三相异步电机三维瞬态温度场仿真研究

三相异步电机新模型及其仿真与实验1 引言近年来，由于电机控制技术和控制装置的发展，异步电动机的应用范围越来越广泛。

变频调速技术的不断完善，使得异步电动机也能应用于过去只能使用直流电动机的领域，并有逐渐取代直流电动机的趋势。

异步电动机的变频调速控制技术要求对异步电动机实施反馈控制，异步电动机的模型对能否获得正确的控制策略有很大的影响。

至今为止，在三相异步电动机的控制和故障诊断研究[1-3]中，绝大多数采用的是著名的PARK模型。

然而，PARK模型要在电机三相参数是对称状态时才是正确的。

当电机内部发生故障时，这个条件一般不满足。

实践证明：变频调速控制系统在电机內部故障时会产生无效甚至有害的控制后果。

电机模型不合适是重要原因之一。

很多学者为建立模拟三相异步电机內部故障的模型做了大量工作[4-5]，经典的是基于有限元计算得到的模型，这类模型可以对电机参数不对称的状态进行详细地模拟[4]。

但这类模型一般都很复杂,不适用于在线应用。

三相异步电动机还有另一种模型，即原始的相轴线模型（ABC坐标模型，方程式(1)，(2)）。

这种模型在电机三相参数不对称时仍然可以使用。

但是，这种模型的缺点是其部分参数随着电机定、转子间相对位置的变化而变化，是由一组线性变系数微分方程构成的模型。

从应用的角度来看，由于异步电机的转差，定、转子间的相对位置不断变化。

要在线检测定、转子间的相对位置并用到实时控制中去是困难的。

所以，在三相异步电动机的变频调速控制中没有采用这套模型。

针对这个问题，人们提出了很多方案[6-9]：如把不对称相等值成同其它绕组对称的绕组与一附加绕组之和的方法[6]；采用参数辨识的方法[7]等等。

但由于这些方法的基础仍是采用PARK模型，只是对其修修补补，因而效果不好。

笔者在从事三相异步电动机的故障诊断研究中，也遇到了没有合适的电机模型的问题。

通过对三相电机运行的物理机理的分析和研究，构造了一个变换函数[10]。

使用该变换函数，得到了三相异步电机的新模型。

动车组异步牵引电机的温度场仿真分析随着现代交通工具的不断发展和进步，动车组作为一种高速铁路运输方式，受到了广泛的关注和运用。

作为动车组的重要组成部分，异步牵引电机在动车组运行中起到了至关重要的作用。

为了确保动车组的正常运行，保证牵引电机的性能和寿命，我们需要对其温度场进行仿真分析。

在动车组工作过程中，牵引电机会受到复杂的机械和电磁环境的影响，这些因素都会导致电机内部产生热量。

因此，对牵引电机的温度场进行分析能够帮助我们了解其工作状态，从而采取相应的措施来维护和保养电机。

首先，进行动态温度场仿真分析可以帮助我们了解电机在长时间运行下的温度分布情况。

通过对电机内部结构和电磁场的建模，我们可以通过数值计算的方法模拟电机内部的温度变化。

这有助于我们评估电机的散热性能，并确定是否需要进行额外的散热设计。

其次，温度场仿真分析还可以用于优化电机的冷却系统。

通过在模型中引入电机的冷却系统，可以观察到冷却系统在不同工况下的效果，并根据仿真结果对冷却系统进行改进。

这样可以有效地降低电机的工作温度，提高电机的可靠性和寿命。

另外，温度场仿真分析还可以用于评估电机在故障情况下的热特性。

通过在仿真模型中引入电机故障的情况，可以观察到故障对电机温度的影响。

这有助于我们识别和预防电机故障，降低故障对动车组正常运行的影响。

在进行温度场仿真分析时，需要考虑模型的准确性和计算的可行性。

首先，需要获取电机的详细参数和结构信息，并根据这些信息建立准确的电机模型。

其次，需要选择合适的数值计算方法和仿真软件，确保计算结果的准确性和可靠性。

同时，还需要考虑计算时间和计算资源的限制，保证仿真分析的可行性。

总之，动车组异步牵引电机的温度场仿真分析对保障动车组的安全运行和电机的性能和寿命具有重要意义。

通过对电机温度场的仿真分析，我们可以了解电机的工作状态，优化冷却系统，并评估电机在故障情况下的热特性。

这将为动车组的维护和保养提供重要的参考和指导，保障动车组的正常运营。

紧凑型高压异步电机三维流体场分析及温度场仿真计算近年来，紧凑型高压异步电机在工业生产中得到了广泛应用。

为了确保电机的安全运行和性能稳定，对其三维流体场分析和温度场进行仿真计算是非常重要的。

本文将对紧凑型高压异步电机的三维流体场分析和温度场仿真计算进行详细阐述。

首先，我们需要了解紧凑型高压异步电机的结构和工作原理。

紧凑型高压异步电机由定子和转子两部分组成。

定子是由线圈绕制而成的，线圈之间通过绝缘层隔开。

转子是由永磁体和铁芯构成的。

当电机通电时，定子产生的磁场会与转子上的永磁体产生相互作用，从而产生转矩输出。

接下来，我们需要进行三维流体场分析。

由于紧凑型高压异步电机内部空间狭小，气流的流动受到限制，因此三维流体场分析非常重要。

我们可以使用计算流体力学（CFD）软件对电机内部流动情况进行模拟和分析。

首先，我们需要建立电机的几何模型，并指定流体和边界条件。

然后，通过求解流体的连续性方程、动量方程和能量方程，可以得到电机内部的气流分布情况。

通过分析气流速度、压力和流动方向等参数，我们可以评估电机内部的流动状况，进而优化设计和改进。

同时，我们还需要进行温度场的仿真计算。

在电机运行过程中，由于电流的通过和线圈的电阻，会产生大量的热量。

这些热量需要通过散热方式来保持电机的温度在安全范围内。

为了评估电机的散热性能，我们可以通过仿真计算得到电机内部的温度分布情况。

我们可以将电机的材料属性、电流大小、环境温度等参数输入到热传导方程中，通过求解得到电机内部各个位置的温度分布情况。

通过分析温度变化趋势和热量传递路径，我们可以判断电机的散热情况是否合理，进而优化电机结构和散热设计。

综上所述，对紧凑型高压异步电机进行三维流体场分析和温度场仿真计算是非常重要的。

通过这些分析和计算，我们可以评估电机的性能和散热情况，进而优化设计和改进，确保电机的安全运行和性能稳定。

希望本文对读者对紧凑型高压异步电机的三维流体场分析和温度场仿真计算有所帮助。

电气与电子信息工程学院《计算机仿真及应用B》题目：_________学号：_____________________姓名： ___________________________班级：—任课老师：______________三相异步电动机的建模与仿真一. 实验题目三相异步电动机的建模与仿真二. 实验原理三相异歩电动机也被称作感应电机，当其定子侧通入电流后，部分磁通将穿过短路环，并在短路环内产生感应电流。

短路环内的电流阻碍磁通的变化，致便有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有柏位差，从而形成施转磁场。

转于绕组因与磁场间存在着相对运动而产生感应电动势和感应电流，即建转磁场与转子存在相对转速，并与磁场相互作用产生电磁转矩，便转于转起来，从而实现能量转换。

三相异步电动机具有结构简单，成本较低，制進，使用和维护方便，运行可靠以氏质量较小等优点，从而被广泛应用于家用电器，电动缝纫机，食品加工机以各种电动工具，小型电机设备中，闵此，研究三相异步电动机的建模与仿真。

三•实验步骤1•选择模块首先建立一个新的simulink 型窗口，然后根据系统的描述逸择合适的模块添加至棋型窗口中。

建立模型所需模块如下：1 ）选择simPowcrSystcms 棋块库的Machines 子棋块库下的Asynchronous Machine SI Units 模块作为交流异步电机。

2）选择simPowerSvstems 块库的Electrical Sources 子模块库下的Three-Phase Programmable Voltage Source模块作为三相交流电源。

3）选择simPowerSvstems 棋块库的Three-Phase Library 于模块.库下的Three-Phase Series RLC Load模块作为串联RLC负载。

4）选择simPowerSvstems模块.库的Elements子模块库下的Three-Phase Breaker棋块作为三相断路器，Ground模块作为接地。

电机温度场的仿真与分析姚光久【摘要】利用传热学基本理论,结合电机结构特点,建立了电机定子三维瞬态导热模型,对中小型电机定子三维瞬态温度场运用Ansys Workbench进行了仿真.【期刊名称】《电气传动自动化》【年(卷),期】2017(039)002【总页数】5页(P16-18,34,40)【关键词】温度场;传热学;环境温度【作者】姚光久【作者单位】广东工业大学,广东广州510006【正文语种】中文【中图分类】TM912.1电机正常运行时，各部分损耗最终都会转变成热能，使得电机各个部分温度升高，进而直接影响电机的寿命和运行可靠性。

因此对电机温度场进行仿真分析，对电机的设计和运行中的状态监测都十分重要［1］。

本文应用Ansys workbench来仿真电机工作状况下的温度场，根据电机结构和通风系统的对称性，对电机的部分零件进行仿真，为电机的相关研究作理论探索。

电机运行时，内部三维温度场负荷傅立叶导热定律，由导热定律和能量守恒方程可知电机内部导热微分方程［2－5］为：式中，ρ为物质的密度；Cp为物质的比热容；t为时间；τT为温度场梯度；λ为物质的导热系数；φv为物体内热源；x、y、z为方向。

仿真考虑电机的铜耗和铁耗，将电机热负荷以热密度的形式施加到电机生热部件上，对其机壳外表面施加空气自然对流散热条件，对冷却介质与水道的接触面、绕组外端面、定子铁芯施加强制对流换热条件，设置环境温度为22℃。

通过仿真得到电机定子、转轴等相关横截面温度场分布图，如图1所示。

用电机材料热性能参数分析截面通热量和相应的温度。

由图1每幅图下的热度进度条可以看出，最左边是深蓝色，深蓝色代表最低温度；最右边是红色，红色代表最高温度。

进度条上的颜色对应定子横截面上的颜色。

分析10s到160s电机定子温度，可知电机运行时间与温度成正比，在某个时间段电机温度不再上升，电机运行对气隙温度影响不大，定子截面中关于中心轴对称的位置温度都相同，离中心轴越近，温度越高；离中心轴越远，温度越低。

收稿日期:2004-07-15第22卷 第10期计 算 机 仿 真2005年10月文章编号:1006-9348(2005)10-0225-03基于三维模型的机车制动盘瞬态温度场仿真杨莺1,王刚2(1.中南大学能源与动力工程学院,湖南长沙410083;2.中南大学机电工程学院,湖南长沙410083)摘要:该文运用有限元软件ANSYS7建立了某机车制动盘的三维循环对称有限元模型。

讨论了边界条件和各种相关参数的确定方法,尤其是机车整个制动过程中制动盘换热系数的计算方法。

同时进行了三维瞬态温度场计算仿真,给出了典型时刻温度场分布云图。

仿真结果显示:在制动开始阶段,制动盘迅速升温,高温区集中在制动盘摩擦面表层,最高温度达220OC;制动过程结束后,整个制动盘有一段较长时间的降温过程。

仿真结果与实验数据相符,证明了该三维有限元模型及其温度场计算方法的正确性。

关键词:制动盘;温度场;有限元;仿真中图分类号:U260.351 文献标识码:AThe T ransien t T e m perature F ield Si m u l a tion ofB rake D isc B ased on 3-D i m ensiona lM odelYANG Y ing 1,WANG Gang2(1.Schoo l o f Energy and Pow e r Eng ineer i ng ,Central South U n ivers ity ,Changsha H unan 410083,China 2.S choo l o fM echan ica l and E lectr i ca l Eng ine er i ng ,Centra l Sou t h U n i v ersity ,Changsha H unan 410083,Ch ina)AB STRACT :A 3-di m en ti ona l cyc le -symm e tr ic m ode l o f a new pa tte rn brake d i sc is estab lished by m eans o ffi n ite e l em ent soft w are ANSY S7in th is pape r .T he boundary condit i ons and corre lative param ete rs o f brake d isc are d iscussed ,espec ially the co efficients o f hea t transfe r dur i ng the who le brake process .3-D transient si m u l a tion o f the tempera ture fie l d and the c l oud atlases o f tem pe rature fie ld o f som e represen tative m o m ents are g i ven .T he ca lcula ti on resu lts show:A t t he beg inn i ng of the brake process ,the tempe ra ture o f brake d i sc rises rap idly ;the high tem pe rature section concen trates on surface l ay er o f brake disc ,and the tiptop tempe ra ture is 220O C ;there is a l ong-p l ay ing te m pera ture reducing process a fte r the b rake p ro ce ss .The ca lcu lat i on resu lts are cons isten t w ith the exper i m ent da ta ,w hich ve r ify the v a lidity o f 3-di m en ti ona l fi n ite e le m en t m ode l and t he calcu lation m e t hod o f tem pe rature fi e ld .K EY W ORDS :B rake d i sc ;T em perature fi e ld ;F inite e l em ent ;S i m u lation1 引言近年来随着列车提速,制动时产生的热量急剧增大,而热应力疲劳是机车制动盘失效的主要原因之一。