PDF《防爆型水冷电机内换热与温度场计算》

第13卷第3期 2009年 5月 电机与控制学报EL ECTR IC MACH IN ES AND CON TROL Vol113 No13 May

2009 防爆型水冷电机内换热与温度场计算 温嘉斌 1,

2 , 许明宇

1 (1.

哈尔滨理工大学 电气与电子工程学院 ,黑龙江 哈尔滨 150040;

2. 哈尔滨工业大学 电气工程系 , 黑龙江 哈尔滨 150001) 摘要:采煤机电机安装空间严格受限 ,随着电机设计容量的提升 ,使单位体积损耗 (发热率 )增大.为了研究该类电机的发热与冷却问题 ,在对防爆型水冷电机的结构、 材料以及换热机理进行分 析的基础上 ,建立了防爆型水冷电机的传热数学物理模型.采用有限元法对电机定、 转子及水套的 温度场进行了计算与分析.通过计算结果与实测值对比 ,验证所建传热模型可以真实反映实际传 热过程.分析计算结果表明电机定子最高温度点位于定子上层绕组近气隙侧 ;

定子齿是热量传递 的主要通道 ,热流密度最大 ;

选用适当的冷却水流速 ,可以用最小的代价获取所需的冷却效果.研 究结果可以为采煤机电机热控制和优化设计提供理论依据. 关键词 : 防爆型水冷电动机 ;

有限元 ;

换热 ;

温度场 中图分类号 : T M301.

4 文献标识码 : A 文章编号 : 1007- 449X (2009) 03- 0393-

05 Calculation on heat exchange and temperature field in water2cooled explosion - proof motor W EN Jia2bin 1,

2 , XU M ing2yu

1 (1. College of Electrical &

Electronic Engineering, Harbin University of Science and Technology, Harbin 150040, China;

2. Department of Electrical Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China) Abstract: The motor used in the shearer is installed in a li m ited space, with the increase of the design ca2 pacity, unit volume loss (heating rate) increases in it . In order to study the heating and cooling problem s of the motor, heat transfer simulation model forwater2cooled explosion2 proof motorwas established on the basis of analyzing its structure, materials, and heat exchange mechanis m. Upon that the temperature field was calculated and analyzed in the stator, rotor and water jacket of the motorwith finite elementmethod. By comparing the experimental data and the calculated results, the model was verified. Calculation re2 sults show that the highest temperature of stator is in the upper layer of the coil near the air gap, and the Stator teeth is the main channel of heat transfer, in which the heat flux density ismaximum, and the ap2 propriate flow velocity of the cooling water can obtain the required cooling effect with the m ini mum cost . The works provide a theoretical basis for the thermal control and optimal design of water2cooled motor used in the shearer . Key words:water2cooled explosion2 proof motors;

finite element method;

heat exchange;

temperature field 收稿日期 :

2007 -

09 -

28 基金项目 : 黑龙江省自然科学基金 ( E200626) ;

国家科技支撑计划 (2008BAF34B04) 作者简介 : 温嘉斌 (1961 - ) ,男 ,博士后 ,教授 ,主要研究方向为电机及电机控制 ;

许明宇 (1976 - ) ,男 ,硕士 ,主要研究方向为电机综合物理场计算.

1 引言薄煤层采煤机用防爆型水冷电动机由于安装空 间严格受限 ,其技术发展趋势是加大单位体积功率. 随着电机设计容量的提升 ,使单位体积损耗 (发热 率 )增大 ,引起电机温度升高 ,因此限制其温升成为 该类电机设计中的主要技术问题. 本文所研究的防爆型水冷电动机是根据国内采 煤机生产企业的实际需求 ,为新型采煤机配套的专 用电动机 ,其发热与冷却问题 ,涉及电磁场、 多流体 场 (冷 却水和 空气 )、 温度场耦合求解.以YB2 CM1502 4高功率密度水冷电动机为例 ,在对其结构、 材料以及换热机理进行分析的基础上 ,根据电磁场、 流体场、 温度场耦合的强弱 ,通过人工解耦建立了防 爆型水冷电机的发热与传热仿真模型 ,模拟了定、 转 子的温度场 ,研究了水冷却器的冷却性能.研究结 果可以为采煤机电机热控制和优化设计提供理论 依据.