[发明专利]一种多风路复杂流体域交流电动机温度场的计算方法

说明书

本发明提供了一种多风路复杂流体域交流电动机温度场的计算方法，该方法包括以下步骤：建立电磁场数值分析模型，通过对电机结构尺寸优化，多次迭代计算电机起动性能和运行性能，直到电机电磁性能满足设计要求；建立复杂流体域的风阻网络计算模型，设定初始风扇压头和风量，通过反复迭代计算风阻网络模型，最终确定电机内部风扇的额定工作点；基于电磁场和流体场计算的结果，考虑交流电动机复杂的通风系统，建立复杂流体域的交流电动机温度场计算模型，采用给定电机入口风温初值的多次迭代计算方法，确定电机入风口风温，解决电机入风口风温无法通过实测方式获得的技术难点。本发明可以广泛应用于涉及复杂流体域的电机结构分析中。

技术领域

本发明涉及交流电机设计技术领域，尤其涉及一种多风路复杂流体域交流电动机温度场的计算方法。

背景技术

交流电机具有体积小、功率密度大和结构简单的优点，但是在实际运行过程中受定转子损耗非集中式分布的影响，定转子温度场比较复杂，需要对交流电机设计进行深入研究分析。交流电机的设计是一个综合电磁场、流体场和温度场等多种物理场的耦合过程，而且这些物理场之间相互影响、相互制约。特别是高速交流电机设计，除了必须考虑转子临界转速、转子动力学特性等，定转子的热稳定性也是影响高速交流电机稳定运行的关键。

因此，如何准确计算交流电机的电磁场、流体场和温度场成为目前研究的重点。

发明内容

本发明提供了一种基于有限元的电磁-流体-温度多维场耦合多重迭代的数值模拟方法，能够准确的得到电机的最优设计方案及电机内部流体分布、温度场分布。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

本发明提供了一种多风路复杂流体域交流电动机温度场的计算方法，包括如下步骤：

S1：建立包含复杂端部绕组在内的电机电磁场数值分析模型，利用所述电机电磁场数值分析模型对电机电磁场相关参数的设定初值进行迭代计算，优化所述电机电磁场相关参数判断电机电磁性能是否达到设定值，若是，执行S2，否则重新执行S1；

S2：建立风阻网络计算模型，利用所述风阻网络计算模型对电机内部风扇压头和风量的设定初值进行迭代计算，优化所述电机内部风扇压头和风量判断电机内部风路性能是否达到设定值，若是，执行S3，否则重新执行S1；

S3：建立交流电动机流固耦合温度场计算模型和冷却器流固耦合温度场计算模型，利用所述交流电动机流固耦合温度场计算模型和所述冷却器流固耦合温度场计算模型对电机入风口风温的设定初值进行迭代计算，优化所述电机入风口风温判断电机温度场性能是否达到设定值，若是，结束计算，否则重新执行S1。

进一步地，所述电机电磁场相关数值包括电机绕组参数、齿槽数配合参数。

进一步地，所述S2还包括：

利用所述风阻网络计算模型对设定电机内部风扇压头和风量初值进行迭代计算，得到不同风量和不同压力下的风阻变化曲线，利用所述风阻变化曲线和风扇外特性曲线，得到电机内部风扇的额定工作值。

进一步地，所述风扇外特性曲线通过计算风扇的理论全压头H_t、动压头H_d、流体损耗H_v和静压头H_s值确定，具体计算如下：

理论全压头：

动压头：H_d＝0.0625v²

流体损耗：

静压头：H_s＝H_t-H_d-H_v