油冷變壓器的案例
基于Simdroid-EC的油冷變壓器自然冷卻熱仿真
在電力系統(tǒng)中，油冷變壓器廣泛應用于變電站，其在運行過程中會產生熱量，如果變壓器溫度過高，會對其內部的絕緣材料及零部件性能造成損害。繞組是變壓器的核心部件之一，由銅或鋁等導電材料制成。高溫會使繞組的電阻增大，電阻增大又會進一步產生更多的熱量，形成惡性循環(huán)。過高的溫度可能會引起鐵芯的磁導率變化，影響變壓器的電磁性能，同時也可能導致鐵芯的機械結構發(fā)生變形，破壞變壓器的正常運行。另外，變壓器中的絕緣紙和絕緣油在高溫下會加速老化。
自然對流是油冷變壓器散熱的重要方式之一，通過合理的溫度控制，確保自然對流散熱的良好效果，可以降低變壓器的運行損耗，提高能源利用效率。
伏圖-電子散熱模塊（Simdroid-EC，以下簡稱EC）是基于通用多物理場仿真PaaS平臺伏圖（Simdroid）開發(fā)的針對電子元器件、設備等散熱的專用熱仿真模塊，內置電子產品專用零部件模型庫，支持用戶通過“搭積木”的方式快速建立電子產品的熱分析模型，并利用成熟穩(wěn)定的算法計算流動與傳熱問題，對電子產品進行高效的熱可靠性分析；可廣泛應用于通信設備、電力電子、半導體產品與設備、汽車、航空航天等工業(yè)領域。
以下是基于Simdroid-EC對油冷變壓器進行自然冷卻仿真及對應的功能點和步驟說明。
1、CAD模型導入
通過EC導入接口，可以將變壓器模型導入；線圈、變壓器油箱外殼、油箱外側的翅片均可以使用EC提供的薄壁機箱模型來構建；鐵心部分使用EC的立方體塊來拼接搭建。
展開 變壓器銘牌上都有什么信息？怎么看？
原理圖
如下：
冷卻方式
ONAN表示油冷，就是變壓器繞組泡在變壓器油里，依靠變壓器油散熱。除了油冷以外還有風冷，風冷就是用軸流風機給繞組散熱。
短路阻抗
將變壓器二次繞組短路（穩(wěn)態(tài)），一次繞組達到額定電流而允許施加的電壓，通常Uz以額定電壓的百分數表示。短路阻抗是變壓器很重要的一相參數。
絕緣水平
LI——雷電沖擊耐受電壓；SI——操作沖擊耐受電壓；AC——工頻耐受電壓。
LI 75 AC 35表示變壓器一次測絕緣，雷電沖擊耐受電壓為75KV，工頻耐受電壓為35KV
后面那個AC5表示變壓器二次側絕緣，工頻耐受電壓為5KV。
分接位置
變壓器一次測有三個端子，根據輸入電壓的大小來選擇接那個端子，以保證輸出電壓是400V。如圖所示：
來源：網絡
Ξ
視頻號Vol.87
震撼！這，就是中國特高壓！
展開 基于CFD的油冷器壓降仿真及試驗驗證
摘要：為了準確預測車輛機油冷卻器的壓降性能，建立了油冷器壓降的計算流體動力學（CFD）仿真模型并進行試驗對比研究。基于k-omega剪切應力傳輸（SST）湍流模型以及多孔介質模型對問題進行簡化建模，同時進行網格無關性驗證，對油冷器的水側流道進行流場仿真，獲得從進口到出口的靜壓降。與試驗數據對比，40L/min時，CFD預測的結果比試驗值低了10.1%，對油冷器進行總壓壓降分解及分析表明，內部通道對總壓降的貢獻最大，占比為65.2%。各個通道的流動比較平均，對于單個通道而言，除去進口分流頭和出口集流頭部分，中間的翅片區(qū)域主要沿長度方向流動，且流量比較均勻，進口分流頭存在渦流組織。
關鍵詞：油冷器；CFD；壓降性能；多孔介質
油冷器主要用于車輛、工程機械、船舶等發(fā)動機潤滑油或燃油的冷卻。產品的熱側是潤滑油或燃油，冷側是冷卻水或空氣。車輛在行駛過程中，各大潤滑系統(tǒng)中，潤滑油依靠油泵動力，經過機油冷卻器熱側通道，將熱量傳給機油冷卻器的冷側，而冷卻水或冷風則通過機油冷卻器冷側通道將熱量帶走，實現(xiàn)冷熱流體之間的熱交換，確保潤滑油處于最合適的工作溫度。油冷器的作用是對發(fā)動機潤滑油、自動變速箱潤滑油、動力轉向器潤滑油等進行冷卻。
隨著汽車行業(yè)的高速發(fā)展，排放法規(guī)不斷加嚴，油冷器產品不斷更新?lián)Q代，客戶提出了更高的耐壓和耐高溫要求，并向輕量化、緊湊化、模塊化等方向進一步發(fā)展。疊片式的油冷卻器主要用于發(fā)動機上機油冷卻及變速箱上機油冷卻，此類產品的水道和油道設計在一起，結構更加緊湊，具有傳熱效率更高、安裝方便等優(yōu)點，但此類產品對模具的技術要求很高，是目前油冷卻器的發(fā)展方向。在現(xiàn)階段，對油冷器的性能進行評估和預測具有重要的現(xiàn)實意義。
展開 FEV—油冷電機概念
汽車供應商 FEV 開發(fā)了一種油冷式電動機，旨在優(yōu)化電動汽車的最大功率。該公司表示，基于離心冷卻，油在轉子鐵芯和磁鐵下方流動到銅繞組上，可以將電機的連續(xù)輸出提高多達 50%。它一直在各種汽車技術活動中展示概念系統(tǒng)。
該公司指出，傳統(tǒng)電動機在運行期間只能短暫調出最大功率，因為這會導致高熱應力，但其特殊的冷卻解決方案旨在抵消這一限制。雖然水作為冷卻劑由于其導電性不能直接用于冷卻電動機中的銅繞組，但 FEV 使用一種特殊的非導電油，該油也可用作電動機的潤滑劑。
在系統(tǒng)內，油在電機運行期間通過軸通過離心力引導到導熱銅繞組，以有效地冷卻它們。這樣可以顯著提高電機的功率密度，并在更長的時間內調用增加的扭矩。或者，冷卻允許發(fā)動機小型化，同時保持相同的功率密度，從而在車輛中獲得安裝空間優(yōu)勢。
正如主管 Andreas Sehr 在演講中所解釋的那樣，離心冷卻油流經轉子軸，通過轉子芯和磁鐵下方的 5 個徑向孔，然后油被引導到前側和后側，直接噴灑在 定子繞組。 油通過外部油泵泵入系統(tǒng)。 該系統(tǒng)利用離心力（旋轉時）在系統(tǒng)中分配油。
油通過外部連接流入前后側的兩個噴環(huán)。 對于每個線圈，噴嘴都安裝在噴射環(huán)中，并直接噴射到定子繞組的前部。 前、后殼體底部設計有兩個排油口。 油通過重力排出。
FEV 提出的緊湊型解決方案將永磁同步 (PSM) 電動機和逆變器組合在一個單元中。 經測試，該電機在峰值功率230kw持續(xù)30秒，連續(xù)功率100kw時，最大扭矩大于500Nm，最大轉速12000rpm，在測試循環(huán)中效率大于90%，大于 97% 的峰值。
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展開 
【技研】油冷電機技術講解
特斯拉空心軸套轉子油冷技術
油冷軸技術散熱功率有限，通常作為一種補充冷卻方式。Tesla將油冷軸技術和油冷機殼技術混用，構成了一套復合冷卻系統(tǒng)。冷卻油在離心泵的作用下先冷卻轉子，然后通過管道流向機殼，既冷卻定子又和大氣交換熱量。
特斯拉油冷軸技術與油冷機殼復合冷卻技術
定子冷卻形式較多，以噴淋冷卻技術為例，在繞組附近設計噴頭口，冷卻油液直接通過噴頭噴淋到繞組端部，在重力作用下油液分布到其他位置，瞬間帶走大量熱量，最后冷卻油液在底部被收集。
展開 高級培訓報名 | Particle Works 電機油冷仿真
Particle Works
電機油冷仿真培訓
10月13日
培訓結束后，您將獲得
由安世亞太頒發(fā)的官方培訓認證證書
適用行業(yè)及人群
【適用行業(yè)】
適用于涉及到電機、齒輪箱等電驅系統(tǒng)中的攪油、飛濺、潤滑等兩相流動問題以及后續(xù)散熱問題的行業(yè)。
【適用人群】
與以上行業(yè)相關的系統(tǒng)仿真工程師、技術研發(fā)人員等都可以參加。
課程優(yōu)勢
本培訓以使用Particleworks軟件為出發(fā)，對電機油冷所遇到的基本仿真問題進行介紹，并以實際案例進行仿真演示。主要包含軟件基本使用、Particleworks的管內兩相流、管外兩相流等基本案例介紹、輕量化電機模型的噴淋、甩油仿真計算方式介紹。
軟件簡介與特色
【軟件簡介】
Particleworks 是一款模擬流體運動的領先軟件。其先進的基于粒子算法的求解器，可以輕松地對各類工業(yè)流體問題進行建模與分析——汽車行業(yè)中油箱的晃動及冷卻、制藥業(yè)和塑料行業(yè)物料的混合與攪拌等等。憑借直觀的界面、極快的求解器和強大的可視化工具，Particleworks將提供所有用戶所需的運動分析工具，來幫助工程師在設計過程中優(yōu)化產品。
【軟件特色】
■ 無網格求解：Particleworks 可以直接導入CAD幾何進行計算，相比傳統(tǒng)的CFD軟件，可以避免繁雜、耗時的網格生成過程；
■ 飛濺、自由液面流動：Particleworks 通過將流體分解成一系列的離散單元或者粒子來分析其運動，這些粒子可以自由運動。這種方法可以允許用戶模擬流體的大變形、聚合、分裂以及快速變化流動等；
■ 支持當下最新的GPU硬件進行GPU并行計算，能夠獲得前所未有的高性能并行計算能力。
展開 電動機油冷系統(tǒng)的優(yōu)化
CFD SCHUCK已經研究了一種有效的方法，通過組合一款專門實現(xiàn)自動優(yōu)化的軟件來進行端部繞組油冷系統(tǒng)的優(yōu)化。
在優(yōu)化過程中，通過不同的設計方案研究得到了最佳的冷卻效果。典型的設計參數是噴嘴的數量和直徑，同時還包括端部繞組的斜率和位置。此外，還需要注意油的流量和端部繞組的溫度。
采用SPH的PreonLAB軟件對油冷流動和冷卻進行了CFD分析。自動優(yōu)化則采用了CAESES軟件。工作流程中還包含了一組Python腳本，用于網格生成、求解設置及評估。在近期的優(yōu)化項目中，僅用3天便完成了40個設計變量的創(chuàng)建以及自動分析。
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展開 RecurDyn熱力學仿真新突破：摩擦生熱與油冷散熱的集成解決方案
<strong>完整散熱閉環(huán)：</strong>與 Particleworks 聯(lián)合仿真，完美解決復雜油冷散熱等挑戰(zhàn)性場景，實現(xiàn)共軛傳熱分析。</p><p>4.<strong>驅動設計優(yōu)化：</strong>為齒輪箱熱管理、剎車系統(tǒng)熱衰退分析、電機噴油冷卻設計等關鍵應用提供可靠依據，提升產品性能和可靠性。</p><p><br></p><p><br></p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/bcq1RnfYQy85iaiazdXh3q0DTRHsBcNRMseicibCoo5vQnvkDVDQPnckLXyJ84Z7csvX30yIGepZaL0CIeRaUy6sxQ/640?wx_fmt=jpeg&from=appmsg"></p><p><br></p>
展開 基于CFD軟件的油冷電機熱管理
然后在接下來的話，其實還有一些工作要做的，就是不可控散熱的這一塊，針對CFD工程師而言，或者說針對CFD部門以及針對于油冷電機熱管理仿真這一塊的工作而言的話，不可控散熱和系統(tǒng)熱仿真其實是一個可選項，我們一般做到系統(tǒng)的熱分析，知道這個油冷電機在熱交換器散熱的作用下，它的一個溫度算出來以后，其實從CFD分析的角度而言，這塊的工作基本已經完成，因為我已經算了一個最大值，我在最大值的一個溫度都是滿足要求的，那后續(xù)的一些分析其實就是錦上添花的，那不可控散熱這一塊就是一個錦上添花的工作。
我們可以想象一下，一個油冷電機在前艙里面，它可能有一些風面，他也可能有一些無風的面，大家可以想象一下，如果說有一個油冷電機他四方形的，然后左邊是冷端，右面是熱端，熱端有很大的一個散熱，冷端沒有風沒有散熱，那是不是油冷電機的溫度均勻性會變好；反之冷端風很大，熱端沒有風，那這個時候油冷電機就會因為這種不可控的一些外流場，他的溫差會變得更加的惡劣，那這種情況的話其實很麻煩，我們以前在一些混動項目上的話，遇到過這個問題，不是油冷電機碰到的問題，而是整個系統(tǒng)它底部的溫度和頂部的溫度溫差，已經非常非常夸張。這種其實就是不可控外流場引起的，也是我們沒有辦法計算的痛點。
完成了以下的所有工作以后，就可以做系統(tǒng)級的熱管理。系統(tǒng)的熱管理分析并不是說去算一個溫度場，去算一個散熱能力，而是通過一些參數的調配，比如說改某一個部位的對流換熱系數，看是不是能夠得到一個更加好的溫度分布，像這種工作其實就是熱管理要做的一些事。這塊其實可以做比較多的一些工作，比如說結合實驗可以去做一些類似于數字孿生相關的一些工作，寫一下簡單的算法實現(xiàn)自動優(yōu)化；結合控制策略減少整個動力系統(tǒng)的熱沖擊，通過調配不可控這一塊的一些結構，來實現(xiàn)整機的溫度分布均勻，像這些工作的話，就是系統(tǒng)熱管理要做的一些事情，非常后端的一個階段。
展開 輪邊電驅橋油冷電機3D模型 ￥20
附件包含某款輪邊電機（油冷電機）3D模型STP格式
活動回顧 | 油冷電機、變速箱仿真技術專題研討會圓滿落幕！
“油冷電機、變速箱技術專題研討會”如期而至，本次研討會圍繞油冷電機與變速箱的仿真解決方案、整機散熱方案、數字孿生方案、NVH解決方案，展開了深入的交流與探討。
接下來，由小編帶您一起回顧本次活動的精彩內容。
研討會現(xiàn)場
主題分享
PART1
電驅油冷電機散熱仿真解決方案
電驅系統(tǒng)熱設計分析需求主要有三塊：電機設計、電控設計、齒輪箱設計。傳統(tǒng)CFD通用軟件仿真分析的流程對時間和人力的消耗較多，不能滿足快速設計迭代的需求。用粒子仿真法與CFD傳統(tǒng)方法相結合，能夠互相彌補，達到降本增效的效果。主要應用軟件是ANSYS Particle Works，是一款粒子仿真軟件，不需要投入大量精力在幾何簡化和生成網格上，同時采用高效的GPU進行求解計算，大大節(jié)省了計算時間。Particle Works可用于自由表面流動計算、流動-顆粒耦合、流動-多體動力學耦合、流動-共軛換熱等場景。
安世亞太流體工程師高征宇詳細介紹了油冷電機解決方案，分享了電機油冷，齒輪箱潤滑案例。
PART2
油冷電機數字孿生解決方案
數字孿生對深入洞察產品的狀態(tài)、性能和行為有重要的作用，能夠實現(xiàn)系統(tǒng)設計，優(yōu)化，預見性維護，優(yōu)化工業(yè)產品管理。數字孿生系統(tǒng)級評估有以下主要挑戰(zhàn)：由于限制條件難以使用傳感器監(jiān)測；難以監(jiān)測所有位置，可視化效果不強；不合適的工況條件使用到研發(fā)的產品導致產品狀態(tài)性能不良等。
安世亞太流體工程師田童向來賓介紹了電機系統(tǒng)一維仿真流程、三維降階模型的建立、以及完整的一維系統(tǒng)數字孿生方案。
展開 
國內外新能源汽車油冷電機盤點和關鍵技術解析
Model 3的電機和減速器采用共油路冷卻方案，電機定子整體、轉子軸以及減速器后軸承主動油冷，油壓來自電子油泵，電機軸及減速器輸入軸整體三軸承支撐方案，連接花鍵為油潤滑，差速器部分加裝有擋油板，降低吸油口附近的湍流，防止吸空同時降低齒輪攪油損失。
電機峰值轉速可達18000rpm，盡管上市已經三年多，仍然超過國內市面上普遍的12000rpm～15000rpm的平均水平；電機旋變轉子處有一個孔，與電機的冷卻是一體的，可以看到旋變部分也非常緊湊，可以說對整個三合一系統(tǒng)的集成度可見一斑了。
2、Nidec 150kW 3in1
Nidec與廣汽合資，得益于Aion系列銷量不錯，后續(xù)發(fā)展勢頭強勁。同時Nidec也是目前市場上為數不多的采用了油冷方案的三合一電驅動。
Nidec的e-Axle不僅將電機、逆變器和變速箱集成，而且還采用了Nidec專有的油冷方法，該方法進一步減小了尺寸和重量，并提高了性能。電機中的矩形布線還進一步降低了成本和尺寸。
吉利幾何C所搭載的日本電產“E-Axle Ni150Ex”驅動電機是之前E-Axle（2019年4月開始量產）系列的升級產品，采用自主開發(fā)的馬達油冷技術。
最大功率150kW，最大系統(tǒng)輸出扭矩3100Nm，重量91kg，電機與減速器集成式油冷，定子采用電子油泵主動油冷，轉子及減速器采用被動飛濺油冷潤滑，電子泵功率需求小，可實現(xiàn)按需供油，降低系統(tǒng)能耗，濾清器(粗慮)布置在減速器底部，從電子油泵出來的油液首先經過冷卻器冷卻后，通過導油槽冷卻電子定子繞組和鐵芯，最后回流到減速器內部，通過減速器飛濺，經過頂部集油箱和輸入軸的集油盤進入到電機轉子軸。
3、通用Bolt電驅
通用的純電動車起步于1996年的EV1，然后是2013年的Spark，以及2016年量產的Bolt。
展開 【觀看回放】西門子油冷電驅性能工程進階課：2萬轉時代的多學科協(xié)同仿真
油冷作為主流散熱方式，被廣泛采用的同時，也使電驅系統(tǒng)熱管理復雜度顯著提升，為產品研發(fā)帶來持續(xù)挑戰(zhàn)。
面對愈發(fā)急迫的時代需求，西門子數字化工業(yè)軟件推出一體化油冷電驅解決方案，破除子系統(tǒng)數據孤島，西門子Simcenter數字孿生實現(xiàn)油冷電驅開發(fā)V流程無縫閉環(huán)。
8月20日，西門子油冷電驅性能工程進階課云端開講。前沿專家齊聚線上，詳解4大重要議題，見證西門子數字化電驅解決方案破解技術難題。
1數字孿生集成工作流程
賦能電驅系統(tǒng)研發(fā)
●演講嘉賓：
王宗樂
西門子數字化工業(yè)軟件
資深仿真產品經理
●演講內容：
當前電驅系統(tǒng)通常由逆變器、電機、傳動系統(tǒng)組成，傳統(tǒng)職能劃分導致電驅研發(fā)過程獨立分散，無法保證電驅系統(tǒng)的整體指標。西門子以集成的電驅開發(fā)流程，定義整體指標，打通“需求→分解→集成→整車HIL驗證”的V流程，一次實現(xiàn)NVH、熱管理、動力性能的整體優(yōu)化。
●演講看點：
★ 電驅研發(fā)業(yè)務挑戰(zhàn)案例分享
★ 行業(yè)應用案例分享及仿真方案
★ Simcenter完整的電驅研發(fā)流程介紹
2油冷電驅熱管理解決方案
●演講嘉賓：
高琢 博士
西門子數字化工業(yè)軟件
系統(tǒng)仿真高級技術顧問
●演講內容：
深入介紹利用系統(tǒng)仿真進行電驅系統(tǒng)開發(fā)的完整流程：基于一維仿真，把整車性能指標逐層分解為電驅系統(tǒng)級指標，并在同一平臺完成電機本體及其控制策略的建模、標定與驗證。設定目標后，利用已有參數，在動態(tài)閉環(huán)工況下，同步開展電驅系統(tǒng)油冷熱管理設計，并提前評估及抑制振動噪聲，實現(xiàn)全流程一次性閉環(huán)驗證。
展開 油冷電驅性能工程進階課：2萬轉時代的多學科協(xié)同仿真
油冷作為主流散熱方式，被廣泛采用的同時，也使電驅系統(tǒng)熱管理復雜度顯著提升，為產品研發(fā)帶來持續(xù)挑戰(zhàn)。
面對愈發(fā)急迫的時代需求，西門子數字化工業(yè)軟件推出一體化油冷電驅解決方案，破除子系統(tǒng)數據孤島，西門子Simcenter數字孿生實現(xiàn)油冷電驅開發(fā)V流程無縫閉環(huán)。
8月20日，西門子油冷電驅性能工程進階課云端開講。前沿專家齊聚線上，詳解4大重要議題，見證西門子數字化電驅解決方案破解技術難題。
8月20日 13:30-16:10
報名鏈接：https://events.siemens.com.cn/disw/we/at008?pk_source=jishulin
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1數字孿生集成工作流程
賦能電驅系統(tǒng)研發(fā)
●會議時間：
13:30-14:10
●演講嘉賓：
王宗樂
西門子數字化工業(yè)軟件
資深仿真產品經理
●演講內容：
當前電驅系統(tǒng)通常由逆變器、電機、傳動系統(tǒng)組成，傳統(tǒng)職能劃分導致電驅研發(fā)過程獨立分散，無法保證電驅系統(tǒng)的整體指標。西門子以集成的電驅開發(fā)流程，定義整體指標，打通“需求→分解→集成→整車HIL驗證”的V流程，一次實現(xiàn)NVH、熱管理、動力性能的整體優(yōu)化。
展開 干式變壓器與油浸式電力變壓器的選擇
4、 干式變壓器運行環(huán)境要求
干式變壓器運行對環(huán)境要求如下:①環(huán)境溫度-10--45°，②空氣相對濕度：日平均不大于95%，月平均不大于90%，③海撥高度1600米以下（在額定容量下）。
5、 干式與油浸式變壓器各自優(yōu)缺點
在造價上干式變壓器比油浸式變壓器貴。容量上油浸式變壓器的容量比干式變壓器做得更大。在地下層、樓層中及人員密集場所需使用干式變壓器。油浸式變壓器在獨立變電所使用。箱式變電站一般用干式變壓器。場所空間較大時，使用油浸式變壓器，空間較為擁擠時，使用于式變壓器。區(qū)域氣候條件較潮濕時，使用油浸式變壓器。需要“防火防爆”的場所使用干式變壓器。干式變壓器承受負荷的能力要比油浸式變壓器差。干式變壓器應在額定容量下運行。而油浸式變壓器充許短時過載。
6、 SCB型干式變壓器與SGB型變壓器區(qū)別
在繞制線圈方面：SCB型干式變壓器低壓線圈采用箔繞。繞組結構：采用銅箔單層纏繞，層間材料含有潛伏性固化劑的環(huán)氧樹脂及下級復合箔。繞組材料：采用導電率極佳的無氧銅，含銅量99.99%。SGB型干式變壓器低壓線圈采用線繞。繞組結構：圓筒式線圈，多根普通玻璃絲包扁銅線。
SGB型干式變壓器抗短路能力要強于SCB型干式變壓器。
在散熱方面，SCB型干式變壓器要好式SGB型變壓器。在帶負載損耗方面，SCB型干變要低于SGB型干式變壓器。
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