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电机热分析国内外研究现状

时间:2019-03-31 09:50来源:毕业论文
电机设计制造水平一直在进步,电机热分析作为电机设计与故障检测的重要内容,伴随而发展。电机热分析的方法主要有以下三种:(1)简化公式法;(2)等效热路法;(3)数值解法

电机设计制造水平一直在进步,电机热分析作为电机设计与故障检测的重要内容,伴随而发展。电机热分析的方法主要有以下三种:(1)简化公式法;(2)等效热路法;(3)数值解法。
20世纪70年代以前,热分析基本采用简化公式法。该方法的思路是首先计算出电机各部分的热负荷,再借助牛顿冷却公式算得相应温升。这种方法计算简便,但是计算精度一般较差,逐渐被淘汰。
等效热路法的思路是在热路中,将温度相似的部分视为整体,并用单个节点加以代表。热阻代表部件之间的传热,并将节点分开。然后结合理论和经验公式计算出各个热阻和导热系数,最终得到温度分布。该方法的计算精度取决于热阻数和网络节点。由于计算量大小可以自行调整,计算结果也基本符合生产实际,所以沿用至今[5]。34077
上世纪70 年代,电机热分析的解析法理论基本成型,数值解法开始迅速发展。1974年,苏联A.N.鲍里先科等人的《电机中的空气动力学和热传递》一书系统介绍了传热学和流体力学在电机工程设计中的应用,较为详细地分析了电机发热和通风冷却的物理过程,并推导了有关数学公式。该书为电机热分析奠定了理论基础[6]。论文网
数值解法的思路是将计算域划分成若干小单元,然后在每个单元中列出相应方程,再求解方程组。该法将研究对象从总体转到局部单元,求出每个单元的温度情况,由点及面,从而更加合理准确。数值法又一般分为有限元法和有限差分法。

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    有限差分法首先将计算域进行网格剖分,将连续的计算域转化成有限个网格节点。利用合适的数值微分公式如泰勒展开式,用网格节点上函数值的差商代替方程中的微商,将原问题离散化为差分格式,从而建立相应代数方程组。
有限元法是把计算域划分为若干独立的单元,在每一单元内,选取几个合适的节点作为求解函数的插值点,用由各变量与所选用的插值函数构成的线性表达式代替微分方程中的变量,基于加权余量法或变分原理,将微分方程离散求解 [7]。
  1976年,Armor 等人首次将有限元法引入到电机的温度场计算,求出了大型汽轮发电机定子铁芯的三维温度场[8]。该文计算结果表明,数值计算法比解析计算法精度更高。
国外学者对电机温度场的研究展开较早。1988年 Siyambalapitiya 等人用有限元法研究了一台大型感应电机堵转情况下转子导条和端环部位的发热情况[9]。1999年 Shenkman等人用等效热路法研究了一台三相感应电机断相情况下的温度场[12]。2000年Hwang 等人建立了感应电动机的三维热分析模型,用有限元法求解了电机的热流方程[13]。2004年Maximini等人研究了鼠笼感应电机转子导条的温度变化情况[14]。2006年D.A. Staton介绍了一种应用于电机热分析的专业软件Moto-CAD,为研究电机热分析提供了一种新的途径[16]。
国内学者在电机热分析方面也取得了长足的发展。1995年陈志刚应用等效热网络和有限元两种方法计算了电机三维温度场[17]。 1998 年刘允松等人用有限元法分析了转子笼中的温度分布情况[18]。2000 年张新波、许承千用有限差分法分析了电机三维温度场,并在计算对流换热系数的时候引入气体热流的概念[19]。2005 年温志伟等人采用三维有限元法计算了实心转子同步电动机的转子温度场[20]。2010年王艳武等人采用有限元法建立电机转子三维导热模型,给出了模型边界条件,并在此基础上仿真研究了转子温度场和热应力场 [25]。2012年戈宝军等人建立了双馈异步发电机全域通风与温度的三维等效物理模型,给出了模型的边界条件,并利用有限体积法对方程进行求解 [26]。 电机热分析国内外研究现状:http://www.lwfree.cn/yanjiu/20190331/31458.html
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