高速永磁同步电机冷却系统优化分析

针对高速永磁同步电机的温升问题,以一台65 kW,12000 r/min电机为例,基于流体力学和传热学基本理论,采用CFD温度场仿真,对电机水冷结构的导热热阻对其散热性的影响进行分析,并提出在电机定子与水套之间填充导热硅脂以减小接触热阻的优化方案。通过样机实验测试,验证了该方案的可行性,为电机的冷却优化设计提供了依据。     

起重机用永磁电机等效热阻法瞬态温度场计算

对起重机用细长型外转子永磁同步电机瞬态温度场计算分析,由于细长型特殊结构,铜损耗约占总损耗的90%;同时定子绕组处于电机中心,散热能力差,温升计算成为永磁电机设计的关键环节。以采用S3工作制40%通电持续率对起重机用永磁电机进行温升考核,建立了起重机用永磁电机的瞬态等效热网络模型。重点分析了影响瞬态热网络准确计算温升的影响因素,提出了铜损耗热源时变加载方式。基于ANSYS有限元仿真和样机温升试验对比分析,验证了所建立的起重机用永磁电机瞬态等效热网络模型的正确性。     

基于PCB绕组的盘式永磁同步电机温度场分析与冷却方式研究

盘式无铁心电机通常体积比较小,功率密度高。定子绕组采用印制电路板结构(printed circuit board,PCB)的盘式无铁心永磁同步电机,其温升直接影响着PCB基材和永磁体的性能。文中以基于PCB绕组的盘式无铁心永磁同步电机为研究对象,根据传热学原理,建立电机三维温度场计算的数学模型。采用有限元法对电机进行了温度场仿真分析,研究电机的发热以及电机各部件的温度情况。通过与实验数据对比,验证了所建模型的合理性和计算结果的准确性。最后通过增大电机机壳与PCB定子的接触面积研究电机温度的变化,优化了电机温升,为基于PCB绕组的盘式电机冷却方式的研究提供了一些参考依据。     

基于粒子群优化算法的永磁电机热网络参数识别

监测永磁电机的永磁体温度对于保证电机的使用寿命至关重要,因为过高的温度会产生永磁体不可逆失磁现象。提出了一种基于粒子群优化算法的永磁电机热网络参数识别方法,实现用热网络监测永磁体的温度。该方法首先建立永磁电机的热网络模型,利用粒子群优化算法结合电机温升试验所得温度数据对热网络模型的主要热力参数进行识别;然后利用该热网络模型进行在线温度识别,识别过程能够快速收敛,具备良好的辨识精度;最后,通过对比仿真识别温度和电机温升试验数据,验证了该方法的准确性。     

基于等效热网络法的永磁同步电机温升计算

永磁同步电机体积小,功率密度高,导致它的单位热损耗大,由此引起的温升不可忽视。因此,本文采用等效热网络方法对永磁同步电机进行温升计算,首先建立了永磁同步电机的热网络模型,然后对模型中的各个节点的热阻,和部分节点的损耗进行计算和分析,最后对热网络图中的各个节点建立热平衡方程,求解方程组,得出各部分的稳态温升并通过实验进行了验证。     

计及电磁-传热影响的蒸发冷却风力发电机定子铁心穿管结构优化设计

采用自循环式蒸发冷却技术是提升大容量风力发电机组散热能力和可靠性的一种经济且有效的方式,然而在传统电机的分析设计和性能预测过程中,往往会忽略定子局部穿管结构的改变对电机电磁性能的影响,同时也会忽略这部分接触热阻在热传导过程中对电机冷却性能的影响。对此,该文首先基于风力发电机的运行特性和单元灵敏度方法分析了定子铁心穿管结构对电机电磁及冷却性能的影响,然后通过小倾角自循环管道换热实验以及接触热阻温升实验对空心圆铜管的换热能力以及接触热阻进行了分析和测试,最后建立了以电磁及传热性能为优化目标的铁心穿管结构优化策略,并以一台10 MW永磁直驱式风力发电机为研究对象,对定子铁心穿管结构开展了优化设计研究。通过优化方案的有限元分析验证说明,提出的优化策略可以准确且有效地满足电机电磁和冷却性能的设计要求,同时从电磁和散热两个维度来评估,所提出的优化策略同样适用于相同应用场景下的其他永磁同步电机。     

考虑极限热负荷下高过载永磁同步电机的研究

永磁同步电机具有功率密度高、功率因数高的优势,在各种场合得到广泛应用。当永磁电机处于转矩高过载状态时,由于定子绕组电密很高,短时间内发热严重,影响电机输出功率的进一步提高。该文从理论上分析了结构参数、绕组直流电阻对永磁电机的极限输入电流影响,研究了铜损耗系数及电机工作时长对电机过载能力的影响规律,以及热负荷对高过载永磁电机电磁参数选取的影响规律。通过有限元分析了高过载永磁电机的电磁参数和定子绕组温升,定量计算出考虑极限热负荷时永磁电机的过载能力,得到一种高过载永磁电机的设计方法,最后通过样机实验验证了理论计算的正确性。     

轴裂相整数槽集中绕组永磁容错电机及其匝间短路故障抑制研究EI北大核心CSCD

针对传统分数槽集中绕组永磁容错电机相间隔离能力弱、匝间短路故障抑制能力不足的问题,该文提出一种轴裂相整数槽集中绕组永磁容错电机。该电机各相绕组沿轴向独立排布,实现了相间的电、磁、热及物理隔离。首先,介绍轴裂相整数槽集中绕组电机的基本结构,阐述其工作原理,分析其电磁性能。然后,理论分析该轴裂相整数槽集中绕组永磁电机匝间短路故障的抑制机理。在考虑绝缘接触电阻变化的基础上,将所提轴裂相整数槽集中绕组永磁电机与传统分数槽集中绕组永磁电机在不同接触电阻情况下的故障电流、损耗和温升进行对比和分析。研究表明,相比于传统分数槽集中绕组永磁容错电机,该文所提轴裂相整数槽集中绕组永磁容错电机在故障的各个阶段,其匝间短路故障的严重性均较低,并且故障对健康相的影响很小,实现了从电机结构上抑制和隔离匝间短路故障的目的。最后,加工一台轴裂相整数槽集中绕组永磁电机样机,完成对样机匝间短路电流和故障温升的测试,实验结果与理论分析和仿真结果一致,证明了上述分析的正确性。     

基于迭代式粒子群优化的永磁同步电机热网络模型参数辨识研究

针对集总参数热网络模型未知参数多、参数辨识收敛困难的问题,利用永磁同步电机在不同工况下的特性,提出迭代式粒子群优化辨识框架,用实验测量的电机温度场数据,以各节点估计温度与实测温度的均方误差作为目标函数,将并行优化转化为三步串行迭代优化,减少每一步优化变量数,缩小种群规模,避免陷入局部最优。应用于某额定功率70 kW电机,得到一般热阻和热容随温度变化的规律,电机损耗、绕组涡流系数和气隙热阻随转速变化的规律。台架实验表明,在综合驾驶工况下,以槽内绕组、端部绕组、永磁体、定子齿和定子轭的温度估计最大误差和平均误差作为评价指标,与实测结果以及传统的采用固定参数的集总参数模型相比,提出的模型精确度高,工况适应性好。     

基于等效热网络法的轴向磁通永磁电机热分析

为避免在轴向磁通永磁电机的初始设计及优化设计中,使用有限元或有限体积等三维方法计算电机温升时耗费大量建模及计算时间,本文建立了双定子单转子轴向磁通永磁电机的等效热网络模型,分析了模型的各等效热阻,建立各节点热平衡方程组并求解。通过样机温升试验,验证了本文提出的轴向磁通永磁电机等效热网络模型的正确性。最后,利用热网络模型计算分析了不同水速和装备间隙对电机温升影响,为同类电机的设计和温升计算提供了参考依据。     

永磁同步电机匝间短路故障温度场分析

匝间短路是一种常见的电机绕组故障,会导致定子绕组电流增大、电机局部过热,长期在这种环境下运行,温度升高使得电机性能下降,造成经济损失.该文以一台3kW永磁同步电机为例,研究匝间短路故障对永磁同步电机各部件温度的影响.基于电机参数建立三维等效热模型,绝缘材料被等效为绝缘层,将机壳沿轴向分段,根据风速在机壳表面施加不同边界...     

基于磁热耦合法车用永磁同步电机温升计算及影响因素的研究

针对温升计算过程中材料的温度特性对损耗产生影响的问题,在考虑损耗分布特征的基础上,采用电磁场-温度场的双向耦合计算方法,实现两场信息的反馈并进行迭代热计算。以一台7. 5 kW电动车用永磁同步电动机为例,建立电磁场和温度场三维耦合模型,运用磁热双向耦合方法计算了电机在额定转速下的温升分布状态。以温升实验测量值为基准,与传统温度场计算采用均匀生热率的计算结果进行对比,验证了双向耦合计算方法的准确性。基于磁热双向耦合的计算方法对车用永磁同步电机温升进行优化设计,针对永磁体温升过高问题,采用永磁体沿轴向分段技术,有效的降低了永磁体上的温升;对永磁体放置方式进行优化,采用V一型转子结构替代V型转子结构,计算得到前者杂散损耗比后者降低57%,通过磁热耦合方法计算得到优化后永磁体和绕组温升分别降低14 K和23. 3 K。     

一种降低永磁同步电机涡流损耗的方法

分数槽集中绕组永磁同步电机具有易于下线,铜耗低,转矩密度大等特点,因此得到了广泛地应用,但是分数槽集中绕组永磁同步电机的反电动势谐波含量较大,电机的涡流损耗比较大。本文提出了一种通过优化永磁同步电机永磁体形状来降低永磁同步电机涡流损耗的方法。该方法通过优化永磁体形状从而改善永磁体磁势的波形,从而改善电机反电动势的波形,进而降低永磁同步电机的涡流损耗。通过理论分析,仿真对比证明该方法可以大幅度降低的电机的涡流损耗,验证了该方法的可行性,且效果明显。     

高功率密度电机三维温度场计算及导热优化研究

短时工作制高功率密度永磁电机具有工作电密高、电枢绕组发热大、温升高的特点。对电机的三维温度场计算尤其是绕组端部温升的准确计算成为高功率密度电机设计的重要部分。该文对高功率密度电机的损耗进行了准确计算,着重分析端部绕组的电阻和铜损耗。在电机的三维温度场计算模型中对端部绕组进行了分层等效,计算和实验结果表明分层等效模型能够提高绕组温升计算的准确性。为降低高功率密度电机中电枢绕组的温升水平,对电机端部绕组进行导热优化,减小了端部绕组的传热热阻,电枢绕组的最高温升从80℃降至69℃。最后通过样机实验验证了理论计算的正确性。     

基于耦合场的永磁电机损耗及温升分析

高密度永磁同步电机因其损耗及转子散热条件恶劣,会造成内部永磁体由于高温而产生高温退磁风险。本文利用电磁场与热场进行双向耦合仿真,分析永磁同步电机温升。在电磁仿真中进行永磁电机损耗计算,考虑定子电流谐波对电机损耗所产生的影响,以及考虑温度对电机材料属性的影响。将损耗输入温升计算模型,并不断进行电磁仿真的材料温度特性更新及损耗更新,从而得到更为准确的电机温升分布。并研究了利用流体流场因素对电机关键部位温升所产生的影响。通过样机进行温升实验,验证了仿真模型的准确性,为永磁同步电机的温升计算提供了依据。     

多领域协同仿真的高密度永磁电机温升计算

为了有效解决电机温升不易准确计算的难题,该文首先提出基于多领域协同仿真的高密度永磁电机温升计算理念,详细论述温升计算的流程。基于热传导理论,论文导出槽内绕组等效导热系数的计算方法,有效地考虑了漆包线绝缘层、浸渍漆和微孔对电机温升的影响。以一台48槽/8极高密度永磁电机样机为例,基于多领域协同仿真的计算方法,精确计算样机的铁耗、计及集肤效应的交流绕组铜耗,以及永磁体的涡流损耗和电机内的温度场。最后,进行样机的温升试验,温度场计算值与试验结果基本吻合,验证了基于多领域协同仿真的高密度永磁电机温升计算方法的准确性和有效性。     

永磁同步电机全域温度场分析与水道优化设计

以额定功率为60 k W永磁同步电机(PMSM)为研究对象,采用气隙等效导热系数处理定转子间的热交换问题。给出散下线定子绕组的等效热模型。在进行绕组铜耗计算时考虑温升对定子绕组阻值的影响,试验测定壳体与定子铁心间因装配间隙而产生的热阻值。在此基础上建立PMSM三维全域瞬态温度场有限元模型,计算电机在峰值转速运行时的温度场变化,并进行试验验证。对水道宽度比、水道数和翅片进行优化计算,找出最优解。结果表明,水道优化后电机最高温度下降9.8℃,对电机水道结构设计具有一定的指导意义。     

解决弧形永磁同步电机力矩波动的新方法

本文提出两种解决弧形永磁同步电机力矩波动的新方法。通过把不同定子的不同相绕组串联的方法解决该种电机三相绕组不对称的问题,与初始样机对比,绕组中的电流谐波大大降低。改变定子之间的角度,不同单元电机的边端力矩被相互抵消。以上优化措施,弧形永磁同步电机的力矩波动从3.2%下降到0.65%,力矩波动结果满足实际应用需求。     

单双层混合绕组型低互感五相容错永磁电机的电磁问题研究

单双层混合绕组型多相容错永磁同步电机具备良好的相间物理隔离、热隔离和磁隔离能力,通过改变绕组跨距角可以改善定子磁动势谐波分布,在一定程度上降低转子涡流损耗,从而更好地兼顾容错能力和运行性能。该文针对单双层混合绕组型五相容错永磁电机展开研究,基于绕组因数分析,给出该类电机极槽配合选取原则和定子磁动势谐波分布规律,以及典型方案下的谐波比漏磁导系数随绕组跨距角的变化规律。进一步研究容错齿尺寸、模块间气隙宽度、槽口宽度等尺寸对磁动势谐波分布、转矩、互感和齿槽转矩的影响,给出高功率密度、低互感和低齿槽转矩设计原则。通过与传统单、双层分数槽集中绕组电机对比,证明了单双层混合绕组电机在磁隔离能力等方面的优势。研制了五相15槽12极单双层混合绕组电机样机,通过实验对理论分析结果进行了验证。     

多套三相永磁同步电机缺相容错电流统一计算方法

半对称与全对称是多套三相永磁同步电机常见的2种定子绕组结构。该文针对不同绕组结构的多套三相永磁同步电机不对称缺相故障,以输出转矩最大为优化目标,提出一种统一的缺相容错电流计算方法。该方法综合考虑电机相数的奇偶性及绕组结构的差异性,通过引入偶数次谐波矢量及广义零序矢量重构解耦矩阵,适用于任意多套三相永磁同步电机缺相容错电流计算。最后,通过一台9k W九相半对称永磁同步电机的缺相容错控制试验,验证计算结果的正确性。