永明;;潜油电机整体三维温度场耦合计算与分析[J];电机与控制学报;2010年01期

5 李伟力;陈婷婷;曹君慈;曲凤波;张宇;;高压永磁同步电动机永磁体隔热分析[J];电机与控制学报;2012年02期

6 陈德为;王水发;谢延兴;;异步电动机的温度场仿真分析[J];福州大学学报(自然科学版);2012年01期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 江善林;高速永磁同步电机的损耗分析与温度场计算[D];哈尔滨工业大学;2010年

本文编号：913389