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永磁同步电机三维全域温度场与温度应力耦合研究

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电机与控制学报 2018年第1期22卷 53-60,71页

作者：丁树业朱敏江欣南京师范大学电气与自动化工程学院江苏南京210042

永磁同步电机通常采用变频驱动方式,使得电机磁场内谐波含量增多,损耗趋于增大并导致发热与形变加重。为研究其变频驱动下温升分布特性及温度应力的作用,以一台50 k W永磁同步电机为对象,建立了包含复杂散热结构的三维全域温度场及温度... 详细信息

永磁同步电机通常采用变频驱动方式,使得电机磁场内谐波含量增多,损耗趋于增大并导致发热与形变加重。为研究其变频驱动下温升分布特性及温度应力的作用,以一台50 k W永磁同步电机为对象,建立了包含复杂散热结构的三维全域温度场及温度应力共同求解模型,采用有限元法对其进行耦合计算与研究,着重分析了稳态运行时电机主要部位的温升与形变分布情况。通过搭建实验平台,将实测温升与计算结果相对比,验证了温度场计算方法及结果的准确性,并确保温度应力场载荷加载正确。结果表明:永磁同步电机的最高温升出现在转子铁心处;电机各部位形变大小不仅受温升作用,还受自身结构以及施加约束等因素影响。该研究为电机设计及性能优化、故障预测提供一定参考。

关键词：永磁同步电机温度场温度应力有限元法变频驱动

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3MW双馈风力发电机传热特性数值研究

中国电机工程学报 2012年第3期32卷 137-143,4页

作者：丁树业孙兆琼徐殿国苗立杰哈尔滨理工大学电气与电子工程学院黑龙江省哈尔滨市150080 哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院黑龙江省哈尔滨市150001 哈尔滨电站设备集团公司黑龙江省哈尔滨市150040

随着风力发电机容量的增加,电磁负荷不断提高,电机的发热问题成为影响机组性能和经济指标的主要因素之一。为了解决该难题,以一台3MW双馈风力发电机为例,根据流体力学以及传热学理论,结合发电机通风性能以及结构特点,建立了发电机三维... 详细信息

随着风力发电机容量的增加,电磁负荷不断提高,电机的发热问题成为影响机组性能和经济指标的主要因素之一。为了解决该难题,以一台3MW双馈风力发电机为例,根据流体力学以及传热学理论,结合发电机通风性能以及结构特点,建立了发电机三维流动与传热耦合求解的数学模型与物理模型;并给出基本假设与相应的边界条件,采用有限体积法对三维流体场和温度场控制方程进行耦合计算。最后,对发电机内部的流体流动性能、传热特性以及发电机定转子铁心、定转子绕组以及绝缘的温升分布进行了分析,得到端部气体流动不规律以及二次冷却热能力较强等,为更大容量风力发电机综合物理场的准确计算提供了理论依据。

关键词：双馈风力发电机三维温度场三维流体场耦合有限体积法数值研究

感应电动机定转子全域温度场数值计算及相关因素敏感性分析

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中国电机工程学报 2007年第24期27卷 85-91页

作者：李伟力李守法谢颖丁树业哈尔滨理工大学电气与电子工程学院黑龙江省哈尔滨市150040

提出了针对无轴向通风冷却电机温度场计算的新思想,合理处理了电机定子与气隙之间以及转子与气隙之间复杂的对流散热过程,妥善解决了定、转子之间的热交换问题。给出了散下线定子绕组的等效热模型,简化了计算难度并且节省了计算时间。... 详细信息

提出了针对无轴向通风冷却电机温度场计算的新思想,合理处理了电机定子与气隙之间以及转子与气隙之间复杂的对流散热过程,妥善解决了定、转子之间的热交换问题。给出了散下线定子绕组的等效热模型,简化了计算难度并且节省了计算时间。在此基础上建立了笼型感应电动机定、转子全域温度场二维数学模型和二维有限元计算模型。计算了电机额定负载运行时定、转子的稳态温度场以及气隙温降;实验结果验证了该电机温度场计算模型的合理性和计算结果的正确性。在该温度场计算模型的基础上,分析了电机温度场对定子铜耗、散热翅高度以及定子绕组浸渍质量等相关因素的敏感性,为电机优化设计奠定理论基础。

关键词：笼型感应电动机热交换有限元温度场敏感性分析

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PWM变频器供电的感应电机传热特性

南京航空航天大学学报 2016年第1期48卷 122-129页

作者：丁树业崔广慧哈尔滨理工大学电气与电子工程学院哈尔滨150080

为了探究电动机在脉宽调制(Pulse width modulation,PWM)变频器供电下的传热特性,近一步揭示变频参数(调制比)对电动机温升分布的影响特征,以一台采用PWM变频器供电下55kW驱动用感应电机为例,基于流体力学及传热学基本原理,结合电机通... 详细信息

为了探究电动机在脉宽调制(Pulse width modulation,PWM)变频器供电下的传热特性,近一步揭示变频参数(调制比)对电动机温升分布的影响特征,以一台采用PWM变频器供电下55kW驱动用感应电机为例,基于流体力学及传热学基本原理,结合电机通风结构特征,建立外部包裹有空气域的三维流热耦合求解域模型,并采用有限体积元法对电机内的温度场进行了数值研究。此外,针对PWM不同调制比控制条件下电动机全域内的传热特性进行了对比分析,结果表明:两个不同调制比控制条件下电机求解域内各主要部件温升分布趋势大致相同;径向上,转子部分温升较高,在气隙位置温升出现阶跃式变化,定子部分温升较低;轴向上,电机各部分近风端温升较低,远风端温升较高;周向上,定子轭部温升呈波浪式变化。

关键词：感应电机脉宽调制(Pulse width modulation,PWM)控制变频参数三维温度场有限体积法

具有径向通风结构的5兆瓦双馈风力发电机内流热特性

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电机与控制学报 2019年第10期23卷 68-76页

作者：丁树业仵程程南京师范大学电气与自动化工程学院南京210023 哈尔滨理工大学电气与电子工程学院哈尔滨150080

为了揭示具有径向通风结构电机内流体流变特性及传热规律,以一台5 MW双馈风力发电机为例,依据流体力学和数值传热学基本理论,结合电机通风结构特征及冷却方式,在建立三维流热数学模型的基础上,通过给定基本假设,确定了流体流动与传热特... 详细信息

为了揭示具有径向通风结构电机内流体流变特性及传热规律,以一台5 MW双馈风力发电机为例,依据流体力学和数值传热学基本理论,结合电机通风结构特征及冷却方式,在建立三维流热数学模型的基础上,通过给定基本假设,确定了流体流动与传热特性研究的物理模型。采用有限体积法对具有密闭循环冷却系统的径向通风电机流体场和温度场进行了数值求解,并对数值计算结果进行了详细的数值分析。阐述了电机内流体参数在轴向及径向的空间分布特性,并以此为基础研究了电机内部的温升分布特性,揭示了具有径向通风结构电机内部流体流动及热性能的耦合规律。

关键词：有限体积法双馈风力发电机流体场温度场计算流体力学

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屏蔽电机定子齿压板局部温升过高分析

中国电机工程学报 2013年第30期33卷 113-120,17页

作者：陈卫杰苗立杰丁树业哈尔滨理工大学电气与电子工程学院黑龙江省哈尔滨市150080

主泵屏蔽电机是化工厂以及核电站的重要组成部分,主要用来运送高温、高压、毒性、腐蚀性、放射性的液体,其安全稳定的运行对化工厂及核电站回路系统非常重要。针对主泵屏蔽电机内发热与冷却的复杂性以及工作在密封高温条件下的特点,以一... 详细信息

主泵屏蔽电机是化工厂以及核电站的重要组成部分,主要用来运送高温、高压、毒性、腐蚀性、放射性的液体,其安全稳定的运行对化工厂及核电站回路系统非常重要。针对主泵屏蔽电机内发热与冷却的复杂性以及工作在密封高温条件下的特点,以一台5 000 kW主泵屏蔽电机为例,采用温度场基本理论,用有限体积法对其端部齿压板和锥形环的温升进行数值计算,找到了工厂实验过程中电机端部温升过高的原因。结合电磁场分析结果,通过改进齿压板结构,给出了新型齿压板与锥形环的连接方案,从而解决了电机端部温升过高的问题,为更大容量主泵屏蔽电机温度场的准确计算提供理论和实践依据。

关键词：主泵屏蔽电机温度场绝缘齿压板锥形环过热

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驱动风机电动机温度场非均布热源耦合研究

机械工程学报 2015年第14期51卷 152-159页

作者：陈卫杰丁树业苗立杰哈尔滨理工大学电气与电子工程学院哈尔滨150080

风机驱动电动机由于工作环境和频繁启停的工作要求,常由变频器控制,其运行中谐波含量大,发热严重。为研究其温升分布规律,以一台4 500 k W电动机为例,基于电磁学及传热学理论,建立三维半域通风冷却物理模型。应用有限元法,对额定工况下... 详细信息

风机驱动电动机由于工作环境和频繁启停的工作要求,常由变频器控制,其运行中谐波含量大,发热严重。为研究其温升分布规律,以一台4 500 k W电动机为例,基于电磁学及传热学理论,建立三维半域通风冷却物理模型。应用有限元法,对额定工况下电动机内电磁场进行仿真计算,把非均布的损耗分布以热源形式映射到温度场中,通过电磁场与温度场双向耦合,准确计算电动机各部分的温升分布。此外,为更具对比性,对同种工况下体积均布热源的方法进行仿真计算,通过与试验结果的对比分析,验证双向耦合的方法较均布热源的方法更接近真实值,表明双向耦合的方法更具科学性。

关键词：风机驱动电动机温度场双向耦合非均布热源

基于集总参数热网络法的永磁同步电机启动及稳态温升分析

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电机与控制学报 2020年第5期24卷 143-150页

作者：丁树业江欣朱敏刘玮南京师范大学电气与自动化工程学院南京210046

为了实现对永磁同步电机稳瞬态温度场的快速精准求解,在对电机内热问题分析方法优缺点充分剖析的基础上,以一台表贴式永磁同步电机为例,依据集总参数热网络法基本原理,并对电机结构件进行合理等效后,构建了电机全域热网络模型,采用集总... 详细信息

为了实现对永磁同步电机稳瞬态温度场的快速精准求解,在对电机内热问题分析方法优缺点充分剖析的基础上,以一台表贴式永磁同步电机为例,依据集总参数热网络法基本原理,并对电机结构件进行合理等效后,构建了电机全域热网络模型,采用集总参数热网络法对电机内温度场进行了数值求解。采用实验测试结果以及有限体积元法计算结果对本算法进行准确性验证,分别对电机启动及稳定状态下不同结构件的温升时空分布特征进行了详细分析。揭示了该类电机稳瞬态温升分布规律,为电机状态监测以及性能分析与优化提供借鉴。

关键词：表贴式永磁同步电机集总参数热网络法温升特性数值分析

大功率空冷汽轮发电机多风区流域内流型演变特性研究

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工程热物理学报 2020年第5期41卷 1199-1206页

作者：丁树业江欣朱敏刘玮南京师范大学电气与自动化工程学院南京210023

为了阐明大型空冷汽轮发电机内部流体流动特性,进而获取有效冷却效果,以一台350 MW大型空冷汽轮发电机为例,根据该发电机多风路通风系统结构特征以及基本假设,选取整机1/4流体域作为流体场数值研究求解域,在给出相应的求解条件的基础上... 详细信息

为了阐明大型空冷汽轮发电机内部流体流动特性,进而获取有效冷却效果,以一台350 MW大型空冷汽轮发电机为例,根据该发电机多风路通风系统结构特征以及基本假设,选取整机1/4流体域作为流体场数值研究求解域,在给出相应的求解条件的基础上,采用有限体积法对电机稳态运行时空冷系统的三维流体场进行数值研究。在验证流体场数值研究正确的前提下,分别对发电机定转子径向通风道以及转子副槽等空间内流体场冷却介质的流量以及速度等流体参数进行了分析,揭示了大型空冷汽轮发电机多风区通风系统内的流型演变规律,为该类型发电机通风结构的设计以及性能优化提供了理论参考。

关键词：空冷汽轮发电机有限体积法通风结构流体场流动特性