| 发布日期：2024-09-22 05:59 点击次数：82 |
【征询配景】
在电机中，传热假想和电磁假想相通首要，因为电机的温升决定了电机的输出功率。执行上，电机的传热和传质假想可能比成例电磁假想更难更复杂，因为热流求解是个三维筹算问题。温升有两方面。
频频来说，大多数电机，尤其是像传统全闭塞感应电机这类功率密度较低的电机，齐是通过空气热对流、电机紧固件的热传导以及热放射（进程较小）来确保填塞散热的。
在一些功率较大、转速较快的机器里，还会用到径直冷却的方式。冷却液（举例空气）会被强制通过机器，这么就能把机器里面零件的热量带走。
其次，除了散热，还得接洽热源分散，也便是机器各个部位的损耗。如果知谈机器各部分的损耗分散和散热功率，就能评估机器内的热量分散了。假想电机主要尺寸，传统方式是用行使所有（电机常数）。
这种方式一般可以让传统结构知足要求：电机能收地方需性能，且不会超温。
然而，如果假想者思提高电机性能、收缩尺寸、改结构，或测试新的冷却方式或更低廉的材料，那就得有高效的损耗筹算和热分析器具才行。
畴昔几十年，好多学者齐征询过电机的热分析，最常见的方式是用重复参数，比如热阻网罗。
在这些模子中，接洽了机器里面的径向和轴向热传导，以及斗争过渡层的存在，筹算责任少，却能结束知足日常假想指标的热分析。还能接洽冷却液的加热，用热阻示意冷却液的流动。
现在，电机热分析限度的征询主要鸠合在开拓更详备的整块参数模子、评估热参数对热分析精度的影响以及开拓更详备的热对流和热放射建模战术上。
除了重复参数，东谈主们还对数值方式（如有限元法(FEM)）的不同热分析器具进行了宽泛征询。数值模拟的发展趋势是接受电磁和热能耦合模拟平台。有限元法在求解电机里面温度分散方面的主要上风是，能比使用热阻网罗更精准地求解热传导。
有限元适用于转子转速慢、机器里面热传导主如果径向的场合，其模子可用于单个机器部件内温差大的瞬态或稳态问题。
不外，在整个电机的热分析顶用有限元，主要污点是热问题的三维特质、薄斗争过渡层的处治，以及难以接洽冷却液的加热。本文对高功率密度径向通量电机进行了基于整块参数的热分析。
【热模子诠释】
在进行为向通量电机的热分析时，使用重复参数，这既与结构议论，也与筹算议论。
当先，径向通流式电机的结构部件大部分是圆柱形的，是以可以用简化 T 等价块，也便是多节点树立或传统界说的热阻。选择取决于所需的碎裂化进程。
如果碎裂化进程低，优先选 T 等效块；但碎裂化进程高了，多节点树立的平正就不大了，是以复古用传统热阻。此外，整块参数能处治扫数热传导机制，比如传导、惯性和放射。
从筹算角度看，这少量和由此产生的用线性方程组示意机器热状态的执行偏微分方程组，是个权贵上风。此外，冷却流体在流动旅途中的加热经过，能用整数参数示意。下文会详谈不同传热机制的处治方式。
接下来咱们来望望T等值块的组件。上图所示的一般圆柱形部件是扫数圆柱形机器部件的基础部件。
假定圆柱体里面径向和轴向的热流孤独，由单一平均温度决定，无圆周热流，且热量均匀分散。以此为要求，可求得轴向和径向热传导方程的两个孤独三端网罗。
每个网罗里，齐有两个端子代表部件的对应名义温度，还有一个端子代表部件的平均温度。就像图上这么，两个孤独的三端网罗齐跟平均温度节点连在整个。元件的损耗四肢电源注入平均温度节点。在作念瞬态建模时，平均温度节点上还要加一个热电容，用来形色元件储存热能的才调。
在高层碎裂化的情况下，毋庸 T 等效块，而用应用来构建机器各结构部分的轴向和径向热阻网罗。
这么能更详备地形色各个机器部件，因为可以按需要的精度来选机器结构部件的径向和轴向层数。尤其在对复杂结构方式（比如立时绕组定子绕组）进行建模时，这种建模战术在筹算精度方面更有上风。
在对定子等层叠结构进行热量建模时，要注重其径向导热所有最大。由于有电介质涂层，该结构轴向的灵验热传导率比拟径向相应值低得多。
是以，层叠结构中主要的传热阶梯是径向的。这在定子绕组中也会出现。接洽定子槽里的绕组时，轴向导热所有跟铜差未几，约为 400W/m?C。
小程序开发因为绝缘层不同，是以径向导热所有低好多，敷陈中的数值远小于 1W/m?C。由于轴向和径向热传导率各别昭彰，线圈损耗产生的热量会从定子叠层区域鼎新到端部绕组，临了通过热对流到冷却液中。
不外，绕组径向热阻大，不论结尾绕组对流换热咋样，冷却液和结尾绕组温差齐大。是以，电机最高温频频在结尾绕组区域。给特定绕组结构作念热建模，挺难的。一般来说，绕组分红型绕组和立时绕组。
上文说，轴向绕组的热模子可以通过假定热量只通过绕组铜片来简化。然而，径向和切向绕组结构的建模更有难度。还有，在成型绕组的情况下，凭据需要的精度，可以把不同匝数的绕组和不同的绝缘材料当成特殊块建模，加到现存的热模子里。
这很简便，因为槽内绕组匝数的主见是细目的。但对于立时绕组，情况就十足不同了。绕组匝数的具体位置是未知的，因为绕组匝数是由平行贯穿的导线构成的。是以，管理系统开发公司必须界说绕组决策的等效模子。
如图所示，这是一个基于等效槽尺寸评估的模子，它简便地抒发了某种绕组决策，同期也接洽了槽的方式。
结尾绕组空间的对流传热建模也挺贫苦的。结尾绕组的几何方式太复杂了，机器里面流体的对流传热也不明晰。终点是结尾绕组周围冷却流体的速率很难评估，这就使对流换热的评估也变得复杂了。
比如，通过气体横流中圆柱体的议论方程，能了解端部绕组对流的一些情况。大多数对于绕组结尾冷却的假定齐是学问，被视为精良机器假想的基本准则。可当看到新的机器结构时，这些假定可能就行欠亨了。
是以可以说，精准评估机器结构内不同位置的吸力所有很难，因为流体速率和议论名义的特质会对流动区域有很大影响，从而影响吸力所有。
事实上，要精准评估对流所有，得进行一系列筹算流体能源学（CFD）筹算。但这需要多数的筹算责任和流体能源学限度的专科知识，是以不适合日常假想。不外，在大多数情况下，用努塞尔特数议论所有来评估对流所有，可以很精准。
181期：生死存一线，小算四害毒开（230）
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【热损消耗失】
评估里面损耗量和分散对热分析很关键，电机里面热损耗分电气损耗、摩擦损耗、气体流动损耗三种，得注重，摩擦损耗和缓体流动损耗跟转速议论，转速高时才昭彰。
在咱们所开拓的热模子中，并莫得接洽透风机形成的损耗。因为透风机并非里面热源，它产生的热量会在冷却液投入电机前被滚动掉。
摩擦损耗和缓体流动损耗是通过分析算出来的，电气损耗，像定子和转子铁芯中的铁损耗，以及定子绕组中的焦耳损耗，是通过二维有限元分析和半训诲方式算出来的，这个方式用了电磁场求解的甘休。
【电损耗】
最常见的评估电气损耗的方式是二维非线性时辰步进有限元。旨趣简便：电机电磁场用磁矢势形色，方程联电路方程，模拟电源。结尾绕组建模有罕见电阻电感，接洽其对磁场解法的影响。
需要注重的是，定子绕组电阻与温度议论，是以电阻损耗也和温度议论。在筹算电气损耗时，可以用两种方式接洽定子绕组的温度议论性。第一种决策，是通过在耦合场-电路方程的数值解中，使用估算运行温度下的相位电阻，来径直获得绕组中的损耗。
这种方式频频挺精准的，但因为定子槽里绕组的温度执行上比端部绕组低，是以端部绕组的损耗会被算低了。还有一种主张，便是在执行热分析中反复算定子绕组的损耗。在这种情况下，从耦合电压驱动场回路分析中得到的相电流，会被当成绕组损耗筹算的输入值。
冷却液通过机器时的温度如图所示。冷却液运转温度为 Tin，从左侧结尾绕组顶部的孔投入机器。冷却液在投入气隙前，因接收了左侧端部绕组的热量而升温。
投入气隙前，冷却液的平均温度是 T1，在气隙中，冷却液从转子和定子接收热量，气隙内冷却液的平均温度为 T2，之后冷却液的平均温度是 T。
【应用实例】
当先，咱们会接洽一台 430 千瓦的高速实心转子感应电机。在这种特定气象下，热分析的主要指标是取得机器的温度分散与冷却气体体积流量的函数关系。此外，也征询了指点部分冷却空气径直投入结尾绕组对结尾绕组温度的影响。
第二个应用是 45 千瓦低速分数槽 PMSM，其转子铁芯由叠片构成，内嵌 V 型磁铁；第三个应用是 1.56 兆瓦分数槽偏置极永磁同步发电机。这两种磨练机的征询旨在考据模子的功能，以估量不同尺寸类别的低速机器类型的最终温度。
分析的诞生是一台三相南北极 430 千瓦 170 赫兹的实心转子感应电机，转子为狭缝实心结构。它是芬兰斯维奇电机公司的家具。定子槽有 60 个，转子狭缝为 40 个。定子叠片灵验长 310 毫米，定子分两部分，中间有一根径向冷却管。
转子铁芯材料是结构钢，转子有铜质端环。机器靠空气冷却，好多冷却空气经径向冷却管谈去气隙，气隙气流分两路，折柳到两头。
可以指点部分冷却空气通过机架上的孔，径直流向端部绕组上部空间，增强冷却效能。在机器驱动端和非驱动端，送入端部绕组空间的冷却空气量换取。
空气从机器端板上的孔排出机器结构。这是所分析机器的图，机器的轴向结构由两个相通的部分构成，中间用冷却管谈离隔。行使这个轴向对称，在热分析中，只对一半机器几何方式建模，用 T 等效建模。
由于在径向和轴向齐用了 T 等效块，是以在部件的热节点中引入了每个结构部件内的相应损耗量。这图裸露了一个由 15 个节点构成的网罗，冷却矩阵是用来模拟冷却空气的加热的。要注重的是，用冷却矩阵得精准知谈冷却空气流路不同部分的冷却空气体积率。
狭缝转子结构中，气隙是最关键的流动旅途，因为气隙流执行分两部分，一部分经执行气隙，另一部分经转子狭缝。流经各流谈的冷却空气体积流量，是通过设两流谈压降特殊算出的。
如图所示，这是在额定运行点以及冷却空气总容积流量为 0.37 立方米/秒时的筹算温度和测量温度。
【征询回来】
讲了个基于整块参数的筹算模子，能给高功率密度径向通量电机的热分析用管理系统开发公司，性能还在应用中考据了。磨练机结构不同部位的筹算温度和测量温度关系可以。
