大型水轮发电机定子三维温度场计算.pdfVIP

1999 1999年1月 第五次全国电机学术讨论会论文集 January ofthe5thElectricMachine ofChina HarbinChina 中国·哈尔滨Proceedings Symposium 大型水轮发电机定子三维温度场计算 李广德 ．金波 哈尔滨大电机研究所 哈尔滨电机有限责任公司 摘 要 本文以水轮发电机半齿、半槽、半轴向长度为计算区域，用三维有时限元法计算定子温 度场，以定子再个风沟风速为基础，计算备段铁芯散热系数，真正反映出冷却系统类型对温 升的影响：以自山电机为例进行了温升|十算，并与真机实测值进行丁对比：『司时本文还做， 单段铁芯与半轴向长(25段铁芯)的温升对比计算。 关键词三维温度场半齿半槽半轴向长 1前言 随着现代电机制造[业的发展，单机容鼍不断增人，技术经济指标大大提高，使电机 运行时产生的单位体积损耗增长，引起电机各部分温度升高，这直接影响到电机的寿命和 运行的可靠性。因此，电机的发热与冷却问题日益受到重视。 电机的热计算是关于电机的发热与冷却方面的问题。电机的发热与冷却，属于流体力 学、传热学、电磁学和电机丁：程等学科的综合学科，迄今为止国内外在这方面所做的工作 还不多。尽管国内各主要电机生产厂家和研究所在电机冷却方面已经积累了一些经验，但 就理论研究而言，还只停留在单段铁芯或线圈端部的局部上、进行有限元温度场计算，缺 少电机半轴向的完整分析、研究和计算，因此得出的结论不能反映电机真实的温度场分布 情况，本课题以大型水轮发电机定子的半齿、!F槽及半轴向长度为计算对象，以电机通风 沟内的实际风速为基础，结合电机的实际通风冷却结构。进行电机定子的三维温度场研究； 并且以自山水轮发电机为算例进行计算，并与真机实测结果进行对比，本文也列出了单段 铁芯的温度场计算结果及其对比情况。 2温度场方程推导 2．1稳态温度场的条件变分问题 李广德高级工程师1964年生哈尔滨电工学院硕士研究生毕业现为哈尔滨大电机研究所主任工程5|l{j 盍涟助理工程ll『fj1968年生华中理工大学毕业 ·52· 按付里叶热传导定律，物体内单位时间内通过单位面积所传递的热量与物体内的温度 梯度成正比： 一 ．钾 q一“‘剖 (1) 式中： i～单位时间内沿法线方向通过导热面积的热流量，即热流密度向量； 婴一导热面温度法向的变化率： ^～导热系数。 固体内部导热时，由热力学能量守恒定律：在一定时间内，一体积元内所产生的热量 中】，应等于同一时间内从这个体积元表面传导出去的热量{92与留在该体积元内的热量 西3之和，即： 中1一由2。巾3 (2) 应用微元分析法·即可得到有内部热源时，在各向异性介质的同体中的热传导方程： div(kgradT)+q，=pc(詈) (3) 式中：g，～单位体积内产生的热量： p一空气密度； c一空气比热容。 对于稳态温度场，温度T不随时间t变化，即娑=o．于是方程(3)变为： div(kgradT)+q。=0 (4) 在直角坐标