基于温度场和流场的一种同步机的结构优化设计

发布时间：2017-10-25 12:38

  本文关键词：基于温度场和流场的一种同步机的结构优化设计

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【摘要】：电机产业发展已经有一百多年的历史,它不仅是国民经济各行业中的关键设备,而且在人们日常生活中的应用也越来越广泛。电机在运行过程中产生各种损耗,这些损耗作用于电机相应部件使电机温度升高,这将直接影响到电机的出力、效率等性能和经济技术指标,同时也直接影响到电机运行的可靠性和使用寿命。温度场计算是大型同步机设计的主要任务之一,在电机状态监测和故障诊断中,其重要的判据之一也是温升数值。准确地预测大型电机的温度场分布,尤其是对最高温度点的数值预算非常重要。本文通过数值模拟分析一种同步机的温度分布,采用有限体积法的Ansys Fluent计算模拟了一种大型同步机的温度分布和流场分布情况,同时对该同步机进行了优化设计和改进设计,并对各设计方案进行模拟结果分析。原结构同步机的流场模拟结果显示,转子旋转时虽有大风量产生,但由于定子径向通风道小,很难有效的通过定子到外围。在定子绕组端部,由于端部空间与外框架未形成有效的通路,风速在此循环,无法有效的将热空气带走。温度场模拟结果显示,转子部件温度明显高于定子部件温度,巨大的温差不利于有效利用定转子绕组绝缘特性。优化设计后电机铁心长度缩短18%,降低了该电机的生产成本,而且使最高温度降低2.8%,并缩小了定转子线圈温度差。改进方案在优化方案基础上增设通风孔,最终使得最高温度降低5.5%,定转子线圈温差缩小至8K,流量增加了33.6%。并能满足该电机的F级绝缘B级考核要求。
【关键词】：同步电动机 温度场 流场 优化设计
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM307
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 绪论12-18
• 1.1 课题背景12-13
• 1.2 大型电机冷却问题13
• 1.3 电机通风方式13-16
• 1.4 本文研究的方法及内容16-18
• 第2章 计算流体动力学理论基础18-24
• 2.1 流体动力学控制方程18-22
• 2.1.1 质量守恒方程18-19
• 2.1.2 动量守恒方程19
• 2.1.3 能量守恒方程19-20
• 2.1.4 湍流控制方程20-22
• 2.2 通用控制方程形式22
• 2.3 本章小结22-24
• 第3章 电机温度升高计算方法24-34
• 3.1 电机损耗24-25
• 3.2 温度场的数值解法25-30
• 3.3 ANSYS FLUENT介绍30-34
• 第4章 同步机的传热耦合的温度场计算34-48
• 4.1 同步机的参数34
• 4.2 同步机模型34-35
• 4.3 Fluent计算设置35-43
• 4.4 同步机数值模拟计算结果分析43-46
• 4.4.1 流场分析43-45
• 4.4.2 温度场分析45-46
• 4.5 本章小结46-48
• 第5章 同步机温升改进方案计算48-56
• 5.1 优化方案：缩短铁心长度48-51
• 5.2 改进方案：在优化方案上建立通风孔51-54
• 5.3 本章小结54-56
• 第6章 总结与展望56-58
• 6.1 总结56
• 6.2 展望56-58
• 参考文献58-60
• 致谢60-61
• 学位论文评阅及答辩情况表61

【共引文献】

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本文编号：1093798