異步驅(qū)動(dòng)電機(jī)內(nèi)外冷卻系統(tǒng)流變特性分析

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(佳木斯電機(jī)股份有限公司，黑龍江佳木斯154002)

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異步驅(qū)動(dòng)電機(jī)內(nèi)外冷卻系統(tǒng)流變特性分析

楊?yuàn)檴?/p>

(佳木斯電機(jī)股份有限公司，黑龍江佳木斯154002)

摘要以55kW異步驅(qū)動(dòng)電機(jī)為例，對(duì)電機(jī)內(nèi)部的流體流速、機(jī)殼和端部風(fēng)扇部分流體的運(yùn)動(dòng)軌跡等流變特性進(jìn)行分析，繪出三維流體流動(dòng)分布圖，直觀地看出流變特性，進(jìn)一步地揭示了異步驅(qū)動(dòng)電機(jī)的冷卻介質(zhì)的流動(dòng)特性。

關(guān)鍵詞異步驅(qū)動(dòng)電機(jī)；三維流體場(chǎng)；流變特性

0引言

異步驅(qū)動(dòng)電機(jī)具有較強(qiáng)的過(guò)載能力、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快速和起動(dòng)加速性能優(yōu)異的性能。其中異步驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的典型產(chǎn)品有Enova驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)、Solectria驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)、Siemens驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)等[1-3]。異步電機(jī)的工作環(huán)境較為狹小，功率密度與轉(zhuǎn)矩密度的過(guò)大，使得其熱負(fù)荷增加，導(dǎo)致局部的溫度變高[4-5]。本文是以功率55kW的Y2-250-4型號(hào)的異步驅(qū)動(dòng)電機(jī)為例，對(duì)其內(nèi)外冷卻系統(tǒng)的流變特性進(jìn)行分析，從而可以給同樣采用IC411冷卻方式的Y2系列異步電機(jī)的通風(fēng)冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供一定的參考作用。

1內(nèi)冷卻系統(tǒng)流變特性分析

本文所研究的電機(jī)為全封閉式自扇冷式結(jié)構(gòu)，圖1所示的為電機(jī)內(nèi)部的空氣流動(dòng)速度分布圖。由此可見(jiàn)，內(nèi)部空氣的變化離不開(kāi)離心式風(fēng)扇元件隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的作用，而電機(jī)內(nèi)部空氣流速的最高值是27.47m/s，它是靠近離心式元件的附近區(qū)域。由于轉(zhuǎn)子兩端的離心式鑄件對(duì)空氣的影響，使得空氣的流速上升明顯，但是當(dāng)空氣進(jìn)入電機(jī)端部時(shí)，由于電機(jī)端部的氣腔較大，空氣充分流動(dòng)，反而使得流速下降很快。圖2給出了電機(jī)內(nèi)端部截面對(duì)空氣流動(dòng)速度影響分布圖，其截面位置如圖1所示。

通過(guò)圖2以及數(shù)值分析可知，在徑向方向上，空氣流速最高值出現(xiàn)在離心式風(fēng)扇元件徑向外側(cè)的迎風(fēng)面上，這是由于隨著在徑向的長(zhǎng)度增加過(guò)程中，離心式風(fēng)扇元件的旋轉(zhuǎn)力矩不斷變大，改變空氣變化的能力增強(qiáng)；空氣流速較低的區(qū)域出現(xiàn)在定子線圈背面一側(cè)，這是由于當(dāng)空氣繞過(guò)端部定子線圈時(shí)，受到定子線圈的阻力作用，使得風(fēng)速損耗較大。

2外冷卻系統(tǒng)流變特性分析

機(jī)殼外空氣流動(dòng)軌跡圖和機(jī)殼外空氣流速分布圖如圖3、圖4所示。

從圖3和圖4可以分析出：(1)空氣的最高流速為22.45m/s，它受到散熱翅與風(fēng)罩的約束作用，這部分在散熱翅的近風(fēng)端，它在散熱翅的風(fēng)溝中沿軸向運(yùn)動(dòng)，另外一部分形成渦流位于風(fēng)扇處；(2)機(jī)殼的最高溫升出現(xiàn)在接線盒處，這是由于機(jī)殼外表面的接線盒、吊裝部件和基座支撐板對(duì)空氣流動(dòng)的阻力明顯，這些位置附近空氣的流動(dòng)出現(xiàn)繞流現(xiàn)象使得空氣對(duì)流換熱能力差；電機(jī)頂部與電機(jī)側(cè)面機(jī)殼的空氣流速對(duì)比可以看出其流速高，風(fēng)量小；(3)機(jī)殼近風(fēng)端位置的散熱翅風(fēng)溝底部空氣流速較高，是由于徑向上散熱翅比風(fēng)罩溫度高，空氣流動(dòng)受到風(fēng)罩的影響。不過(guò)隨著軸向長(zhǎng)度加長(zhǎng)，散熱翅風(fēng)溝內(nèi)頂部空氣流動(dòng)的速度有提高的趨勢(shì)。

圖5所示的是電機(jī)風(fēng)罩內(nèi)空氣流速分布圖。離心式風(fēng)扇對(duì)電機(jī)的冷卻有著很大的幫助，不過(guò)扇葉的形狀尺寸對(duì)電機(jī)冷卻不是線性的，而是非線性無(wú)規(guī)律的。所以研究風(fēng)罩內(nèi)風(fēng)扇對(duì)空氣流速有何影響就變得非常有價(jià)值。

為了更好地對(duì)比分析電機(jī)內(nèi)部離心式風(fēng)扇鑄件和外部離心式風(fēng)扇對(duì)空氣流變特性的影響，取兩個(gè)風(fēng)扇扇葉徑向長(zhǎng)度相等位置截面，如圖5所示。

從圖5中可以得出，空氣最高流速43.8m/s，徑向長(zhǎng)度增加，流速增加，而入口位置流速低是受到了網(wǎng)孔的阻力作用。

圖6為風(fēng)罩內(nèi)空氣流動(dòng)矢量圖，它與圖2對(duì)比可以得出，最高流速為42.9m/s，出現(xiàn)在外側(cè)圓周處。原因在于風(fēng)罩壁的阻礙作用，使得空氣軸向流動(dòng)，對(duì)電機(jī)有冷卻的作用；內(nèi)部截面最高流速為24.05m/s，出現(xiàn)在扇葉徑向遠(yuǎn)端迎風(fēng)面處，空氣沿徑向流動(dòng)對(duì)定子線圈的冷卻效果好。外部空氣域截面空氣的流動(dòng)情況較為復(fù)雜，其中部分位置發(fā)生90°偏轉(zhuǎn)，而沿著電機(jī)的圓周方向，外部空氣域截面的空氣流速劇烈變化，不過(guò)內(nèi)部截面速度變化相對(duì)平緩。

3結(jié)語(yǔ)

以功率為55kW的異步驅(qū)動(dòng)電機(jī)為研究對(duì)象，運(yùn)用有限體積的方式對(duì)電機(jī)內(nèi)外流體的流變特性進(jìn)行分析，可以得到以下結(jié)論：(1)電機(jī)內(nèi)部空氣流速最高值出現(xiàn)在離心式風(fēng)扇元件徑向外側(cè)的迎風(fēng)面，空氣流速較低的區(qū)域出現(xiàn)在定子線圈背面一側(cè)；(2)電機(jī)外部最高流速出現(xiàn)在散熱翅的近風(fēng)端，機(jī)殼的最高溫升出現(xiàn)在接線盒處，電機(jī)頂部的空氣流速比電機(jī)側(cè)面機(jī)殼高；(3)端部風(fēng)扇的作用使得空氣沿著電機(jī)軸向方向流入散熱翅通風(fēng)溝處，在內(nèi)部的風(fēng)扇作用下空氣沿徑向流動(dòng)對(duì)定子線圈的冷卻效果好。外部空氣域截面空氣的流動(dòng)情況較為復(fù)雜，其中部分位置發(fā)生90°偏轉(zhuǎn)，而沿著電機(jī)的圓周方向，外部空氣域截面的空氣流速劇烈變化，不過(guò)內(nèi)部截面速度變化相對(duì)平緩。

參考文獻(xiàn)

[1]壽海明,冀路明,馬守軍. 現(xiàn)代船用推進(jìn)電機(jī)技術(shù)研究[J]. 船電技術(shù),2007(1):36-39.

[2]郭淑英. 異步驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)在電動(dòng)客車(chē)上的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展[J]. 大功率變流技術(shù),2009(5):38-40.

[3]丁樹(shù)業(yè),王海濤,鄧艷秋，等. 異步驅(qū)動(dòng)電機(jī)流體流動(dòng)特性數(shù)值研究[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2015(35):1-7.

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RheologicalCharacteristicAnalysisonInternalandExternal

CoolingSystemofAsynchronousDriveMotor

Yang Shanshan

(JiamusiElectricMachineCo.,Ltd.,Jiamusi154002,China)

AbstractTaking a 55kW asynchronous motor as an example, rheological properties such as fluid speed inside the motor, motion trail of the fluid around enclosure and end fan are analyzed in this paper, then 3-D fluid flow distribution is drawn. Rheological properties can be observed visually, and rheological properties of the cooling media for asynchronous drive motor are further revealed.

Key wordsAsynchronous drive motor；3-D fluid field；rheological property

收稿日期：2015-3-25

作者簡(jiǎn)介：楊?yuàn)檴櫯?982年生；畢業(yè)于黑龍江科技學(xué)院電子信息工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)從事電機(jī)制造工藝工作.

中圖分類(lèi)號(hào)：TM301.4+1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-7281(2016)01-0040-003

DOI:10.3969/J.ISSN.1008-7281.2016.01.12