高转差率异步发电机的温度场分析
摘要
随着风力发电的迅速发展，对高转差率异步发电机的单机容量和运行安全性提出了更高的要求。单机容量以及各项技术指标不断增加，引起电机各部分温度升高，这直接影响电机的使用寿命和运行的安全可靠性，所以对现代电机的发热与冷却问题进行研究显得日益重要。
在高转差率异步发电机的设计中，合理掌控电机稳态时的温升和其他各项指标，是电机研发成功与否的重要因素。在电机设计阶段，只有初步计算电机的温度分布和相关部件所限制的平均温升，才能对风机的热处理进行研究，进而使设计方案更加先进合理。
本文以160kW-6型电机为研究对象，对电机内温度场进行耦合分析。根据传热学理论，首先建立了电机二维温度场的模型，其次建立了电机转子部分三维温度场的模型，给出了电机损耗及散热系数的计算方法。应用有限元软件ANSYS进行计算分析。最后分析了转差率变化对电机温度场分布的影响，以及有效的散热方法，得出了一些有益的结论。
关键词 温度场；高转差率异步发电机；有限元法；ANSYS
目录
摘要 I
Abstract II
第1章 绪论 5
1.1 课题研究的意义 5
1.2 国内外研究现状 6
1.3 本论文的主要工作 7
第2章 传热学原理 9
2.1 传热学的基本定律和导热微分方程 9
2.2 导热微分方程的边界条件 12
2.3 本章小结 13
第3章 高转差率异步发电机的有限元原理 14
3.1 有限元法概述 14
3.2 二维场的有限元法分析 14
3.2.1 有限单元法的单元分析 15
3.2.2 有限单元法的总体合成 15
3.2.3 有限单元法的代数解算和电子计算机 16
3.2.4 代数结算 16
3.3 三维稳态温度场的有限元分析 16
3.3.1 三维稳态温度场的变分表达 16
3.3.2 变分问题的离散及有限元方程的形成 17
3.4 本章小结 19
第4章 高转差率异步发电机相关参数的计算 20
4.1 电机内的发热源 20
4.1.1 铁芯损耗 20
4.1.2 绕组损耗 20
4.1.3 机械损耗 21
4.2 电机材料的导热系数 21
4.3 电机各部件的散热系数 23
4.4 本章小结 25
第5章 高转差率异步发电机温度场的有限元分析 26
5.1 大型有限元计算分析软件ANSYS简介主要技术特点 26
5.1.1 ANSYS软件的主要优点 26
5.1.2 ANSYS在求解温度场方面的应用 27
5.2 高转差率异步发电机二维温度场仿真 27
5.2.1 160kw-6型高转差发电机数据 27
5.2.2 高转差率异步发电机二维数学模型 28
5.3 高转差率异步发电机转子三维数学模型 29
5.3.1 计算区域的确定及假设 29
5.3.2 转子三维温度场的边界条件 31
5.3.3 高转差率异步发电机转子三维温度场的计算 32
5.3.4 转子三维温度场的计算结果与分析 35
5.3.5 对于高转差率异步发电机的改进 35
5.4 本章小结 35
结论 36
致谢 37
参考文献 38
