南宫官网改正带绕组全封锁电扇冷却感到电机末尾地域的冷却结果

　　为了维系竞赛力，电机缔造商正正在普及电机和发电机的功率密度。这就带来了热挑衅，由于电机的温度越来越高，会影响本能和预期寿命。所以，精准的热认识和安排对改正电机冷却至闭要紧。

　　本文将先容为带绕全封锁电扇冷却（TEFC）觉得电机安排更始冷却本领的钻研。正在大型TEFC异步电机中，最高温度通俗闪现正在末了绕组。本文先容了为钻研这些机械末了区域的气流和传热心况，以确定若何改正热本能而展开的钻研。

　　揣度流体动力学（CFD）被用来模仿气流和热通报。然后通过实行验证筑模，以加强对行使CFD的决心。随后举办了一系列考察，以测试对末了区域安排的少许或许更始，并呈报了冷却本能的变革。

　　因为杂乱的气流形式对热量通报起着主导感化南宫官网，所以最难完成。表I中列出了相闭末了绕组传热系数的钻研结果摘要南宫官网改正带绕组全封锁电扇冷却感到电机末尾地域的冷却结果。目前对TEFC机床末了区域气流场的本质完毕了集体相似，该气流场由叠加正在主旋涡流上的两股闭键再轮回流构成。

　　除了端部绕组的传热系数表，还对端部区域的流体活动举办了具体钻研。一股较强的再轮回环形涡流存正在于漩涡上方。

　　一股较弱的再轮回气流穿透亲切其底部的末了绕组，正在末了绕组后面向高尚动，并穿过末了绕组的顶端，与另一股闭键再轮回气流汇合。这些二次流如上图所示。通气式机械中的流场也取得了钻研。

　　热传导闭键受末了区域气流的影响，固然这一点通常可能定性意会，但除非行使CFD，不然很难定量评估安排蜕变对气流的影响，极端是正在商酌新筑设的景况下。

　　钻研行使了一台200千瓦带状绕组高压南北极TEFC异步电机非连绵端的端部绕组。通过切割定子（蕴涵最终几片定子叠片）将端部绕组从电机定子上拆下。然后将端部绕组装配正在一个试验台架上，以模仿端部区域。框架和端盖由莹石造成，以帮帮调查。

　　通过变速电机驱动带有转子杆延迟个别和端环的模子轴和转子。转子上相应地装配了导流板和其他电扇机闭。

　　上图显示了钻机的半剖面示希图，声明晰闭键尺寸和其他部件的身分，如楔块、端环和转子杆延迟个别。

　　正在要害身分行使五孔气流探头衡量均匀速率。其它，还正在适应的身分行使连绵正在杆末了的羊毛束举办了浅易的活动目测，以领略一共流场的偏向。末了绕组中的一个线A直流电），通过欧姆加热形成热量。

　　微箔片热通量传感器（RdF公司分娩的27036-3型）由热电堆和T型热电偶构成，用于衡量加热端绕组线个身分的热通量和壁温，如上图所示。热通量传感器的尺寸为6毫米×17毫米，厚度为0.3毫米，体积幼，重量轻。

　　正在装配时，连绵线应位于假定气流偏向的下游。统统连绵线都用胶带粘正在末了绕组线圈上，其身分对气流的影响最幼。为了衡量通过Perspex框架的热通量，正在框架表侧安排了电热垫，与每个热通量计相对应。

　　这些电热片直径约为50毫米，向机械内供应热通量，由热通量计衡量。节造热通量是为了使框架内部的天然对流与端部区域内氛围贯通所形成的强造对流比拟不会太彰彰南宫官网，同时也是为了确保Perspex框架不会过热。

　　高雷诺数湍流气流的传热系数闭键由皮相气流决断，与热通量的巨细或偏向根本无闭。数据纪录器纪录了这些热撒播感器的读数，然后求出5分钟的均匀值。

　　驱动电机的机架可能自正在回旋，扭矩反感化于校准过的横梁风扇，所以横梁的挠度表现力，进而表现电机扭矩。正在驱动电机上衡量的扭矩还蕴涵轴承和驱动电机的摩擦损耗。

　　通过正在没有转子铁芯模子的景况下操作试验台，可能息灭这些损耗。转子和轴正在末了区域的风动功率损耗是遵照驱动装配上的扭矩测得的。

　　有很多差异的本领可用于电气和电子体系的热筑模。古代上，浅易的热阻叠加参数搜集被用于竖立杂乱体系的模子，比方如完全的电机和电子封装。然而，固然这些整数参数模子合用于一共体系，但通俗无法供应杂乱三维形势固体内部温度漫衍的具体新闻，也无法预测杂乱的流体活动和对流换热系数。

　　所以须要更具体的模子，通俗行使有限元软件来具体刻画固体内部的热传导景况。为了模仿杂乱构造中的气流并预测对流换热系数，CFD软件是一种适应的器械，它已获胜用于电机电扇的安排以及电机中气流和热通报的筑模。

　　本文行使CFD对电机末了区域的气流和传热举办筑模。行使的是通用CFD软件FLUENTv.6。回旋参照系本领用于商酌转子的回旋。竖立了两个参考框架，一个包罗统统回旋部件，即轴、转子、端环和布掸子，另一个固定参考框架包罗电机框架、端罩和端绕组。

　　只对端部区域的45o扇形区域举办了筑模，由于它与转子上的八个晶片是回旋对称的。因为末了绕组涉及杂乱的几何形势，所以采用了非机闭化网格，蕴涵修筑了四面体单位。行使了准则k-ε湍流模子和准则壁面函数。

　　天生的初始网格巨细约为3毫米，正在得出初始解后，采用了基于速率梯度、体积变革和亲切壁面的单位中的y+值的符合本领。选拔亲切壁面的单位的y+值是为了正在CFD代码顶用壁面函数准确表现亲切壁面的界限层。然后再次求解取得的细化网格。

　　反复这一进程，直到求解结果与网格无闭。通常来说，独立于网格的解法约莫须要800000个单位。统统模子均以1700r/min的速率运转。末了绕组皮相的温度恒定为140oC，而机架温度则设定为20oC。选拔这些温度是为了代表机械中的范例界限条款，但CFD揣度出的对撒播热系数与温度的闭连不大。

　　为了加强对模子的决心，举办了CFD验证。上图显示了两个模子之间正在参考平面上衡量到的气流速率巨细比较。可能看出，CFD和实行之间的吻合度很高。

　　对CFD预测的端部绕组传热系数和实行衡量的传热系数举办了比力，上图显示了端部绕组线个热流计身分的传热系数的衡量值和CFD预测值的比力。

　　结果发觉，遵照衡量的局限传热系数的面积加权均匀值确定的整个端部绕组传热系数与CFD预测值的偏差正在7%以内。

　　以前曾对该电机端部绕组的传热举办过钻研。此中刻画了电机速率、绕组长度以及端部绕组与端部防护罩之间间隙的影响。正在本次考察中，CFD被用于钻研对端部区域安排举办更基础性的修正，以确定是否可能改正端部绕组的冷却效率。

　　这些修正蕴涵以下实质：挪动隔离末了绕组线圈的下垫片的身分；正在导流板上方增补一个氛围导流板；行使高而窄的裹尸布；末了绕组上方的轴流风机；电扇亲切末了防护罩。

　　下文对这些修正举办了更周至的刻画，并对其效率举办了评述。正在每种景况下，CFD模子都用于对以下方面举办预测：末了绕组的总传热系数；端盖和框架的整个传热系数；通过末了区域的氛围，从末了风口到框架的整个对流热阻；风偏吃亏。

　　这些数据见表II。安排蜕变的效率与参考景况举办了比力，参考景况下的地质计量如上图所示，转子转速为1700r/min。

　　垫片为末了绕组供应了刻板刚度，但也节造了氛围通过末了绕组的穿透力南宫官网。这或许会删除热传导。钻研发觉，下间隔片的最佳身分与转子端环相似。

　　假如它们位于端环上方，则会波折从晶片中流出的气流。咱们还注视到，当通过端部绕组的气流增补时，风量吃亏也会增补。咱们商酌了三种隔板身分：与转子端环相似、比初始身分高10毫米（参考景况）和20毫米。

　　氛围导流板的感化是领导气贯通过端部绕组，而不是让气流正在导流板上方的空间内再轮回。然而，因为末了绕组中心个其它气流阻力较大，穿过末了绕组的气流大大删除，导致末了绕组和机架之间的整个热阻增补南宫官网。

　　这一修正低重了端部绕组的整个传热系数，同时相应普及了框架的整个传热系数。然而，总体结果是末了绕组和机架之间的热阻略微增补了约6%。风量吃亏删除了50%以上。

　　正在末了绕组上方装配了一个轴流电扇，并正在末了绕组边缘装配了导流板，使氛围流入底座并向上穿过末了绕组。与参考模子比拟，末了绕组和框架之间的整个热阻低重了19%。

　　然而，风量吃亏却增补了2.4倍南宫官网。纵然通过末了绕组的气流有所改正，但整个传热系数并没有低重。

　　从筑模中可能通晓地看出，节造端部绕组和电机机架之间整个热阻的要素是端部绕组后面的低气速导致机架上的传热系数相对较低南宫官网。这是由于绕组叶片正在末了绕组内侧形成了较高的速率，而背后和机架上的速率则低得多。

　　所以，咱们钻研了一种新的纬纱或电扇计划，其叶片亲切末了防护罩，以领导气流越过末了绕组的顶部并从末了绕组背后和机架之间向卑鄙动。末了绕组边缘的轮回速率比之前钻研的任何模子都要大。

　　高速氛围从电扇叶片中喷出，穿过末了绕组，正在末了绕组和机架之间向卑鄙动。与参考模子比拟，末了绕组和框架之间的整个热阻低重了33%。只是，风量吃亏增补了19%。传热系数的漫衍也越发平均，最高值闪现正在末了绕组的顶端，而这个身分通俗容易闪现绝缘破损。

　　为了验证CFD认识评释正在亲切端盖的身分装配电扇的结果是否牢靠，咱们对该筑设举办了实行测试。

　　如上图所示，实行得出的端绕组局限传热系数与CFD认识得出的传热系数举办了比力，结果令人中意，图中的身分指的是端绕组身分。

　　遵照衡量结果估算，端部绕组和机架的整个传热系分袂为103±27W/m2-K和90±30W/m2-K。这与表II所示的CFD结果相似。

　　从这些钻研中可能看出，正在TEFC机械的端盖和机架以及端部绕组上供应优异的热传导特地要紧。所以，电扇亲切端盖的筑设本能优异，由于正在端部绕组后面的机架上完成了较高的气流速率，并正在端部绕组顶端维系了较高的气流速率。

　　其它，还可能看到，因为存正在垫片和其他供应刻板维持的硬件，气流阻力很大，所以激励氛围通过端部绕组中心个其它试验通常不会收效。

　　倡议采用以下通常安排规定：正在末了防护罩和框架以及末了绕组上完成高气流速率；将氛围引入热临界皮相（如末了绕组的尖端），并进入末了绕组中活动阻力较幼的个别。

　　本文还证实了CFD可有用用于钻研电机末了区域的冷却安顿。最终，务必对机械举办周至的热安排，以准确意会热流旅途和或许闪现高温的区域。末了区域的冷却认识只是周至热安排的一个别。