軌道交通用永磁牽引電機(jī)通風(fēng)結(jié)構(gòu)研究

丁樹業(yè)+李珊珊+楊帆+陳衛(wèi)杰

摘 要：為了能夠有效改善軌道交通用永磁同步牽引電動機(jī)的散熱性能，以一臺600kW的永磁同步牽引電動機(jī)為例，在了解其通風(fēng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，基于計算流體動力學(xué)及數(shù)值傳熱學(xué)，結(jié)合電機(jī)溫度場分析的數(shù)學(xué)模型，建立了此臺電機(jī)整軸向、半周向的三維物理分析模型。并結(jié)合有限體積元法對該模型進(jìn)行數(shù)值計算，得到了電機(jī)內(nèi)各主要元件的溫升分布結(jié)果，并總結(jié)其產(chǎn)生原因。為軌道交通用永磁同步牽引電動機(jī)冷卻性能的提升，以及更大容量牽引電機(jī)的通風(fēng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化做參考。

關(guān)鍵詞：永磁同步牽引電機(jī)；溫度場；有限體積元法

DOI：10.15938/j.jhust.2017.03.016

中圖分類號： TM341

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號： 1007-2683（2017）03-0090-06

Abstract：In order to effectively improve the ventilation performance of permanent magnet synchronous traction motor used in the rail transit， this paper， taking a 600 kW permanent magnet synchronous traction motor as an example， and based on computational fluid dynamics （CFD） and the basic theory of heat transfer， establishes the three dimensional physical model under its ventilation scheme for the analysis of temperature field. Applying the finite volume element method， each part of the permanent magnet synchronous traction motor was numerical analyzed. And the temperature distribution of its internal components was summarized in order to optimizing. It provides the theory basis forimproving the permanent magnet traction motor cooling performance as well as the accurate calculation for temperature field of the permanent magnet traction motor with larger capacity.

Keywords：permanent magnet synchronous traction motor； temperature field； finite volume element method

從圖12中可以看出，上下層股線的最高溫升位于軸向中心位置，靠近進(jìn)風(fēng)口一側(cè)的溫升低于遠(yuǎn)離進(jìn)風(fēng)口一側(cè)。這是由于進(jìn)風(fēng)口一側(cè)的風(fēng)扇對空氣起到擾動作用，使空氣能夠很好的帶走定子股線端部熱量。

從圖中可以看出，上層股線的平均溫升較下層股線低，這是由于上層股線靠近轉(zhuǎn)子部分，轉(zhuǎn)子部分不是熱源，定子部分向轉(zhuǎn)子部分傳熱，而定子鐵心是熱源，靠近定子鐵心部分散熱能力差，導(dǎo)致下層股線平均溫升較高。

3 結(jié) 論

本文以一臺600kW永磁同步牽引電動機(jī)為例，根據(jù)其通風(fēng)結(jié)構(gòu)，建立了其三維溫度場求解物理模型，通過對此結(jié)構(gòu)特征下的電機(jī)內(nèi)主要部分溫度場的數(shù)值計算和分析，得到如下結(jié)論：

1）最高溫升點(diǎn)位于定子鐵心的軸向中心處，最高溫升為191.20K，定子股線溫升較高；

2）電機(jī)內(nèi)部風(fēng)扇增強(qiáng)了內(nèi)部空氣的流通能力，使得軸向溫升從風(fēng)扇端到傳動端呈現(xiàn)間歇性遞增的趨勢；

3）內(nèi)通風(fēng)道與外通風(fēng)道溫升相差較大，外通風(fēng)道的空氣冷卻能力強(qiáng)，雖然內(nèi)風(fēng)路與外通風(fēng)道的間接接觸增強(qiáng)了，但是由于內(nèi)風(fēng)路的空氣換熱能力弱，所以未能增強(qiáng)電機(jī)內(nèi)部散熱能力；

4）觀察內(nèi)風(fēng)路可以發(fā)現(xiàn)，能夠通過擋風(fēng)板的設(shè)計來改變冷卻介質(zhì)的流通路徑，由于傳熱系數(shù)受流通路徑的面積影響較大，因此可以在電機(jī)的電磁性能不變的前提下，尋求較大的傳熱系數(shù)，達(dá)到冷卻目的。

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（編輯：溫澤宇）