防爆型水冷电机发热、换热与温度场计算研究

论文摘要

薄煤层电牵引采煤机用防爆型电动机的技术发展趋势是加大功率和功率密度;随着采煤机电机设计容量的不断提升,使电机运行时产生的单位体积损耗增长,引起电机各部分温度升高。因此改善冷却系统,限制电机温升成为采煤电机技术发展中的主要问题之一。采煤机用电机安装空间严格受限,通风条件恶劣,掌握电机各部分的温度场分布有利于冷却器的优化设计。本文按照鸡西煤矿实际采煤用电机建立了稳态运行时的温度场模型,模型的几何形状及其材料性质按照样机YBCM150-4建立。借用有限元法求解电机相关电磁量,计算结果可信,参考其中所得磁通密度值,可用以计算电机的电磁损耗,作为温度场的热源。并使用流体软件模拟了气隙流体场,分析空气分子的速度矢量分布。将气隙分成以导热为主要传热方式的层流层和以强制对流换热为主的紊流层,认为相比层流层,紊流层的热阻可忽略不计,利用热阻等效原则,换算出气隙的平均热导率,借此确定了求解区域的边界条件。最后,采用有限元软件对电机定、转子及水套的二维温度场进行了计算与分析,指出定子部分的最高温度点位于定子下层绕组近气隙侧,在此埋设电偶计,监督其温度变化,就可保障整个电机的安全运行。另外,加快水套内冷却水的流动能有效降低定子绕组温度,考虑选用恰当的流速,以最小的代价获取最佳冷却效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题的目的和研究意义
• 1.2 电机温升的一般计算方法
• 1.3 本论文的主要工作
• 第2章 防爆型水冷电机电磁场计算及分析
• 2.1 电机二维电磁场计算
• 2.1.1 二维电磁场数学模型
• 2.1.2 电磁场计算
• 2.2 防爆型水冷电机电磁计算结果分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 电机的发热与换热
• 3.1 电机的发热及热源计算
• 3.1.1 基本铁耗
• 3.1.2 附加损耗
• 3.1.3 铜耗
• 3.1.4 机械损耗
• 3.2 电机的冷却方式及冷却结构
• 3.2.1 电机的冷却方式
• 3.2.2 电机水冷却技术概述
• 3.2.3 YBCM150-4电机的冷却结构
• 3.3 本章小结
• 第4章 防爆电机温度场与流体场的基本理论
• 4.1 传热学的基本定律
• 4.1.1 热量传递的三种基本方式
• 4.1.2 热传导定律
• 4.2 流体动力学基础
• 4.2.1 计算流体力学概述
• 4.2.2 流体流动的基本概念
• 4.2.3 计算流体力学控制方程
• 4.3 本章小结
• 第5章 防爆型水冷电机温度场计算与分析
• 5.1 防爆型水冷电机温度场计算模型
• 5.1.1 二维稳态导热控制方程
• 5.1.2 二维稳态换热控制方程
• 5.2 计算区域及离散
• 5.3 各导热系数及表面换热系数的确定
• 5.3.1 环境温度及导热系数的确定
• 5.3.2 各表面换热系数的确定
• 5.4 气隙等效热导率的确定
• 5.4.1 气隙空气速度矢量场的基本假设
• 5.4.2 气隙空气速度质量场计算结果和分析
• 5.5 温度场计算结果与分析
• 5.6 流速对冷却水热特性及电机温度场的影响
• 5.6.1 流速对冷却水热特性的影响
• 5.6.2 流速对防爆型水冷电机温度场影响
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢