旋轉(zhuǎn)電磁致熱器熱網(wǎng)絡(luò)模型及其溫升計(jì)算
裴宇龍，柴鳳，程樹康
（哈爾濱工業(yè)大學(xué) 哈爾濱150001）
摘要：旋轉(zhuǎn)電磁致熱器是從電機(jī)損耗與溫升的逆問題出發(fā)，將通常意義上的損耗轉(zhuǎn)化為可利用熱能的裝置。文章介紹了旋轉(zhuǎn)電磁致熱器的結(jié)構(gòu)及工作原理，根據(jù)其結(jié)構(gòu)建立了7節(jié)點(diǎn)的集中參數(shù)熱網(wǎng)絡(luò)模型，給出了熱網(wǎng)絡(luò)模型中關(guān)鍵熱阻參數(shù)的計(jì)算方法，并建立了其等效的集中參數(shù)熱網(wǎng)絡(luò)方程。針對(duì)一臺(tái)實(shí)際樣機(jī)，計(jì)算了其熱阻參數(shù)及穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)致熱器的內(nèi)部溫升，而相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其有效性。
關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；致熱器；集中參數(shù)；熱網(wǎng)絡(luò)
中圖分類號(hào)：tm359. 9 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號(hào)：1001-6848(2010)03-0001-04
0引 言
以機(jī)電能量轉(zhuǎn)換為目的的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)，需要抑制和減小損耗，以求獲得好的發(fā)電或電動(dòng)功能。而電機(jī)損耗與溫升的逆問題，提供了研究與開發(fā)新型旋轉(zhuǎn)電磁加熱裝置的思路，即將原動(dòng)機(jī)的電能、機(jī)械能、磁場(chǎng)儲(chǔ)能和熱能構(gòu)成新的旋轉(zhuǎn)電機(jī)機(jī)電系統(tǒng)，使該系統(tǒng)不輸出機(jī)械能或電能，而是利用電磁理論和旋轉(zhuǎn)電機(jī)中損耗與溫升的概念，將輸入的能量（電能、機(jī)械能、風(fēng)能、水能和其它能量等）完全、充分、有效地轉(zhuǎn)換為熱能，即將輸入的能量全部作為“損耗”轉(zhuǎn)化為有效熱能輸出。本文研鉍的旋轉(zhuǎn)電磁致熱器就是將這種損耗的能量轉(zhuǎn)化為可利用熱能的裝置。該新型旋轉(zhuǎn)電磁加熱裝置，既具有逆問題的研究?jī)r(jià)值，又拓寬了傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的功能和應(yīng)用，這無疑在電機(jī)領(lǐng)域具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際應(yīng)用意義。
旋轉(zhuǎn)電磁致熱器熱系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是研發(fā)該新型加熱裝置的核心問題。本文擬就旋轉(zhuǎn)電磁致熱器熱網(wǎng)絡(luò)模型及其溫升計(jì)算展開研究工作，分析穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)致熱器的內(nèi)部溫升及溫度分布，該工作將為致熱器熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)及可靠性校驗(yàn)提供重要依據(jù)。
1 結(jié)構(gòu)與工作原理
旋轉(zhuǎn)電磁致熱器定子部件由定子鐵心、導(dǎo)電銅管、導(dǎo)條、短路環(huán)和外被等組成。在塊狀定子鐵心上開有軸向通孔，孔中放置若干導(dǎo)電管和導(dǎo)條，在定子鐵心左右兩端用短路環(huán)將導(dǎo)電管鄱導(dǎo)條焊接短路，形成籠形導(dǎo)電回路。定子鐵心與外被封閉形成外水路，定子鐵心軸向左右兩端用密封罩封閉，形成內(nèi)水路。內(nèi)、外水路中充滿水媒質(zhì)。定子部件外部設(shè)置保溫層，保溫層外層由，二罩屏蔽。轉(zhuǎn)子部件由軸、致熱器轉(zhuǎn)子鐵心、若永磁體和軸承組成。致熱器轉(zhuǎn)子鐵心上軸向產(chǎn)生若干稽內(nèi)裝有切向充磁永磁體，在轉(zhuǎn)子鐵心 給出了閉口槽致熱器徑向截面圖及軸向截面圖。表面形成n、s交替分布的磁極。
根據(jù)其結(jié)構(gòu)可以建立7節(jié)點(diǎn)的等效的集中參數(shù)1一端蓋；2-入水口；3定子鐵心；4-磁鋼；5保溫層； 6-出水口；7外罩；8一軸承；9-外被；10導(dǎo)條；11 -銅管；12轉(zhuǎn)子鐵心；l3-軸
當(dāng)動(dòng)力輸入系統(tǒng)帶動(dòng)電磁致熱器轉(zhuǎn)子部件旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)永磁磁場(chǎng)通過氣隙與定子部件交鏈，在定子實(shí)心鐵心中產(chǎn)生渦流損耗與磁滯損耗，籠形導(dǎo)電回路中也將產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)生成的二次短路電流的電阻損耗，這些損耗產(chǎn)生的熱成為電磁致熱器的主要熱源；此外還包括定子和轉(zhuǎn)子開槽gl起的氣隙磁導(dǎo)諧波磁場(chǎng)在對(duì)方鐵心表面產(chǎn)生的表面損耗和脈動(dòng)損耗及定、轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)（包括諧波磁場(chǎng)）在定、轉(zhuǎn)子繞組和鐵心中引起的損耗以及包括通風(fēng)損耗、軸承摩擦損耗等機(jī)械損耗，上述損耗皆變?yōu)闊崮堋Ｓ捎谒袩嵩炊荚诒貙又畠?nèi)，理論上可認(rèn)為外部動(dòng)力輸入的能量均有效轉(zhuǎn)換為熱能：
2集中參數(shù)熱網(wǎng)絡(luò)模型
旋轉(zhuǎn)電磁致熱器溫升的計(jì)算方法與傳統(tǒng)電機(jī)溫度計(jì)算方法類似。電機(jī)溫升的計(jì)算方法一般主要有：簡(jiǎn)化公式法、等效熱網(wǎng)絡(luò)法及數(shù)值計(jì)算方法等。其中等效熱網(wǎng)絡(luò)法的精度依賴于熱網(wǎng)絡(luò)模型節(jié)點(diǎn)數(shù)，一般來說精度低于數(shù)值分析方法，而高于簡(jiǎn)化公式法。但由于等效熱網(wǎng)絡(luò)法計(jì)算簡(jiǎn)單，工作量小利于參數(shù)化分析及溫度敏感性分析，因此在計(jì)算電機(jī)溫升中仍有比較廣泛的應(yīng)用。本文將采用集中參數(shù)的熱網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)致熱器的穩(wěn)態(tài)溫升進(jìn)行計(jì)算。集中 |
