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1、川成毛冷嘶川中小型风冷式电机定子等效导热系数的分析与计算葛红娟庄心复张稼丰南京航空航天大学南京。一,人, ,【摘要】 由于中小型风冷式电机定子槽内导体分布杂乱无序以及多种不 同导热系数的材料的存在,使其热计算复杂而繁琐。本文在分析计算五种典 型定子槽导体分布时的发热和温度分布情况的基础上,推算出不 同槽满率时表示 中小型风冷式电机发热情况的二种等效 导热系数,利用它们可以方便地计算 出电机定子内的平均温度和最高温度,并通过实验进行验证。一飞、卜,、一,卜,一导体分布不均且无序,这就给剖分和热计算带来很大困难,为了便于处理,本文将其归类为五种典型的有规则排列情况 如图分别进行计算。 同圆蔺圆同定
2、子热场的分析与计算对于 中小型风冷式电机的定子,考虑到 电机的对称性,只需计算一个齿槽的发热情况,同时由于导线 的导热 系数很大,可近似认为导线端部与槽中有效导体温度相同,因此对定子 的发热分析可归结为对单个齿槽的平面场的求解。由于定子槽中导 体是用嵌 线工 艺将线 圈嵌人槽中的,槽内本文年月日收到图定子槽内导体的分布类型,计算原理应用 网络拓扑法,利用下列方程可求 出图所示五种情况的温度分布。 二 式中、 一求解区域的等效热导矩阵和节点温度矩阵 一热流源列向量热导 矩 阵是由各单元的支 路热导合成的,而支路热导与该支路的导热系数有关,对于跨越不同材料的支路,例如有一支路长为,由两种导热系数为
3、几,风的材料组成,相应长度为,几如图,则 该支路的导热系数由下式确定又几又几十几,图边界条件处理边界处理的难点在于图中的情况,槽中导体放置左右不对称,、面不是绝热面,用 网络拓扑法计算时不能自然得到满足。实际上,就单微特电机,年第期相齿槽而言,该齿槽的面就是相 邻齿槽 的。面,因此,计算时可用强迫与面上的点温度相等的方法进行处理。内部热源处理槽中每个导体都是热流源,就此平面场,热流源的大小就等于单位长度导体损耗的功率。导体发热温度升高时,导体电阻发生变化即热流源发生变化,用下式修正热流源一。一。式中。一初始温度时单位长度导体损耗的功率对图所示的五 种典型情况分别进行处理,均可得如式所示的矩阵方
4、程,求解方程应就可得导体不同排列时的温度分布。计算结果首先对定子槽满率为铸的电机定子齿槽的发热情况进行了计算,表列 出了相 应于图中五种情况下定子的最高温度和平均温度。可见,当槽内导 体较集中在中间时,定子温度最高,这是因导体集中在槽 中央不利于散热而引起的。表等温曲线,图中的、分别对应 图的两种情况,“”处温度最高。当槽内导体不对称分布即热源不对称时,其温度分布情况也不对称。实际工作中,人们常常希望了解 电机定子的最高温度和平均温度,因电机定子槽数多,槽内导体分布不均且随机,很难了解 到图中的哪种情况较接近实际,占的比重较大,因此只能采用算术平均法近似求出电机定子的平均温度几,而最高温度则应
5、取其最大值,即,一导导体分布情况况最最高温度,。乖乖均温度 创脑闷图齿槽温度分布图给出了槽内导体二 种不 同分布情况下的中小型风冷式电机定子等效导热系数的分析与计算等效导热系数的确定由前述方法分析,可计算 出电机定子的温度情况并得到几、,但计算时须对多种槽内导体分布情况进 行分别计 算,而且建立热导矩阵【时还必须考虑每一个单元 的不 同支路的热导情况,本文设想对于一定槽满率的电机利用二个等效导热系数即最高温度等效导热 系数弋和平均温度等效导热系数凡,仅对槽内导体对称均布情况进行求解就能得出定子 的最高温度和平均温度几,这样大大简化了电机定子的温升计算。么弋、凡的计算方法对于 定子槽 满 率 为
6、的电机,已计 算 得。、,求其等效导热系数的方法为 假设一个几。,计算出槽中导体对称均布时的定子最高温度几,比较几与,修正凡,再计算、修正直 到几与二基本相 等,此时 的导热系数即可认为是计算该电机定子最高温度的最高温度等效导热系数瓜,同理可求得定子槽满率为时的平均温度等效导热系数凡,计算结果为几一”凡一一,又一曲线本文用同样的方法分别计 算 了种槽满率情况下的等效导热系数凡及弋,结果如表,并用曲线表示,如图。至此,对于不同定子槽满率的中小 型风冷式电机,可由一久曲线查得其对应 的弋、凡,并按定子槽导体对称均布情况近似求出该电机定子发热时的最高温度及平均温度,。实验验证表棺棺满率呱呱肠肠呱呱呱
7、呱呱呱呱呱益益一。凡凡一,下的理论值,并与实验结果进行比较,见表表实验结果槽槽满率肠肠风风速最最高温度。平平均温度几亡亡。丁丁二。表夕日之沙、洲火代是一、月闷本门图一几曲线为 了检验等效导热系数的可用性,本文 对风冷式电机一的定子稳态温升进行了实测。实测时,取出电机转子,端部 设 法隔热,定子外表面自然冷却内腔通 风 冷却,用镍铬一铐铜 热 电偶测量定子最高温度,伏安法测得其平均温度。表为实验测得定子槽满率为,通风,定子绕组 电 流以 及 槽 满 率 为,风速,定子绕组 电流时的温度情况。对于这两种槽满率情况从图曲线中查得其相应的又、凡计算 出与实验 条件相符情况槽槽满率铸铸风风速最最高温度平
8、平均温度。一了了,“一了,了乍“。从表中可见,理论计算与试验所得结果比较误差小于纬,这是电机热计算所允许 的误差范 围,并且。与较接近,证实 了图所示的等效导热系数与槽满率关系曲线的实用性。参考文献庄心复一种计算热场、电场磁场的新方法一网络拓扑法,南京航空学 院报,电机工程手册机械 电机工程手册编委许肇均主编传热学北京机械工业出版社,之几心,习货几亡编亡几望多令之纬晓写霭 心哆佗吧几吧几吧纬望二习丈几心笋石叱二泛几泛吧几瓷二、匕佗 泛了竺 石之几心几亡几之几丈另之几心几心月泛介泛介泛几吧月叱月泛介心月硬几吧多瑞心月心匀亡纬义罗匀 吧介泛几吧声布望罗飞泛穷上接 第页 辈】。丁匕二丁丁万丁叶讲醉卜
9、月任 二产 图扭转振子激励 电压与输入 阻抗的关系结束语以上利用等效电路和能量守恒定律给 出了复合型超声电动机无负载转速的数值计算方法,同时分析了扭转振子激励 电压与输入 阻抗的关系,为进一步分析电动机性能打下 了基础。参 考 文献, 、正一一,一,老七正 生获久卜资走一于一,一,于 一矛,奋一赶一是 一一一,一写,产,户场产户、护户产心小电产产,户书产店产,谷户、,户产户、产、户产 户、护户心产、少小奋产奋甲户洛产夺小、洲户 心扣小份臼心户,奋产汤小份户、护户、户、护户荟侣产户、护户、护小勺否产、,户谬户、护户产微特电机海外文摘与微特 电机信息集锦已于今年六月合刊为微特 电机市场与应用。微特 电机市场与应用开设了内外要闻、政策法规、市场透视、工艺技术、应用指南、产品之窗、公司专访、贸易伙伴等栏目,旨在向读者介绍产品技术、行业动态、采购指南及经营韬略。欢迎微特电机行业的决策者、经营管理、工程技术人员以及其它行业的微特电机用户订阅。微特电机市场与应用为双月刊,每年六期,大十六开,页,单价元年,今年出四期,元年。需订阅者,请将汇款邮寄上海市虹潜路号微特电机市场与应用编辑部,邮码,或银行汇款一电子部一研究所。款至寄书和分票。自翁微特电机,年第期
