基于集总参数热网络法的永磁同步电机热研究

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永磁同步电机以其结构简单、效率高、可靠性高等诸多优越性能已经成为现代舰船推进技术的研究焦点。然而,因为舰船用驱动电机的工作环境特殊,常常在变频供电系统下运行,变频器的干扰使电机内温度急剧增加,热分布规律不具备普遍性,因此特殊工况下的永磁同步电机的温升计算是电机领域的重要研究课题之一。此外,近年来国内外学者多采用场算法对电机进行热分析,鲜有用路算法分析电机全域稳态及瞬态温升变化的研究,而采用集总参数热网络方法构建模简单、求解速度快且具有较高精度,能够准确掌握电机热特性,并实现电机的快速参数化分析与设计。本文主要针对一台50kW表贴式永磁同步电机(Surface Permanent Magnet Synchronous Motor,SPMSM)为进行研究,基于集总参数热网络原理和传热传质学理论,结合该电机结构特征和通风特性,在合理的假设条件下构建了电机全域热网络模型。同时建立电机冷却介质模型,采用有限体积法仿真求解,抽取流体流动状态参数,并对散热参数进行充分探讨。在此基础上,赋值热网络热边界条件,类比电网络求解方法实现电机稳态温度计算。此外,为了明晰特殊工况下电机内各构件的温升分布规律,对电机主体部分细致划分并对两种常用工况下的电机温升分别进行了稳、瞬态求解分析,得到了一些有益的结论,为电机设计、性能分析、状态监控及优化提供了重要的参考价值。最后,提出了间接实验验证法:搭建实验平台进行温升试验,采集测量数据,并采用本台电机的有限体积元仿真数据作为间接校核标准,将本文热网络模型的温升计算结果与实验数据间接对比,结果表明仿真值与实验值基本吻合,本文模型构建方法合理,求解结果正确。
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