CN103364214B - 电机冷却模拟试验台以及电机冷却模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于对电机模型的冷却效果进行模拟的电机冷却模拟试验台以及电机冷却模拟方法，所述电机冷却模拟试验台包括：电源，为所述电机模型提供电流以产生热量；风机，用于驱动空气流经所述电机模型；风道，连通所述电机模型的两个风口中的一个风口和所述风机；压力测试装置，测量空气流经所述电机模型的压降；流量测试装置，测量流经所述电机模型的空气流量；温度测量装置，测量所述电机模型内部的温度。本发明所提供的电机冷却模拟试验台和电机冷却模拟方法，对电机模型的冷却性能和冷却设计进行模拟，根据测试结果，能够对电机的影响冷却的结构需要改进的部分进行优化，以便电机能够具有满足要求的冷却性能。
Description
技术领域
本发明涉及电机设计领域，具体地说，本发明涉及一种电机冷却模拟试验台以及电机冷却模拟方法。
背景技术
电机在运行时会在线圈、铁心等部件上产生能量损耗，这部分损耗最终都将以热能的形式散发出去。如果电机的通风冷却设计不合理，就会使电机内部温度不能保持在合理的范围内，若温升过高，则会导致绝缘老化，长时间运行时会使绝缘电气性能下降。此外，电机内的局部温升不均匀会产生很大的热应力，造成电机结构上的永久性损害，最终导致电机故障，直接影响用户的使用。
温升是考核电机的一个重要指标，尤其在风力发电机上，风力发电机运行环境恶劣，交变温差大，在电机出现故障时，需要高额的维修费用和安装费用。因此，对于应用在特殊领域的发电机，对冷却设计的要求更加严格。
然而电机内部的冷却结构比较复杂，目前，在设计中重点关注的风量、风压和温度分布很难用计算方法得到准确的结果，通常采用经验值、仿真技术以及模拟试验相结合的方式作为前期设计的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电机冷却模拟试验台，以对电机进行模拟试验，对电机的冷却结构和设计进行优化。此外，本发明的另一目的在于提供一种电机冷却模拟方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种电机冷却模拟试验台，用于对电机模型的冷却效果进行模拟，所述电机冷却模拟试验台包括：电源，为所述电机模型提供电流以产生热量；风机，用于驱动空气流经所述电机模型；风道，连通所述电机模型的两个风口中的一个风口和所述风机；压力测试装置，测量空气流经所述电机模型的压降；流量测试装置，测量流经所述电机模型的空气流量；温度测量装置，测量所述电机模型内部的温度。
优选地，所述电源为可调直流电源。
优选地，所述风机由变频器驱动，以使所述风机的风速可调。
优选地，所述风机为离心风机或轴流风机。
优选地，所述压力测试装置包括设置在所述电机模型的出风口处的压力测试仪，以测量所述出风口处的静压值。
优选地，所述温度测量装置包括设置在所述电机模型内部的温度传感器。
优选地，所述流量测试装置包括设置在所述风道内部的节流件、测量所述节流件的上游和下游之间的压差的压差测试仪以及风量测试仪。
优选地，所述节流件为竖直地设置在所述风道内的孔板式节流板。
此外，本发明还提供了一种利用上述电机冷却模拟试验台进行的电机冷却模拟方法，包括：A、利用电源对电机模型加热，并使风机为所述电机模型提供预定的空气流量；B、在所述电机模型内的温度场稳定之后，测量电机模型内的温度。
优选地，步骤A具体地为：A1、利用所述电源对所述电机模型供电，使所述电机模型产生预定的热量；A2、开启所述风机，并根据所述电源对所述电机模型施加的电量，使所述风机为所述电机模型提供预定的空气流量。
优选地，步骤A还包括：测量流经所述电机模型的空气流量以及当空气流经所述电机模型时产生的压降。
本发明所提供的电机冷却模拟试验台和电机冷却模拟方法，对电机模型的冷却性能和冷却设计进行模拟，根据测试结果，能够对电机的影响冷却的结构需要改进的部分进行优化，以便电机具有满足要求的冷却性能。此外，本发明所提供的电机冷却模拟试验台还可以为用于电机的风机的选型提供依据。此外，还可以对旧电机的冷却性能进行模拟，为后续的优化作业提供参考。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的电机冷却模拟试验台的示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员能够更好的理解本发明，下面通过结合附图和实施例对本发明进行详细描述，其中，相同的标号始终表示相同部件。
图1是根据本发明的实施例的电机冷却模拟试验台的示意图。
参照图1，根据本发明的实施例的电机冷却模拟试验台用于在电机的设计期间对所设计的电机的冷却性能和冷却设计进行模拟。在冷却模拟试验中，采用与被测电机相匹配的电机模型1进行模拟。因为所设计的真实电机的尺寸和重量较大，但内部构造大体上周向地对称，所以在试验时所使用的电机模型1可以为根据真实电机的一部分重新制造的模型，例如，该电机模型1可以为真实电机的十分之一部分模型。
电机冷却模拟试验台包括：电源8，为被测电机模型1提供电流，以便在试验时使电机模型1产生热量，从而使电机模型1的内部状态与真实电机作业时的状态类似；风机4，用于驱动空气流经电机模型1并提供适宜的空气流量，以冷却电机模型1；风道2，连通电机模型1的两个风口中的一个风口（图中示例为出风口102）和风机4，用于引导风机4与电机模型1之间的气流；压力测试装置，测量空气流经电机模型1的压降；流量测试装置，测量流经电机模型1的空气流量；温度测量装置，测量电机模型1的内部温度。
在冷却模拟中，最终需得到的数据至少包括电机模型1的内部温度、流经电机模型1的空气的压降以及空气的流量。
电源8可将与真实电机的发热量对应的直流电流值施加到电机模型1，以使电机模型1内部的发热量和温度与真实电机的相同。此外，电源8还可以为可调直流电源，从而能够对电机模型1的不同发热情况进行模拟。
电机模型1的两个风口可分别称为进风口101和出风口102，在本发明的优选实施例中，风道2可以与电机模型1的出风口102连通，电机模型1的进风口101与外界空气直接相通。当风机4运转时，能够产生负压，在负压的作用下，空气从进风口101进入到电机模型1中，然后流经电机模型1的内部结构，以对电机模型1进行冷却，之后从出风口102沿风道2被吸入至风机4中继而被排出。
当然，在本发明的其他实施例中，空气还可以从风机4流向电机模型1，同样也可以实现对电机模型1的冷却。这时，风道2与进风口101连通，出风口102与外界空气相通，风机4驱动空气进入风道2，然后从进风口101进入电机模型1，最后从出风口102排出到外界。
风机4可以由变频器驱动，以使风机4的转速可调节，从而对电机模型1的不同发热情况进行相应的冷却模拟，具体地，可以通过调节变频器的频率来改变风机4的转速，从而相应地可改变风机4所提供的空气流量。
根据施加到电机模型1上的不同电流值，可预先地选定风机4所提供的空气流量。具体地说，在预期的冷却模拟试验设计中，风机4在一定的转速下运转并提供相应的空气流量，该转速和流量能够保证流经电机模型1的空气具有适宜的压降，并使电机模型1的内部温度场处于稳定状态，且在该稳定状态下，电机模型1的内部温度处于真实电机正常运转条件所要求的温度范围内。因此，在风机4的运转过程中，可通过调节风机4的转速来调节流经电机模型1的空气的流量，直至通过流量测试装置所测量的空气流量为预定的空气流量。
风机4可以为离心风机或轴流风机，当然也可以为其他形式的风机，只要转速可调即可。
温度测量装置可包括设置在电机模型1的内部的温度传感器。温度传感器可以设置在不同的监测点，以检测电机模型1的不同位置的温度，例如，磁体或者线圈等，根据温度传感器所测量的温度可以大体地预测电机模型1的内部温度场。
压力测试装置可包括设置在电机模型1的出风口102处或者风道2的入口处的压力测试仪7，该压力测试仪7能够测量所在位置的静压，所获得的静压与大气压之间的压差便为流经电机模型1的空气的压降。
对于空气流量的测量，本发明所提供的流量测试装置包括设置在风道2内部的节流件3、测量节流件3的上游和下游之间的压差的压差测试仪6以及风量测试仪5。通过测量流经风道2内的节流件3的空气的压降（即，节流件3的上游和下游之间的压差）并将所测量的压降和节流件3的流量系数输入至风量测试仪5中，可实现对空气流量的计算。在本发明中，不同的节流件3对应不同的流量系统。具体地，压差测试仪6的两个测试头可以分别安装在节流件3的上游和下游，从而直接得到压差。所测得的压差可以手动输入到风量测试仪5中。
节流件3可为竖直地设置在风道2内的孔板式节流板。然而，本发明并不限于此，节流件3还可以为其他形式，例如，喷嘴式，或者也可以在风道2中形成喉部作为节流件3。
根据本发明的实施例，还提供了一种利用上述电机冷却模拟试验台进行的电机冷却模拟方法。在该电机冷却模拟方法中，在进行冷却模拟试验时，首先利用电源8向电机模型1供电，并使电机模型1产生相应的热量或者达到一定的温度。调节变频器，使风机4以一定的转速运转，并且所提供的空气流量为预先确定的空气流量，也就是说，若电机模型1的内部结构合理，在该转速或流量下电机模型1的内部温度可保持在满足正常运转条件的温度范围内。此外，还可以一边利用电源8加热电机模型1，一边使风机4开始运转，直至风机4所提供的空气流量达到预定的空气流量，且电源8内的温度场处于稳定状态。
在风机4所提供的空气流量达到预定的空气流量，且电机模型1内的温度场稳定时，测量电机模型1内的温度，然后，便可对所测量的数据进行分析。此外，在上述对电机模型1加热和利用风机4为电机模型1提供空气流量的过程中，还可同时对流经电机模型1的空气流量和空气的压降进行测量，以便确定风机4提供了预定的空气流量且电机模型1内的温度场稳定。
若所测量的电机模型1内的温度大体在电机正常运转时所要求的温度范围内，则说明电机模型1的内部温度场满足电机冷却要求，所设计的电机的内部冷却结构和冷却设计较为合理，可以不必再进行优化。
若所测量的电机模型1内的温度超过温度范围，则说明在电机模型1的内部结构存在一定的不合理性，可能会导致在电机模型1的设置温度传感器的位置处的空气流通不畅，需要对电机模型1的结构进行优化，直至电机模型1内的温度在温度范围内为止。此外，若最终测量的温度与温度范围之间的温差不是很大，而且电机模型1的内部结构较为合理，那么还可以通过增大风机4的转速来增大流经电机模型1的流量，将电机模型1内的温度下降到温度范围内。也就是说，也可不必对电机模型1进行优化，只要在真实电机运转时增大空气流量即可。如果在增大空气流量之后测量的温度与温度范围之间的温差还是很大时，还是需要对电机模型1的结构进行优化。
若所测量的电机模型1内的温度小于预定的冷却温度，则说明电机模型1的结构也较为合理。此外，为了减小能耗，在后期的真实电机运转时，在保证冷却效果的情况下，可以适当减小风机4的转速。
由于真实电机的运行工况较为复杂，在上述的冷却模拟过程中，可以测量多组数据，即，可以对电机模型1供应不同的电流量，以使电机模型1产生不同的热量，然后相应地调节风机4的转速来改变流经电机模型1的空气流量，这在一定程度上能够提高模拟结果的可靠性。
通过本发明所提供的电机冷却模拟试验台，能够方便地改变电机模型1的发热量以及风机4的转速，实现了对电机模型1的多种工况的冷却模拟。通过冷却模拟所得到的数据相对于仿真计算来说，其精确度显著提高。根据所得到的模拟结果，在电机设计时即可发现问题，提前对电机进行优化，显著降低了后期的电机修改成本，有效地实现了对电机的结构优化。此外，通过冷却模拟结果，还可以为电机冷却所使用的风机的选型提供一定的参考依据。此外，该电机冷却模拟试验台还可实现对旧产品的冷却结构测试，为产品的进一步优化提供一定的参考依据。
此外，本发明所提供的电机冷却模拟试验台和电机冷却模拟方法不仅可以用于电机的冷却模拟，还可以应用于某些其他形式的通道，例如，滤棉、迷宫式的通道，或者特殊进出口形式的风压降测试等。
上面对本发明的具体实施方式进行了详细描述，虽然已表示和描述了一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改和完善，这些修改和完善也应在本发明的保护范围内。
Claims (11)
1.一种电机冷却模拟试验台，用于对电机模型的冷却效果进行模拟，所述电机模型具有进风口和出风口，其特征在于，包括：
电源，为所述电机模型提供电流以产生热量；
风机，用于驱动空气流经所述电机模型；
风道，使所述风机与所述电机模型的出风口连通，其中，所述电机模型的进风口与外界空气直接相通；
压力测试装置，测量空气流经所述电机模型的压降；
流量测试装置，测量流经所述电机模型的空气流量；
温度测量装置，测量所述电机模型内部的温度；
其中，风机经所述风道驱动空气从所述电机模型的进风口进入到所述电机模型中，然后流经所述电机模型的内部结构以对所述电机模型进行冷却，之后从所述电机模型的出风口沿着风道被吸入至风机中继而被排放至外界。
2.根据权利要求1所述的电机冷却模拟试验台，其特征在于，所述电源为可调直流电源。
3.根据权利要求1所述的电机冷却模拟试验台，其特征在于，所述风机由变频器驱动，以使所述风机的风速可调。
4.根据权利要求3所述的电机冷却模拟试验台，其特征在于，所述风机为离心风机或轴流风机。
5.根据权利要求1所述的电机冷却模拟试验台，其特征在于，所述压力测试装置包括设置在所述电机模型的出风口处的压力测试仪，以测量所述出风口处的静压值。
6.根据权利要求1所述的电机冷却模拟试验台，其特征在于，所述温度测量装置包括设置在所述电机模型内部的温度传感器。
7.根据权利要求1所述的电机冷却模拟试验台，其特征在于，所述流量测试装置包括设置在所述风道内部的节流件、测量所述节流件的上游和下游之间的压差的压差测试仪以及风量测试仪。
8.根据权利要求7所述的电机冷却模拟试验台，其特征在于，所述节流件为竖直地设置在所述风道内的孔板式节流板。
9.一种利用根据权利要求1至8中任意一项所述的电机冷却模拟试验台进行的电机冷却模拟方法，其特征在于，包括：
A、利用电源对电机模型加热，并使风机为所述电机模型提供预定的空气流量；
B、在所述电机模型内的温度场稳定之后，测量电机模型内的温度。
10.根据权利要求9所述的电机冷却模拟方法，其特征在于，步骤A具体地为：
A1、利用所述电源对所述电机模型供电，使所述电机模型产生预定的热量；
A2、开启所述风机，并根据所述电源对所述电机模型施加的电量，使所述风机为所述电机模型提供预定的空气流量。
11.根据权利要求9所述的电机冷却模拟方法，其特征在于，步骤A还包括：测量流经所述电机模型的空气流量以及当空气流经所述电机模型时产生的压降。
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