中压防爆电机多物理场耦合分析计算

摘要

防爆电机是可以在易燃易爆危险环境使用的电机，运行时不对外部危险气体造成引燃的动力设备，广泛应用于煤矿、冶金、石油化工、城市煤气、交通等行业和场所。中压防爆电机向高功率密度发展，其性能指标对危险环境的可靠运行尤为重要。本文以一台YB3450-21000kW6kV中压空冷防爆电机为例，利用有限元法，对其电磁场、温度场、以及应力场进行了多物理场的耦合分析计算，对高功率密度防爆电机的使用寿命及运行可靠性具有重要的指导意义。
　　建立中压空冷防爆电机二维几何模型和有限元计算模型，从电机的热源及散热出发，对中压空冷防爆电机电磁场进行分析计算，获取电机的磁场，磁密分布及热损耗等参数;将中压防爆电机数值分析的得到的损耗结果与传统经验解析结果对照分析，确保热源计算的准确性。
　　依据传热学、流体力学基础理论，对电机各结构件散热表面的散热系数进行推到求解，得到中压空冷防爆电机各结构件散热系数，利用电机磁场分析计算得到的损耗，进而计算得到电机内部结构各部分的热生成率，对中压防爆电机的温度场进行磁-热单向耦合分析。对稳态运行的中压空冷防爆电机三维全域温度场分析求解，得到了电机各结构件的温度分布云图，并通过与1000kW48槽2极的防爆电机样机试验结果对比分析，试验结果与仿真温度分布相接近，验证了中压空冷防爆电机磁-热耦合分析的可靠性与有效性。
　　采用与温度场计算相同的三维模型及剖分单元，以三维温度场计算结果为载荷，分析中压空冷防爆电机三维模型的热应力分布。研究得到了温度影响下中压防爆空冷电机形变过程、位移分布和应力分布图，为中压防爆电机结构设计提供理论基础，确保电机的可靠运行，为进一步预测电机热应力作用下鼠笼断条等故障运行提供理论依据。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题背景和研究意义

1．2．1温度场研究现状

1．2．2热应力研究现状

1．3本文主要内容

第2章中压防爆电机电磁场及损耗分析

2．1中压防爆电机的基本结构特征

2．2．1电磁场基本理论

2．2．2二维场分析的基本假设

2．2．3二维瞬态场有限元模型

2．3中压防爆电机电磁场分析

2．4中压防爆电机的损耗分析

2．4．1定子铜耗和转子铝耗

2．4．2定子齿部和轭部铁耗

2．5本章小结

第3章中压防爆电机温度场计算

3．1中压自扇冷防爆电机冷却结构

3．2．1热生成率

3．2．2散热系数的确定

3．2．3电机部件材料和导热系数

3．2．4基本假设与求解域模型

3．3基于ANSYS的温度场仿真分析

3．4样机实验验证

3．4．1电机热源的测定

3．4．2电机温升实验

3．5本章小结

第4章中压防爆电机热应力计算

4．1中压防爆电机各结构件力学性能

4．2．1基本假设

4．2．2数学模型

4．2．3物理模型及其边界条件

4．3中压防爆电机热应力场形变分析

4．4中压防爆电机热应力分析

4．5本章小结

结论

参考文献

致谢