电机温度场的仿真与分析

高温异步电机设计与性能分析High Temperature Induction Motor Design and PerformanceAnalysis学院：电气工程学院专业班级：学号：学生姓名：指导教师：（教授）2012年 6 月摘要Abstract目录摘要 (I)Abstract ............................................................................................................................ I I 目录 (I)第1章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 课题背景及意义 (1)1.2.1课题研究背景、目的及意义 (1)1.2.2课题国内外研究现状及趋势 (4)第2章三相单鼠笼异步电动机电磁计算 (6)2.1 额定数据及主要尺寸 (6)2.1.1参数的选择 (6)2.1.2电机的主要尺寸 (7)2.1.3定子绕组的计算 (9)2.1.4定子槽型的计算 (10)2.1.5转子绕组的计算 (11)2.2 磁路计算 (13)2.3 参数计算 (18)2.3.1线圈长度计算 (18)2.3.2电机定子绕组漏抗计算 (19)2.3.3电机转子绕组漏抗的计算 (21)2.3.4有效材料的计算 (22)2.3.5空载特性 (24)2.4 工作性能计算 (26)2.4.1电负荷计算 (26)2.4.2电机损耗计算 (27)2.4.3主要性能计算确定 (29)2.5 起动性能计算 (30)2.5.1起动时定子参数 (30)2.5.2起动时转子参数 (31)2.5.3起动参数的确定 (33)2.6 MATLAB语言结构 (34)第3章异步电机通过matlab的温度场分析 (35)3.1 matlab在电机设计和仿真中的应用 (35)3.2温度对异步电机的性能影响 (36)3.2.1. 温升 (36)3.2.2 发热 (37)3.2.3 环境温度对电动机的影响 (38)3.3 异步电动机温度场特性仿真结果 (38)第4章异步电机的ansoft仿真 (40)4.1. ansoft maxwell的介绍 (40)4.1.1 三维静电场分析(3D Electrostatic Field) (40)4.1.2 三维直流磁场分析(3D DC Magnetic) (40)4.1.3 涡流场分析(Eddy Current Field) (40)4.1.4 瞬态场(Transient Field） (40)4.2 Maxwell 仿真一般步骤 (40)4.3 Maxwell的仿真结果与分析 (41)4.3.1建立电机模型 (41)4.3.2 Rmxprt导入至Maxwenll 2D有限元模块 (42)4.4本章小结 (43)第5章结论 (44)参考文献 (45)致谢 (48)附录 (49)5.1 附录1 (49)5.2 附录2 (61)第1章绪论1.1 引言随着四个现代化的发展，工业生产的自动化程度提高，还需要大量各种各样具有高性能的控制电机作为自动化系统的控制元件或执行元件。

感应电机三维温度场建模与仿真计算王治军;高忠峰;周茜【摘要】本文以自行研制的5.5 kW五相异步电机为研究对象,建立了三维温度场有限元计算模型.采用顺序电磁-热耦合方法,将电磁场分析中的节点损耗作为热源施加到温度场计算中,完成了对电机稳态温度场的计算,得到了电机内部各部件的温度分布,并以此为基础,研究了不同温度条件对感应电机参数和运行性能的影响.【期刊名称】《船电技术》【年(卷),期】2014(034)007【总页数】5页(P30-34)【关键词】异步电机;有限元方法;顺序电磁热耦合;温度场;参数分析【作者】王治军;高忠峰;周茜【作者单位】海军航空兵学院,河南济源454650;91446部队,河北涿州072750;91446部队,河北涿州072750【正文语种】中文【中图分类】TM343电机是一个涉及多物理场、强耦合的研究对象，对于某些特种电机，其应用场合特殊，工况复杂，传统单场研究手段已不再适用，而建立涉及温度、流体和电磁等多场耦合的电机设计和分析方法逐渐成为人们的研究热点。

文献[1]、[3]介绍了通过建立电机轴向剖面2维有限元模型来计算电机温度场的方法，但没有考虑绕组端部的温度，轴向上温度差异也无法体现；文献[4-6]建立了电机定子三维有限元模型，计算了电机的稳态温度场，但没有作温度对电机参数影响的讨论；我国学者李伟力对电机的温度场进行了详细计算与分析，不过其研究对象多为大型发电机，对于应用广泛的中小型电机未作进一步研究；文献[8]中建立了异步电机的精确热网络模型，通过CFD（计算流体动力学）计算了机壳表面散热槽内冷却空气的流速分布，这些研究对于电机温度场有限元计算具有重要意义。

本文以一台5.5 kW五相异步电机为研究对象，建立了其有限元三维模型，应用电磁和热的顺序耦合方法计算了电机稳态温度场，得到了电机内部各部件的温度分布，并以此为依据，比较了不同温度条件下电机主要参数与性能指标的变化，为电机电磁和散热的优化设计打下基础。

基于AnsysWorkbench雅阁ISG温度场仿真分析本文基于Ansys Workbench对雅阁ISG的温度场进行了仿真分析。

ISG是内燃机启动器和发电机的组合装置，也称为轴承式起动机（Starter Generator，简称SG），是目前汽车发动机的“绿色”起动技术之一。

首先，我们需要构建ISG的三维模型，并设置ISG工作时的工况条件，包括工作电流、转速等。

然后，我们将模型导入Ansys Workbench中，通过选择热传导法，建立ISG的温度场分析。

在分析过程中，我们可以将ISG的温度场分为静态和动态两种情况进行分析。

其中，静态分析主要用于分析ISG在静止状态下的温度分布情况，而动态分析则可以直观地反映ISG在工作状态下的温度场分布情况。

通过静态分析，我们可以发现ISG在不同位置的温度分布存在一定的差异。

其中，发电机部分温度分布状态相对均匀，而起动机部分温度分布则表现出较强的集中性，这主要是由于起动机部分工作时电磁场的分布差异所导致的。

而通过动态分析，我们可以得知ISG在不同工作状态下的温度分布情况也会有所不同。

例如，在高负载状态下，ISG的温度分布相对均匀而稳定，在低负载状态下则出现温度分布的不均匀性。

最后，我们可以对ISG的改进进行模拟分析，以寻找最优的改进方案。

例如，可以通过对ISG内部的散热结构进行优化设计，以提高ISG的散热效率并减少温度的集中分布。

综上所述，通过Ansys Workbench的仿真分析，我们可以深入研究ISG的温度场分布情况，并寻找最优的改进方案，以提高ISG的效率和稳定性。

此外，在ISG使用过程中，温度对于ISG的运行状态有着重要的影响。

温度过高会导致ISG内部元件的热膨胀而失去原本的机械性能，从而导致ISG的故障或损坏，进一步影响到整个发动机的运行状态。

因此，在ISG的设计过程中，需要考虑机械结构和散热系统的优化，以确保其能够承受各种环境下的温度影响而稳定运行。

电机绕组温度场分析及优化研究电机是现代工业中不可或缺的重要设备之一，其核心部件之一就是绕组。

绕组既是电机的能源转换介质，也是决定电机性能的关键因素之一。

电机的功率、效率、寿命等等指标都与绕组的质量有着紧密的关系。

近年来，电机绕组的温度场分析及优化已成为电机行业研究的热点之一。

一、电机绕组的温度场分析方法在电机运行中，由于绕组内部的电磁感应发热和电阻发热作用下，绕组温度会逐渐升高。

由于各个部分的绕组结构不同，所以在绕组温度分布上也会存在差异。

因此，进行电机绕组温度场分析，有利于优化绕组结构，提高电机的功率密度和效率。

目前，电机绕组温度场分析的方法主要有以下三种：1. 数值模拟法数值模拟法是目前研究电机绕组温度场分布的常用方法。

其基本思想是建立电机绕组的数学模型，通过计算机模拟的方式分析电机在不同工况下的温度场分布情况。

具体来说，数值模拟法常用的软件包括ANSYS、FLUENT等。

2. 实验方法实验方法是通过实验手段，测量电机绕组在不同负载条件下的温度变化情况，并根据测量结果进行分析和优化。

常用的实验手段有红外线热像仪、热电偶、纤维光学传感器等。

3. 解析方法解析方法是建立基于物理原理的电机绕组温度场分布模型，在此基础上，通过解析计算得出温度场分布的解析解。

常用的解析方法包括有限元法、有限体积法、边界元法等。

二、电机绕组的温度场优化方法电机绕组的温度场分布是影响电机整体性能的重要因素之一，因此，研究绕组结构优化方法，是提高电机功率密度和效率的关键。

目前，有许多方法可以有效地优化电机绕组的温度场分布，其中最常用的包括以下几种。

1. 涂层技术涂层技术是在绕组表面喷涂一层专门的保护性材料，目的是提高绕组的热稳定性和导热性。

常用的涂层材料包括氧化铝、氮化硅、热沉淀镀层等。

2. 合理铺绕合理铺绕是指将绕组的导体线依据其规格和结构特点，按照一定的规律分布在绕组槽中。

通过优化绕组的排列方式、导体线的集中密度、绕组的长度等参数，可以使绕组温度场分布更加合理，提高其工作效率。

Ansys Workbench在电机温度场分析的实际运用摘要：温升高是电机最为主要的故障原因，而电机的种类很多，不同种类有着多种多样冷却方式，因此，电机的温度分析较为复杂，传统方法是以热负荷作为基准根据试验结果类比电机的设计温升，对于一些特殊结构的电机，热负荷类比法就不能满足设计需要。

采用Ansys Workbench仿真软件通过FEA有限元分析（Finite Element Analysis），可以对特殊结构电机定转子热源分布、以及传导、对流、辐射等要素进行网格化分析。

本文以具体案例的设计分析过程，论述Ansys Workbench稳态温度场在电机设计中的实际运用。

关键词：温升电机温度场有限元Ansys1引言我们以一台低压变频异步电动机YVF400-6-315KW、380V、50HZ为研究对象，对其定转子温度场进行仿真分析，对比求解结果与最后型式试验的偏差，从而验证Ansys Workbench仿真软件在特殊电机设计的实际运用。

电动机主要的设计参数如下：2 2D建模2.1 在Ansys Workbench程序界面下，通过ToolBox,进入稳态温度分析Steady-state-Thermal工作平台；2.2 在Steady-state-Thermal工作平台点取Geometry进行几何形状设置；或者在Analysis Systems树状下右侧窗口，右键选取Geometry--Import导入定子或转子三维部件的stp、sat、step等格式；2.3 在Steady-state-Thermal工作平台右键选取Geometry-第二行Edit Geometry in DesignModeler----可进入DM-右键点取Import1，选取生成-Generate；可获得每个部件的建模信息。

3、材料设置3.1 回到workbench对第三行Model右键Edit---进入Mechancial Enterprise机械单元,在Outline下的Model点取Geometry项下的每个零部件，左下表格中可以查看体积、面积、重量，并且设置材料名称、密度、热导率等；3.2 定转子材料设置，40度左右的热导率按下表：4、划分网格在workbench对第三行Model右键Edit进入Mechancial Enterprise机械单元，菜单栏点取Generate Mesh ，在树状mesh下表格relevance设置网格的相关属性，数字越小，节点和单元数越少。

温度场数值模拟与分析一、引言温度场是工业制造、自然环境等领域中经常涉及到的现象，通过数值模拟和分析可以深入了解温度场的变化规律，并为后续的研究工作提供有效的参考。

本文将介绍温度场的数值模拟方法和分析技术，并结合实际案例进行分析和讨论。

二、数值模拟方法1.有限元方法有限元方法是数值模拟的一种常用方法，其核心思想是将复杂的物理问题抽象为有限个单元，通过单元之间的相对运动以及单元内部的运动来计算物理量的变化。

在温度场的数值模拟中，有限元方法可以通过建立合适的有限元模型、选择适当的数值方法和求解器来计算温度场的分布和变化规律。

2.计算流体力学方法计算流体力学方法是将物理问题建模为一系列守恒方程和运动方程的数学问题，通过求解这些方程来计算物理量的分布和变化。

在温度场的数值模拟中，计算流体力学方法可以通过建立流体系统的数值模型、指定流体系统的初始和边界条件以及选择适当的求解算法来计算温度场。

3.反向传播神经网络方法反向传播神经网络方法是在深度学习技术的支持下，将物理问题转化为神经网络的训练问题，通过优化网络的结构和参数，实现对物理问题的数值模拟。

在温度场的数值模拟中，反向传播神经网络方法可以通过建立网络模型、选择适当的损失函数和优化算法，来计算温度场的分布和变化规律。

三、分析技术1.可视化分析可视化分析是通过图表、图像和动画等可视化方式来展示温度场的分布和变化规律，通过可视化分析可以直观地了解温度场的变化情况，并且可以更好地理解温度场的复杂性。

2.数据挖掘分析数据挖掘分析是通过分析温度场数据中的模式和关联规则，来发现与温度场相关的重要信息和规律。

通过数据挖掘分析可以发现温度场的非线性规律、异常状态和趋势等信息，为后续的研究工作提供有效的参考。

3.时间序列分析时间序列分析是通过分析温度场数据的时间波动和趋势变化，来了解温度场的周期性和逐渐变化趋势。

通过时间序列分析可以发现温度场中的周期性波动规律和变化趋势，为后续的预测和控制工作提供有效的参考。