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变频超高速电动机主要应用在国产天然气长输管线的压气机驱动等方面,比如西气东输等重大工程,具有广泛的市场应用前景。电机在实际应用中,电机的效率是节能的重要指标,摩擦损耗直接影响电机效率,降低摩擦损耗能够使电机的准入市场的指标有所提升,提高企业产品的竞争力。在实际应用过程中,无法采取过多的试验研究摩擦损耗,采用计算流体力学(CFD)能够高效而准确的描述电机内流场与温度场分布及其摩擦损耗。
本文以某变频超高转速电动机为例,对不同参数状态下的电机内部流场与温度场进行分析,找到不同参数下的电机整机风摩损耗,同时,对比分析不同影响因素下的摩擦损耗变化。首先,采用Soildworks2014软件建立了电机1/8三维物理模型,并且采用Gambit2.46软件进行网格划分,提出相应的假设及边界条件设置,使用Fluent19.0软件进行数值计算,选取不同的湍流模型,分析不同转速下的电机内部流场与温度场,得到在无电磁损耗热源情况下的风摩损耗,计算结果表明,在额定转速4800r/min下,选用标准k-ε模型时,在转子端部进风口处局部空气温度最高为92℃,端部直段处局部最高温度为88℃,整体风摩损耗数值为13119.929W;当采用RNG k-ε模型时,风摩损耗数值降低为11261.727W电机转子端部进风口处、槽楔出风口以及定子通风沟等对应位置处的温度与速度均有所下降。RNG k-ε模型在计算电机旋转温度场时转子峰值温度与应用flowmaster所获得的的温度以及电阻法(ERM)所得到的温度进行对比,误差分别为3.91%与15.4%,与真实数据更加接近,故推荐高转速使用RNG k-ε模型。
在选用RNG k-ε模型数值计算的基础上,研究了电机气隙旋转边界条件与电机转向设置以及进风口位置变化对风摩擦损耗的影响。研究发现,在电机转向发生改变时,同一物理模型,正向旋转时风摩损耗较低于负向旋转;气隙内表面处添加旋转设置、粗糙度高度的增加会增加风摩损耗;改变进风口位置,极中心线前移会减少热量的堆积,但是沿程的阻力增加,使绕组直段风摩损耗增大,最后对电机计算的准确性进行了分析。本文所研究的成果可以为降低电机风摩损耗以及相似电机的热分析提供理论依据。
本文以某变频超高转速电动机为例,对不同参数状态下的电机内部流场与温度场进行分析,找到不同参数下的电机整机风摩损耗,同时,对比分析不同影响因素下的摩擦损耗变化。首先,采用Soildworks2014软件建立了电机1/8三维物理模型,并且采用Gambit2.46软件进行网格划分,提出相应的假设及边界条件设置,使用Fluent19.0软件进行数值计算,选取不同的湍流模型,分析不同转速下的电机内部流场与温度场,得到在无电磁损耗热源情况下的风摩损耗,计算结果表明,在额定转速4800r/min下,选用标准k-ε模型时,在转子端部进风口处局部空气温度最高为92℃,端部直段处局部最高温度为88℃,整体风摩损耗数值为13119.929W;当采用RNG k-ε模型时,风摩损耗数值降低为11261.727W电机转子端部进风口处、槽楔出风口以及定子通风沟等对应位置处的温度与速度均有所下降。RNG k-ε模型在计算电机旋转温度场时转子峰值温度与应用flowmaster所获得的的温度以及电阻法(ERM)所得到的温度进行对比,误差分别为3.91%与15.4%,与真实数据更加接近,故推荐高转速使用RNG k-ε模型。
在选用RNG k-ε模型数值计算的基础上,研究了电机气隙旋转边界条件与电机转向设置以及进风口位置变化对风摩擦损耗的影响。研究发现,在电机转向发生改变时,同一物理模型,正向旋转时风摩损耗较低于负向旋转;气隙内表面处添加旋转设置、粗糙度高度的增加会增加风摩损耗;改变进风口位置,极中心线前移会减少热量的堆积,但是沿程的阻力增加,使绕组直段风摩损耗增大,最后对电机计算的准确性进行了分析。本文所研究的成果可以为降低电机风摩损耗以及相似电机的热分析提供理论依据。