礦用永磁直驅(qū)電動(dòng)機(jī)溫度場(chǎng)研究與分析

侯紅偉，秦 翥

(中國(guó)煤炭科工集團(tuán)上海研究院有限公司，上海 200030)

0 引 言

近年來(lái)，采用低速大轉(zhuǎn)矩直接驅(qū)動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)代替齒輪箱和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，具有功率密度高、齒槽轉(zhuǎn)矩小等特點(diǎn)[1]，在礦山機(jī)械中得到了較為廣泛的應(yīng)用。分?jǐn)?shù)槽集中繞組礦用隔爆永磁直驅(qū)電動(dòng)機(jī)由于結(jié)構(gòu)特性與磁場(chǎng)內(nèi)諧波的相互作用[2]，將產(chǎn)生定子銅損耗及轉(zhuǎn)子磁體損耗，若不采取措施會(huì)造成電動(dòng)機(jī)發(fā)熱，當(dāng)熱負(fù)荷過小時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)無(wú)法充分運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)熱負(fù)荷過大時(shí)，會(huì)影響電動(dòng)機(jī)性能，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使永磁體失磁[3]。如何在提高電動(dòng)機(jī)工作效率的同時(shí)，解決永磁電動(dòng)機(jī)溫升過高問題已成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)[4]。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)永磁直驅(qū)電動(dòng)機(jī)在能量損耗、冷卻方式[5]、冷卻結(jié)構(gòu)[6]以及不同冷卻介質(zhì)[7]對(duì)電動(dòng)機(jī)冷卻性能等方面的影響進(jìn)行了研究。通過計(jì)算永磁體渦流損耗[8]，得出永磁體渦流損耗是導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)熱的主要原因[9]。采用FLUENT軟件對(duì)低速大轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子及永磁體冷卻系統(tǒng)進(jìn)行研究，結(jié)果表明加裝散熱風(fēng)扇并開設(shè)軸向、徑向通風(fēng)道可以有效降低永磁體溫升[10]。但是，對(duì)分?jǐn)?shù)槽集中繞組礦用隔爆永磁直驅(qū)電動(dòng)機(jī)由于損耗分布不均衡，造成的電動(dòng)機(jī)效率過低、磁場(chǎng)畸變嚴(yán)重等問題關(guān)注較少[11]。

筆者首先對(duì)500 kW、60 r/min礦用隔爆永磁直驅(qū)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行損耗分析，根據(jù)計(jì)算結(jié)果掌握電動(dòng)機(jī)的溫度分布狀態(tài)，設(shè)計(jì)了適用于該直驅(qū)電動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)方案，然后通過截取該電動(dòng)機(jī)定子軸向1/2半齒半槽及轉(zhuǎn)子徑向1/8為仿真對(duì)象，利用Realizablek-ε模型進(jìn)行三維溫度場(chǎng)仿真及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)[12]。……