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行业动态

采用径向式冷却电机系统简析

轴向式在采用轴向通风冷却系统的电机中,冷却气体从电机的一端进入,沿着电机的定、转子风路轴向流动,由电机的另一端排出。这种电机可以有效地减小铁心、机座以及转轴的长度,这不但节省了材料,而且简化了铁心的制造工艺。此外,该冷却系统为安装较大直径的风扇提供了方便,达到了增大通风量的目的。但它沿轴向的冷却并不均匀,而且不能将转子上部件的鼓风作用充分的发挥出来,这种冷却方式的通风损耗也比较大。不过对中小型电机而言,轴向通风系统的冷却效果往往比径向通风系统的好。

 

轴径向混合式在采用混合通风系统的电机内部,轴向风道和径向风道是并存的,但大多数情况下以一种为主,这种混合通风的方式结合了轴向和径向的特点。在该冷却系统中,冷却气体由电机的一端进入,由转子的径向通风沟进入到定子的径向通风沟中,最后从环球电机的另一端排出。由于轴径向通风道的存在,气流在电机内部被分为多股,这样就增大了冷却气体与电机内部发热部件的接触面,提高了散热的效果,而且可以保证冷却电机的各部分温度分布均匀。

 

中型高压异步电动机是一台采用轴径向混合通风进行冷却的空冷电动机,图3-1为此电机的通风结构示意图。如图所示,该电机内部安装的挡风板对电机内流体的流动方向进行了约束。外风路的冷却气体由于受到离心式风扇产生的较大压强的作用流入至冷却器中。

 

冷却气体在内风路的流动路径为:定子端部一转子径向通风沟一气隙一定子径向通风沟一内风扇。在环球电机的外部安装有冷却器,风机将低温二次冷却气体压入到位于冷却器内部的冷风管道内,使之与冷却管外部环流的升温后的一次冷却气体进行接触换热,这样,就降低了一次冷却气体的温度。图中实线箭头所指方向即为二次冷却气体的流动方向也就是外风路气体的流动方向,而虚线箭头所指方向为一次冷却气体的流动方向也就是内风路气体的流动方向。

 

图1:电机通风结构示意图

电机通风结构示意图

与通风系统及建模相关的电机主要尺寸及参数值为:定子外径740mm;内径460mm;转子外径456.8mm,内径240mm;定子铁心总长为600mm,其中通风道为10X10mm,定子槽数Q1=48槽,每排定子通风沟内分别均布规格为6X10X125mm通风槽钢48个;转子铁心总长600mm,其中通风道为10X12mm,转子槽数Q2=36槽,每排转子通风沟内均布有通风槽管。

 

定转子通风沟的存在,东莞电机内风路的模型变的更为复杂,这为建模增加了难度。电机的径向通风沟内主要包括定子通风沟内流体、转子通风沟内流体、转子支架内流体、气隙内流体、通风槽钢、定子绕组、转子铜排和轴8个部分,按照YKK450-4、500kW中型高压感应电动机的实际结构尺寸,对内风路的流体场进行建模。利用Gambit软件中的Split功能,用机座外壁减去机座内部的所有实体,即可得到电机内风路的流体域模型。由于之后要对模型进行流体场温度场的耦合计算,故在建立模型时要生成流固耦合面,只需将流体区域和固体区域都画出来,此时的交界面在Gambit中会被自动默认为流固耦合面,365体育在线导入Fluent后这个面会自动被拆分成两个面,即Wall和WallShadow,Fluent会自动把他们处理成Coupled边界条件。电动机处于稳定运行的状态时,其内部的转子和轴均是旋转的,故在建模时要选择旋转轴,一般情况下都设z轴为旋转轴,而在计算电机内的流体场、温度场分布时,也要采用多重参考坐标系(MultipleReferenceFrame简称MRF)模型。考虑到转子旋转时通风槽管起到的作用与风扇的扇叶相似,对流体流动性能产生了比较大的影响,故在建模时也要将它涵括在内。

 

建立流体域的物理模型时,实际电机中固体的部分要在Gambit中设置为Solid(固体),实际电机中的流体区域要在Gambit中应该设置为Fluid(流体)。建立好的内风路全域流体模型如图所示。从图中可以清楚的看到YKK系列中型高压感应电动机内部的轴径向通风风道。流体在电机内部的流动是不对称的,只有对东莞电机内风路进行整体建模才能将电机内部流体的流动情况更加完整的表现出来。