1. 电机运行的生热率物理定义是:在单位时间内由单位体积的内热源所产生的热量大小,其生热率计算公式:Q=Wq/V 。在电机运行过程中,发热来源有铜耗、铁耗、机械损耗和附加损耗。其中主要的内热源就是铜耗和铁耗,忽略对温度变化影响微小的机械损耗和附加损耗,仅考虑占损耗绝大部分的铜耗和铁耗两部分。
(1)铜耗的计算PCu=Σ(IIR)
(2)铁耗的计算Pfe=KaPfeGfe
2. 在几乎不影响计算结果仿真云图的前提下,为了减少计算量,提高效率,假设:铁芯损耗主要为定子铁芯损耗,忽略转子铁芯中产生的损耗,对5.5KW的稀土永磁同步电机进行瞬态热分析。
(1)建立电机几何模型,进入前处理器;
(2) 定义材料属性:定义单元类型并设置单元参数,对电机各部分的材参数进行定义并更新工程文件;
(3) 网格剖分:剖分网格,生成有限元模型。由于电机内部的磁场分布复杂,考虑到计算精度及耗时情况,对不同的区域采用不同的计算精确度,温升变化大的地方需要对网格进行细分,主要集中在铜耗大的绕组部分和铁耗大的铁芯定子部分。而其他地方可以采用略低精度网格剖分;
(4) 加载边界条件和载荷,求解:首先添加自由度约束,在温度场的分析中,以温度为自由度约束;其次是编辑温度,并选择其应用区域,定义整个模型的初始温度;再次是添加热载荷,此处添加的热载荷为生热率,即二维电机模型铜耗和铁耗部分。边界条件主要是初始温度值,取20℃,然后再添加对流条件和生热率载荷。其中,对于电机发热影响最大的两项损耗的大小分别是:铜耗PCu=68W,铁耗PFe=268W;
(5)后处理:进入通用后处理器,对瞬态热分析结果进行后处理。
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针对160kW的永磁同步电动机,采用路方法进行分析计算,给出电机设计中需要的相关尺寸参数。通过MotorSolve软件,进行参数化建模,对其进行仿真分析,并对特定的参数进行优化设计。