强迫风冷电机温升试验试验方法的研究

说明负载试验有效，误差在范围内。再基于PS与T2成正比的关系，求出各负载点的杂散损耗PS。

1.2 规定温度下效率计算

η=100%×P2/P1；P2=P1-PT；PT=PS+Pfw+PFe+Pcu1S+Pcu2S；Pcu1s=1.5I12R1×（K1+θs）/（K1+θ1）

Pcu2=（P1-PFe-Pcu1s）×ss；ss=s×（K2+θs）/（K2+θt）；θs=θw+25-θb

在試验温度下求出负载点的杂散损耗PS、Pfw、PFe，将定、转子铜耗换算到规定温度下即Pcu1s和Pcu2，P1减去所有损耗之和PT即为P2，最后计算出效率η。

2 基于CFD流体力学计算软件Fluent对电机表面风速进行模拟分析计算

2.1 风机性能一维校核计算

叶轮尺寸如下：叶片进口直径D1；叶片出口直径D2；叶片安装角β1A和β2A；叶片出口宽度b2；叶片进口宽度b1；叶片数量n片；叶轮圆周速度；叶轮出口气流子午速度

；

环流系数

；无限多叶片理论全压

按照预计风机效率65%来计算，则风机理论全压为：

按照已经生产的轴向离心风机环流系数来计算理论压力值，则环流系数为0.8865，风机全压效率按照仿真效率0.65来计算，则得到风机的理论全压为：

2.2 风机性能三维校核计算

2.2.1 叶轮速度、压力计算

从图7可以看出对电机外表面而言，非传动端机座外表面风速最大，越靠近传动端越小，甚至为零，另非传动端中心风速为零，因此实际为圆环状风冷却电机，而试验通风时应予以考虑。

2.2.2 风机内部风速计算

见图6。

3 电机表面风速的测量

3.1 风机性能试验装置

根据GB/T1326-2000中规定的D型试验装置（管道进口和管道出口）进行风机性能试验，将风机调至额定工况点。

3.2 风速测量

用皮托管测出风筒某截面的动压Pd后用公式计算风速v：；

其中：v—风速（m/s）； Pd—动压（Pa）；ρ— 气体密度（kg/m3）

风机性能在测量时，在同一截面上有风筒中心至风筒内壁要测24点的速度，求其平均值作为该截面的气体平均速度。而测量电机表面风速需在风筒上加工测量孔，在电机表面直接测量动压，测量点为8点，再计算出风速。 将风机调整至额定工况后，用皮托管测量截面的动压，将空气密度换算到规定大气压下，经计算发现与Fluent计算的结果基本一致，因此后续的电机试验可以借采用模拟计算的结果来控制风速。

4 电机试验通风装置

4.1 设计

研究一种通风简便的电机试验通风装置和科学有效的方法进行温升试验，减小温升试验的不确定度。试验通风装置（见图7）由变频器、离心通风机、过渡管道、风道组成，其中变频器调频控制通风机流量和压力，过渡管道用来连接通风机和风道，风道靠近被试电机，风道内设置格栅使沿风道内壁旋转的气流调整为平稳的轴向气流，风道内部设置可更换的圆形挡板，使吹向电机的气流为圆环状，符合模拟图6，在风道出风处设置3-4点测量风速，并换算到规定大气压下，再进行温升试验。

4.2 电机温升和负载试验一致性的验证

对同一台电机分别进行3次温升和负载特性试验，结果见表1，前后轴承温升下降是由于轴承进过多次试验后内部油膜已建立，摩擦损耗降低，使前后轴承温升下降。绕组温升基本在60K左右，而通风装置主要用于电机定子绕组的冷却，规定温度和效率结果基本一致，证明该通风装置提高了试验的一致性，减少测量误差。

5 结论

本文针对传统强迫风冷电机温升试验通风条件存在的不足，对电机温升和效率进行分析，并基于CFD流体力学计算软件Fluent对电机表面风速进行模拟分析计算，同时测量实际风速，然后设计了一种电机试验通风装置，并通过多次加以验证，证明试验装置提高通风条件的一致性，减少了测量误差。

参考文献

[1]GB/T 25123.2-2010《电力牵引轨道机车车辆和公路车辆用旋转电机 第2部分：电力变流器供电的交流电动机》.

[2]GB/T1032-2012《三相异步电动机试验方法》.

[3]才家刚，吴亚旗，等编著.电机试验技术及设备手册[M].机械工业出版社，2011.

作者单位

株洲联诚集团 湖南省株洲市 412001

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