在泵组负载条件下损耗升温的情况分析
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在泵组负载条件下损耗升温的情况分析

对双曲极靴磁极的1/8模型进行二维仿真分析,从图1中可以看出齿部的磁密最大,极靴处的磁密略高于永磁体,个别齿定可能出现饱和现象,且这些齿大多位于磁极的中心处附近,说明极靴的作用使得磁极中心附近单位面积上的磁通大于磁极边缘处磁通,更多的磁力线通过磁极轴进入定子齿。

图1:双曲极靴磁极磁密云图

双曲极靴磁极磁密云图

忽略绕组和铁芯部分的涡流损耗,ca88手机版厂重点对两种磁极结构中磁极部分总的涡流损耗进行分析。对于常规同心弧状永磁体表贴式磁极结构,磁极部分总的涡流损耗就是永磁体上的涡流损耗;但对于双曲极靴磁极结构,磁极部分总的涡流损耗则是双曲极靴和永磁体两部分涡流损耗之和,常规磁极结构中永磁体部分的涡流损耗接近180W,而表贴式双曲磁极中永磁体的涡流损耗最高接近60W左右,表贴式双曲磁极的永磁体损耗明显低于常规表贴式永磁体损耗,这说明双曲磁极结构中导磁极靴的引入,在有效提高气隙磁密和空载反电势波形正弦度、降低谐波含量的同时,降低了永磁体部分的涡流,从而显著地降低水泵损耗,进而降低永磁体因温度过高而发生退磁,影响水泵电机正常运行的风险。分析结果进一步证明了表贴式双曲磁极结构的合理性。


为了验证双曲磁极在防止永磁体高温失磁的有效性,本文采用三维有限元法分析磁极的温度分布情况,减少了三维场分析的计算量,且电机沿轴向、周向为对称结构,故选取1/8电机模型作为求解区域。


为方便有限元计算,对ca88会员登录的电机求解域基本假设如下:①计及定子绕组铜耗时,认为涡流效应对每根绕组的影响相同,取其平均值。②槽楔近似当作与槽同宽,槽内所有绝缘(绕组绝缘、层间绝缘)其性能均认为与主绝缘相同。③齿和轭的表面、槽绝缘的外表面及轭背部与空气接触面的散热系数分别取其平均值。④假设定子铁耗热源不随温度变化,认为在水泵电机运行中各区域的铁耗为恒值,只考虑绕组热源的时变影响。⑤忽略端部绕组发热传导的影响。⑥由于电机为立式安装,且高度不大,忽略电机内部热对流的影响。


水泵电机的三维稳态温度场的边界条件可以做如下描述:①由于周向的对称性,认为中心断面(定子轭、机壳、轴、磁极、转子轭等各中心断面)为绝热面,应用第二类绝热边界条件。②转子轭外表面与铁心内表面、机壳表面及端面、转子轭端面、磁极端面、铁心端面、绝缘端面、定子端部绕组各表面、轴内表面及端面为散热面,应用第三类对流换热边界条件。


电机发热源是水泵电机的损耗,具体包括铜耗、铁耗、机械损耗和杂散损耗。根据样机在额定工况下的仿真结果及经验确定电机各部分损耗值如表1所示。

表1:电机损耗分布

损耗类型

损耗值(W)

热生成率(W/m3)

加载部位

绕组铜耗

516

248000

定子绕组

铁耗

353

21330

定子铁芯

机械损耗

250

37792

转子磁极

杂散损耗

106

17983

定子齿部

温度场分析的边界条件是根据基于假设条件和计算所得到的对流换热系数等参数设置,以及各部分的材料属性、热源密度。该电机应用于户外自然冷却条件下运行,假设环境温度为35℃,进行电机额定状态运行情况下温度场求解时,先从时刻给定的初始温度T开始,经ca88手机版厂计算得初始时刻的损耗情况,并将初始时刻的损耗作为热源,代入公式计算温度场方程求解,得到t1时刻的温度分T1,再以T1为新的初始时刻,重复上面的步骤,得到t2时刻的温度分布T2。以设定的步长迭代计算,从而得到从起动到水泵电机稳定运行过程中的暂态温度场。


在相同的运行状态以及参数设置的情况下,常规表贴式磁极的永磁体最高温度为122℃,比双曲磁极的永磁体温度高19℃,极靴温度比常规表贴式磁钢高15℃,这是由于涡流主要集中在极靴中心处。


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点击次数:  更新时间:2018-02-02 09:04:15  【打印此页】  【关闭