电机的热分析方法与应用

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1、网络首发时间：2017-11-1315:33微特电机2017,10(45),78-80电机的热分析方法与应用郑国丽丰帆黎民黄鹏程中车株洲电机有限公司导出/参考文献关注分享收藏打印摘要：着重介绍了3种电机热分析方法，包括类比法、等效热路法与数值解法。结合实例计算与试验数据，详细描述了每种H•算方法的基本原理、计算过程、应用范围以及优缺点，提及的计算方法和内容对电机热设计具有重要的参考作用。关键词：电机温升;类比法;等效热路法;计算机数值解法;作者简介：郑国丽(1984-),女，硕士研究生，工程师，从事工业特种电机传热与流动数值模拟研宄。收稿日期：2016-08-12Therma

2、lAnalysisMethodandApplicationofMotorZHENGGuo-liFENGFanZHOULi-minHUANGPeng-chengCRRCZhuzhouElectricCo.，Ltd,;Abstract：Threekindsofthermalanalysismethodswereproposed,includingtheanalogymethod,theequivalentthermalcircuitmethodandthenumericalmethod.Thebasicprinciple,calculationprocedure，theappli

3、cationrangeofeachcalculationmethodaswellasadvantagesanddisadvantagesweredescribedindetailwiththeexamplecalculationandtestdata.Thecalculationmethodsandcontentshaveimportantreferencevalueforthethermaldesignofelectricalmachines.Keyword：motortemperaturerise;analogymethod;equivalentthermalcircui

4、tmethod;computernumericalsolution;Received：2016-08-120引言以往电机热分析计算相对于电磁计算受到很少的关注，多采用类比法进行估算。随着国家对高效节能电机的推广，电机单机容量増加，电机结构紧凑，发热量大，为使电机获得良好的性能，增强电机的散热能力和降低电机的温度是电机设计主要攻克的难题之一，因此电机冷却技术对电机的发展起到至关重要的作用［卜3］。电机热分析方法主要有等效热路法和数值解法两种。热路法计算快，节省时间，难点在于需要根据热交换路径建立热路模型，以及采用经验公式计算热阻，热路的建立和热阻的计算是热路法计算温升的决定因素

5、。数值计算方法以计算传热学为基础U1。数值解法的优点是可以预测电机内部复杂的流域，比如端部绕组附近，风扇附近等旺盛揣流区域，并且可以进行二维和三维的流场、温度场求解，但是前处理时间消耗大，建模和网格划分占据了大部分计算时间。所有的电机热分析方法均有利弊，方法的选择依赖于设计者，设计者应权衡计算时间、计算方法准确性、可利用的资源等因素选择分析方法。准确的预测电机的热性能不是一个简单的工作，即使电机结构和使用材料物性都己知，电机内部复杂的热现象也不能单纯的通过数学方法求解，每种计算方法的采用都需要通过试验验证，校准计算方法的准确程度，逐步改进并完善算法。1类比法电机温升计算方法中

6、最简单的方法即为类比法，类比法是根据电机的热负荷估算温升的一种简便方法［5-6］。绕组右效部分的铜耗:Pen,=m2U2m2Npj-/24()2mJ式中:m为相数;N为每相线圈匝数;为每根导体有效部分的电阻;I为和电流；P为导体材料的电阻率;1为导体有效部分的长度;Afi为导体截面积;J为导体电流密度。电枢单位表而的铜耗：Pcu«ttDI2mNIIpJttDI=pAJ式中:D为定子内圆直径;A为线负荷。上式表明当绕组选用的材料一定，即电阻率P—定时，q,,与AJ成正比。由于么直接影响电机的发热与温升，因此，电机的温升与AJ的大小密切相关，当通风方式、散热条件不变时，对温升裕

7、度比较=K^~大的电机，可以直接采用类比，即47A6＞。AJ为己知电机温升的热负荷，A0为己知电机温升，A’J’为待求电机温升的热负荷，△9’为待求电机温升，K为系数。以结构相同，冷却条件相同，功率不同的电动轮异步牵引变频电机力例，采用类比法，根据热负荷估算电机绕组温升，并与试验数据对比，如表1所示。根据72kW电机绕组温升估算90kW绕组温升为48K，与试验值相差3K;根据75kW电机绕组温升估算110kW绕组温升为93K,与试验值相差5K。从试验结果来看，对于结构不变，功率改变的电机可采用类比法估算