• ISSN 0258-2724
  • CN 51-1277/U
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无接触网供电车辆电磁-热场耦合计算

王艳琴 张秋敏 林飞宏 董亮

王艳琴, 张秋敏, 林飞宏, 董亮. 无接触网供电车辆电磁-热场耦合计算[J]. 西南交通大学学报, 2020, 55(3): 545-551. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20191123
引用本文: 王艳琴, 张秋敏, 林飞宏, 董亮. 无接触网供电车辆电磁-热场耦合计算[J]. 西南交通大学学报, 2020, 55(3): 545-551. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20191123
WANG Yanqin, ZHANG Qiumin, LIN Feihong, DONG Liang. Electromagnetic-Thermal Field Coupling Calculation of Contactless Power Transfer Vehicle[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(3): 545-551. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20191123
Citation: WANG Yanqin, ZHANG Qiumin, LIN Feihong, DONG Liang. Electromagnetic-Thermal Field Coupling Calculation of Contactless Power Transfer Vehicle[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(3): 545-551. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20191123

无接触网供电车辆电磁-热场耦合计算

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20191123
基金项目: 国家重点研发计划(2017YFB1201003)
详细信息
    作者简介:

    王艳琴(1984—),女,高级工程师,研究方向为电气仿真,E-mail:wangyanqin@tangche.com

    通讯作者:

    董亮(1979—),男,副教授,研究方向为电气系统可靠性稳定性研究、电磁应用仿真等,E-mail:ldong@home.swjtu.edu.cn

  • 中图分类号: V221.3

Electromagnetic-Thermal Field Coupling Calculation of Contactless Power Transfer Vehicle

  • 摘要: 无接触网供电技术在城市轨道交通中的应用受到越来越广泛的关注,大功率无接触电能传输的实际应用还有许多问题需要论证,其中电磁感应导致的涡流发热问题引起人们的普遍重视. 依据电磁感应原理和传热学,建立无接触网供电车辆感应加热模型,采用有限元法计算无接触网供电车辆热场分布,对不同载荷工况下的车辆的发热情况进行数值仿真,并对采用散热器和风冷两种散热方式的接收线圈的散热性能进行对比研究. 研究结果表明:接收线圈和转向架温度升高明显;随着发射线圈电流增加以及气隙距离的减小,车辆各个部位的温度都有上升趋势;装有散热器的接收线圈最高温度比不含散热器时降低了126.0 ℃,通过改变散热器的传热系数能进一步提高散热器的散热性能;采用风冷散热方式接收线圈温度降低了131.2 ℃,与散热器相比,风冷的散热性能略好,且随着风速增加风冷效果更加突出.

     

  • 图 1  无接触网供电车辆模型

    Figure 1.  Schematic model of contactless power transfer vehicle

    图 2  有限元网格剖分

    Figure 2.  Finite element meshing

    图 3  车厢涡流场

    Figure 3.  Eddy current field of the carriage

    图 4  转向架涡流场

    Figure 4.  Eddy current field of the bogie

    图 5  接收线圈涡流场

    Figure 5.  Eddy current field of the receiving coils

    图 6  车辆温度场分布

    Figure 6.  Temperature field of the vehicle

    图 7  AW0 载荷温度变化曲线

    Figure 7.  The curve of temperature field with time of AW0 load

    图 8  装有散热器的接收线圈模型

    Figure 8.  Model of receiving coils with a radiator

    图 9  装有散热器的接收线圈3 h时温度分布云图

    Figure 9.  Temperature distribution of the receiving coils with radiator at 3 h

    图 10  散热器散热接收线圈 3 h 内温度变化曲线

    Figure 10.  The curve of temperature of the receiving with radiatiors within 3 h

    图 11  接收线圈温度随传热系数变化曲线

    Figure 11.  Temperature change of the receiving coils with the heat transfer coefficient

    图 12  装有风扇的接收线圈温度分布

    Figure 12.  Temperature distribution of the receiving coils with fan

    图 13  风扇散热接收线圈3 h内温度变化曲线

    Figure 13.  The curve of temperature of the receiving coils with fan within 3 h

    图 14  接收线圈温度随风速变化曲线

    Figure 14.  Temperature change ofthe receiving coils with wind speed

    表  1  线圈主要参数

    Table  1.   Main parameters of coils

    类型匝数/匝电流/A频率/kHz单线圈
    宽度/cm
    单线圈
    长度/cm
    发射线圈 4 150 50 40 1 000
    接收线圈 6 180 50 40 100
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    表  2  磁场计算主要参数

    Table  2.   Main parameters of magnetic field calculation

    车辆部位电导率/(S•m−1相对磁导率
    车底板 3.77 × 107 1
    车侧墙 60 1
    转向架 4.03 × 106 1
    车载线圈 5.99 × 107 1
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    表  3  温度场计算结果(3 h)

    Table  3.   Calculation results of temperature field (3 h)

    车辆部位平均温度最高温度
    车厢 20.37 25.50
    转向架 22.15 47.00
    接收线圈 185.04 218.00
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    表  4  不同载荷工况数据

    Table  4.   Datas of different load conditions

    载荷工况发射线圈电流/A气隙距离/cm
    AW0 113 26
    AW1 150 22
    AW2 180 18
    AW3 210 14
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    表  5  车辆关键部位 3 h温升

    Table  5.   Temperature rise of key parts of vehicle in 3 h

    载荷工况接收线圈转向架车厢
    AW0 190.20 27.10 5.50
    AW1 252.60 28.70 8.30
    AW2 319.40 32.40 15.10
    AW3 344.10 37.60 22.20
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    表  6  材料属性

    Table  6.   Material properties

    材料导热系数/
    (W•(m•K)−1
    密度/
    (kg•m−3
    热容/
    (J•(kg•K)−1
    400.00 8 700 385
    160.00 2 700 900
    塑料外壳 0.30 1 900 1 369
    线圈绝缘层 1.38 2 203 703
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-11-23
  • 修回日期:  2019-12-23
  • 网络出版日期:  2019-12-24
  • 刊出日期:  2020-06-01

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