葛云中

(中国人民解放军96215部队，广西 柳州545616)

0 引言

近年来，风力发电产业迅速发展，大容量的风力发电机组不断投入运行。但是，随着发电机单机容量的增加，电机温升也大幅度地提高，影响电机的安全运行和使用寿命。目前，国内外研究风力发电机温度场和流体场的相对较少，特别是对高海拔恶劣环境条件下运行的风力发电机温度场和流体场的研究甚少。因此，本文从中国高原地区风力发电现状进行分析，研究风力发电机在海拔4 km地区极限工况下流体流变特性和电机热特性。

1 数学模型

电机冷却系统内流体流动满足质量守恒、动量守恒和能量守恒定律［1］。

1.1 k－ε湍流模型

对于湍流则采用标准的k－ε湍流模型，可统一表达为以下形式:

图1 发电机冷却系统

1.2 三维热传导方程

在直角坐标系下，三维热传导方程为

式中:T为固体待求温度，oC;kx、ky、kz分别代表x、y、z方向的导热系数，W/(m·K);q为内部热源密度，W/m3。

2 求解域模型确定

2.1 电机冷却系统结构

本文以一台双馈水冷风力发电机为研究对象，该发电机具有内外两路冷却系统。内冷却系统，即空气由设在电机端部的风扇强迫通风实现封闭式冷却。外冷却系统，发电机机壳内设有水循环系统，冷却水经过与一次冷却的热空气进行能量传递，将发电机运行时产生的热量带到外部。发电机冷却系统如图1所示。

2.2 基本假设

根据电机结构、传热和冷却系统的特点，作如下假设［2-5］:

1)将电机上层绕组和下层绕组分别按整体加以考虑。

2)电机各部件紧密接触，所有绝缘材料性质相同。……