高温气冷堆氦气驱动电机电磁损耗计算与流热耦合研究

【摘要】：近年来,随着电力电子技术的飞速发展,由变频器供电的变频电机以其灵活性与低能耗在各领域得到广泛应用。本文所研究的高温气冷堆氦气驱动电机(下文简称驱动电机)为高温气冷核反应堆的冷却氦气提供循环动力,要求其无故障工作至少40年。因此,研究变频器供电时谐波对电机电磁性能与温升的影响意义重大。首先,根据该电机周向对称特点及给定参数,建立了电机1/2平面模型,作出合理假设并给出边界条件,采用有限元法进行剖分并针对两种不同供电方式进行电磁计算。通过对正弦供电与变频器供电两种不同供电方式时电机在额定负载下运行的电磁场进行计算并将电流和损耗等做对比分析,得出了额定负载时电机在两种供电方式下的电流、定转子铜耗和铁耗等波形与大小的差异,明确了谐波对电机运行性能的影响并对该影响进行了定量计算。其次,根据驱动电机对称特点,针对该电机发热与冷却的复杂性以及其工作在高温高压条件下的特点,在分析了国内外学者对电机流体场与温度场研究现状的基础上,根据电机结构特点建立了1/24整机三维模型,并计算分析了电机内流体场的分布,得出了氦气在机腔内流动的一般规律。最后,采用有限体积法对额定工作状态时电机在两种供电方式下的温度场进行计算并做了对比分析,得出了各部分温升受谐波影响大小的规律。通过对两种供电方式下的温升做定量计算,为驱动电机的冷却结构设计以及同类型电机的温度场计算提供了理论依据。