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牵引电机设计与转子应力相关研究

郭四洲  
【摘要】: 为了研究国外先进的电机转子结构,论文首先分析了大中型异步电动机温度场和转子应力场的研究现状,然后以CRH2型动车组用异步牵引电机为研究对象,采用有限元分析法计算了具有轴向通风系统的异步牵引电机转子三维温度场和转子端部导条、端环、护环三维应力场。 牵引电机实际运行是一个非常复杂的物理过程,论文分析了电机内转子各部件损耗的大小、各导热体的导热系数或各散热面的表面传热系数以及电机通风系统的工程计算。由于电机内部结构复杂,通风系统的计算尤其是风路的计算也十分复杂。论文采用网络矩阵法计算电机的通风网络,并以一台大型电机为例,列出了其通风系统的网络矩阵。 论文利用有限元法并结合ANSYS分析软件对牵引电机内部多物理场进行了耦合计算,它克服了传统工程计算方法的局限性。通过电机试验和计算,得到了计算电机内转子温度场所需要的各种损耗;以网络矩阵法为基础进行通风系统的整体计算得到了转子的风量分配,从而得到转子各部件外表面的对流换热系数;然后结合转子各材料热性能参数,计算得到转子各部件的温度场。在温度场的基础上,通过耦合计算得到转子各部件的热应力场。最后将转子护环装配过盈力和转子导条电磁力作为载荷,得到转子各部件的应力场。 论文围绕牵引电机设计与转子应力研究工作,进行了大量的研究试验。特别是转子各部件应力的测量,由于中小型交流异步牵引电机转子应力测量国内还没有进行过,论文也首次采用了电机在堵转的情况下进行了测量。论文计算用的许多数据来源于实际的试验,计算结果也与试验值基本吻合,根据计算和试验的结果,论文最后得出了一些有益的结论。通过研究,基本上实现了对牵引电机设计技术引进消化吸收的目的,为国内开发同类型牵引电机提供参考依据。


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