牵引电机的温度场分析

论文摘要

本文以300km／h异步牵引电机的温度场为研究对象，研究电机稳态运行时电机内部的发热机理和温度场分布情况。牵引电机的实际运行是一个非常复杂的物理过程，电机内的传热过程也十分复杂，为了准确计算电机内温度场分布，必须准确计算电机内发热源和电机内各部件的热性能参数。异步电机励磁绕组匝间绝缘很薄，在以往的场计算中常忽略了它的存在。但是绕组匝间绝缘整个加起来的面积接近一根导体的面积，因此这样对计算结果的精度有一定的影响。同时，在异步温度场的计算和分析中，绝缘层常常被忽略，但由于绝缘材料的导热系数很小，在一个很薄的股线绝缘层上将会有一个显著的温度变化。这将直接影响电机的设计。本文分析了电机内各损耗的大小、各导热体的导热系数或各散热面的表面传热系数以及电机通风系统的工程计算。定子绕组绝缘层很薄，并且匝间绝缘分布很密集，有限元剖分很复杂，所以本文用等效方法处理定子绕组的绝缘结构，在保证温度场计算精度的基础上简化计算。由于电机内部结构复杂，通风系统的计算尤其是风路的计算也十分复杂。本文采用网络矩阵法计算电机的通风网络，并以一台大型电机为例，列出了其通风系统的网络矩阵。本文用有限单元法对轴向通风异步牵引电机的温度场进行了计算，分析了电机内特殊位置的温度值，找出电机内的最高发热部位。讨论了影响电机温升的几个主要因素对电机温度场分布的影响。以300km／h牵引电机为例，用有限元法计算了电机的二维和三维温度场，并将计算值与试验值进行比较，验证了计算的准确性。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 课题研究的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 电机内温升及温度场的计算方法
• 1.2.2 对电机通风、冷却及绝缘等相关问题的研究
• 1.3 论文的主要工作
• 2 三维温度场的有限元分析
• 2.1 三维温度场的微分方程
• 2.1.1 传热学的基本知识和导热微分方程
• 2.1.2 导热微分方程的边界条件
• 2.2 三维稳态温度场的变分问题
• 2.2.1 变分原理
• 2.2.2 三维稳态温度场的变分
• 2.3 变分问题的离散及有限元方程的形成
• 2.4 本章小结
• 3 电机内温升参数的计算
• 3.1 电机内的发热源
• 3.1.1 绕组损耗
• 3.1.2 铁心损耗
• 3.1.3 机械损耗
• 3.2 电机材料的导热系数和表面传热系数
• 3.2.1 电机材料的导热系数
• 3.2.2 电机各部件的散热系数
• 3.3 本章小结
• 4 电机通风系统的计算
• 4.1 总风量的确定
• 4.2 电机内部风道阻力系数
• 4.2.1 电机内风道的摩擦阻力系数
• 4.2.2 电机内风道的局部阻力系数
• 4.3 通风系统的工程计算
• 4.4 本章小结
• 5 计算结果和分析
• 5.1 牵引电机二维温度场分析
• 5.1.1 计算区域的确定和基本假设
• 5.1.2 二维温度场分析的数学模型和边界条件
• 5.1.3 电机二维温度场的计算结果
• 5.2 牵引电机定子三维温度场的计算
• 5.2.1 计算区域的确定和基本假设
• 5.2.2 定子三维温度场分析的数学模型和边界条件
• 5.2.3 定子三维温度场的计算
• 5.3 牵引电机温度场计算结果的分析
• 5.3.1 绝缘材料对牵引电机温度场的影响
• 5.3.2 通风沟进风口的风温对牵引电机温度场的影响
• 5.3.3 定子轴向通风沟的风速对牵引电机温度场的影响
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集