感应电机三维温度场建模与仿真计算.pdf

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1、船电技术l应用研究感应电机三维温度场建模与仿真计算王治军，高忠峰，周茜(1．海军航空兵学院，河南济源454650；2．91446部队，河北涿州072750)摘要：本文以自行研制的5．5kW五相异步电机为研究对象，建立了三维温度场有限元计算模型。采用顺序电磁一热耦合方法，将电磁场分析中的节点损耗作为热源施加到温度场计算中，完成了对电机稳态温度场的计算，得到了电机内部各部件的温度分布，并以此为基础，研究了不同温度条件对感应电机参数和运行性能的影响。关键词：异步电机有限元方法顺序电磁热耦合温度场参数分析中图分类号：TM343文献标识码：A文章编号：1003．4862(2014)07．0030-

2、05ModelingandSimulationCalculatingofanAsynchr0n0usMotorin3DThermalFieldWangZhijun，GaoZhongfeng，ZhouQian2(1．NavalAviationAcademy，Jiyuan454650，Henan，China；2．No．91446UnitofPLA，Zhuozhou072750，Hebei，China)Abstract：／nthispape~an3Dthermalfiniteelementmodelisbuiltintostudytheselfdesigned5．5kW5phaseasynch

3、ronousmotorTheanalysisofsteadystatethermalfieldisresolvedinsequentialelectromagnetic—thermalcoupledmethodwhichtakestheelectromagneticlossofnodesastheheatsourceinthermalfieldcalculation．Inthisway,thethermalfieldineachcomponentofthemotorisobtained,andcomparisonofmainparametersandtheperformanceindex

4、esvariationiscarriedoutonthebasisofthethermalanalysiscalculationresults．Thisisthefoundationstudyfo，．electromagneticdesignaswellasheateliminatingmeasurementofelectricmachines．Keywords：asynchronousmotor；finiteelementmethoa~sequentialelectromagnetic-thermalcoupling；thermalfielv~parameterana~sis计算了电机

5、的稳态温度场，但没有作温度对电机0引言参数影响的讨论：我国学者李伟力对电机的温度电机是一个涉及多物理场、强耦合的研究对场进行了详细计算与分析，不过其研究对象多为象，对于某些特种电机，其应用场合特殊，工况大型发电机，对于应用广泛的中小型电机未作进复杂，传统单场研究手段已不再适用，而建立涉一步研究；文献[8]中建立了异步电机的精确热网及温度、流体和电磁等多场耦合的电机设计和分络模型，通过CFD(计算流体动力学)计算了机析方法逐渐成为人们的研究热点。壳表面散热槽内冷却空气的流速分布，这些研究文献【1]、[3】介绍了通过建立电机轴向剖面2对于电机温度场有限元计算具有重要意义。维有限元模型来计算电

6、机温度场的方法，但没有本文以一台5．5kw五相异步电机为研究对考虑绕组端部的温度，轴向上温度差异也无法体象，建立了其有限元三维模型，应用电磁和热的现；文献【4—6】建立了电机定子三维有限元模型，顺序耦合方法计算了电机稳态温度场，得到了电机内部各部件的温度分布，并以此为依据，比较了不同温度条件下电机主要参数与性能指标的变收稿日期：2013．11-12作者简介：王治军(1985一)，男，助理工程师。研究方化，为电机电磁和散热的优化设计打下基础。向：电机与电器。30船电技术l应用研究1温度变化对异步电机参数及性能影响V(~'r60V)=一(3)研究其中，为三维标量电位，占，，CO分别为相对介电

7、常数和真空的介电常数，为体电荷密度。联制造电机所应用的绕组、鼠笼导条与铁心等立麦克斯韦微分方程可解算电场强度E和电位移材料对于电能、磁能的传导性能会随着温度变化矢量D，计算式如下：而改变。从建立电机数学模型的角度来看，在不fE：一同温度条件下，实际上是方程的参数矩阵发生了{lD．f4、=(一)数值变化。因此，由数学模型所做的一系列推导三维静磁场的麦克斯韦方程组如式(5)所示：都会发生相应变化。下面分别从电机内部电路与磁路的参数变化j