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作為一種可再生的清潔能源，海上風(fēng)能越來(lái)越受到人們的青睞，尤其是風(fēng)力發(fā)電。永磁體在高溫的環(huán)境下容易失去磁性，因此永磁體的散熱是一個(gè)需要解決的問(wèn)題。對(duì)電機(jī)進(jìn)行溫度場(chǎng)分析可以很好地指導(dǎo)電機(jī)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。有限元分析法、熱路法以及簡(jiǎn)化公式法是電機(jī)溫度場(chǎng)的主要計(jì)算方法，目前普遍采用的是有限元分析法。

電機(jī)溫度計(jì)算的難點(diǎn)在于必須先根據(jù)流體場(chǎng)分析確定不同情況下的電機(jī)各個(gè)部分的散熱系數(shù)。在外加強(qiáng)迫冷卻時(shí)，電機(jī)的這些參數(shù)除了和電機(jī)材料本身的參數(shù)有關(guān)以外，還和電機(jī)風(fēng)路設(shè)計(jì)密切相關(guān)，特別是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和氣隙之間的的傳熱系數(shù)，需要大量的公式推導(dǎo)計(jì)算才能確定下來(lái)。

沈陽(yáng)工程學(xué)院的研究人員利用流固耦合共軛傳熱的原理通過(guò)判別流體氣隙的流動(dòng)狀態(tài)，算出氣隙層的等效熱導(dǎo)率◆e，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式算出電機(jī)主要部分的損耗。最后，以一臺(tái)10MW永磁直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)為例，在管道入口處通以不同水流速，對(duì)電機(jī)進(jìn)行溫度場(chǎng)分析，并進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證方法的有效性。

圖1 電機(jī)水冷計(jì)算模型

研究人員得到以下結(jié)論：

1）基于流體場(chǎng)和溫度場(chǎng)耦合分析可以較為準(zhǔn)確地估計(jì)電機(jī)溫升，為電機(jī)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

2）定轉(zhuǎn)子之間的空氣層熱阻較大，所以此處溫度梯度很大，最高溫度部分出現(xiàn)在繞組和定子的頂部。此外定子由于水冷的作用出現(xiàn)了明顯的溫度下降，驗(yàn)證了水冷方式是大型電機(jī)的有效冷卻方案。

3）隨著入口水流速增加，最高溫度繼續(xù)降低的趨勢(shì)逐漸變緩，但水管的壓降明顯增加，所以在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮經(jīng)濟(jì)性。

4）基于流固耦合對(duì)一臺(tái)10MW外轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)進(jìn)行分析計(jì)算，分析得出當(dāng)冷卻流速控制在1m/s時(shí)，即可滿足電機(jī)溫升要求；計(jì)算證明外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用定子水冷能夠滿足大容量電機(jī)溫升安全運(yùn)行的要求。

本文編自2021年第1期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“基于流固耦合的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳熱分析”，作者為邢軍強(qiáng)、汪明武、孔瑩瑩。