20MW隐极电机转子风路入口局部堵塞时热流场模拟

发布时间：2017-09-30 23:01

  本文关键词：20MW隐极电机转子风路入口局部堵塞时热流场模拟

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【摘要】：在电动机研发设计过程中,温升已经成为一个制约因素。随着电机电磁负荷和热负荷的升高,准确合理的模拟电机内部冷却介质的流动状态及温度分布变得至关重要,计算流体动力学由于能够满足以上要求而受到越来越广泛的关注。本文采用有限体积法,分析电机内部冷却介质状态及各部件温升,为电机研发工程师提供可靠有效的数据。本文以转子风路入口局部堵塞的20MW隐极同步电动机为例,对堵塞故障状态下定转子一体化流场及转子多槽温度场进行模拟研究。首先,建立三维物理模型,数值计算了额定工况下1/8三维整机内部湍流流场,分析堵塞故障下电机内部流量、速度场、压力场的分布规律,得出堵塞故障对定转子一体化流场的影响,数值计算结果与实验结果相对误差满足要求,说明数据计算的准确性。其次,在流体场三维物理模型的基础上,增加计算域转子各槽的固体模型,包括绕组、绝缘、垫条、护环等结构,给出热源数据,进行转子槽入口风路局部堵塞时,转子多槽温度场的模拟研究,得到转子端部及本体段处的温度分布情况,对转子转动方向变化产生的影响进行研究,并将风路最长的转子槽温度与厂家应用其他软件得出的结果相比较。最后,对隐极电机CFD数值计算结果影响因素进行探究,风路结构变化包括转子端部直段采用一路与一路半通风结构、端部弧段绕组入口位置、及转子槽外冷风区大小以及风路是否堵塞,湍流强度,研究其变化对整体风量分配、转子温度等的影响。结果说明,转子槽端部弧段入口局部堵塞后,进入转子的风量及转子的温度均发生相应的变化,在实际研发设计及安装过程中,应尽量避免堵塞故障的发生。本文研究成果可为类似电机能否安全运行及转子槽入口局部堵塞故障的检测及改进提供理论依据。
【关键词】：隐极同步电动机 堵塞 整机流场 转子温度场 数值模拟
【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】：2016
【分类号】：TM302
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题研究目的及意义10
• 1.2 隐极电动机冷却技术研究现状10-14
• 1.2.1 国内研究现状10-12
• 1.2.2 国外研究现状12-14
• 1.3 课题来源及主要研究内容14-15
• 第2章 隐极电机及CFD数值计算概述15-20
• 2.1 隐极电机结构简介15-16
• 2.2 电机常见故障16-18
• 2.3 电机发热与冷却18
• 2.4 数值模拟方法简介18-19
• 2.5 本章小结19-20
• 第3章 隐极电机转子风路局部堵塞时一体化流场分析20-38
• 3.1 通风系统简介20
• 3.2 物理模型及网格划分20-25
• 3.2.1 物理模型21-23
• 3.2.2 网格划分23-25
• 3.3 数学模型及求解条件25-27
• 3.3.1 数学模型25-26
• 3.3.2 求解条件26-27
• 3.4 计算结果及分析27-37
• 3.4.1 定转子一体化流场特性分析27-29
• 3.4.2 转子堵塞流场特性分析29-34
• 3.4.3 定子及气隙流场特性分析34-36
• 3.4.4 结果准确性分析36-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第4章 隐极电机转子风路局部堵塞时转子多槽温度场分析38-53
• 4.1 转子通风系统介绍38-40
• 4.2 求解条件设置40-41
• 4.3 转子多槽温度场特性分析41-51
• 4.3.1 转子计算域温度分布41-42
• 4.3.2 转子槽中心截面温度分布42-44
• 4.3.3 转子端部温度分布44-47
• 4.3.4 转子本体段温度分布47-51
• 4.4 变转向转子多槽温度场特性分析51
• 4.5 结果准确性分析51-52
• 4.6 本章小结52-53
• 第5章 隐极电机CFD数值计算结果影响因素分析53-63
• 5.1 转子通风结构对计算结果的影响53-60
• 5.1.1 一路半与一路通风结构的影响53-57
• 5.1.2 转子端部弧段绕组入口位置的影响57-59
• 5.1.3 转子端部外冷风区的影响59-60
• 5.2 湍流强度变化对电机热流场的影响60-61
• 5.3 堵塞与否对电机流量的影响61
• 5.4 本章小结61-63
• 结论63-65
• 参考文献65-70
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文70-71
• 致谢71

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本文编号：950878