开关磁阻电机损耗和温升研究

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开关磁阻电机(SR电机)特殊的双凸极结构使得其工作原理和运行特性不同于传统电机,其铁心磁场变化规律复杂,磁密波形与电机结构参数、转速、绕组连接方式、控制策略以及工况等密切相关。复杂的磁场使得SR电机的损耗尤其是铁心损耗的计算十分困难。电机运行过程中产生的损耗最终都转化为热能,引起电机内部温升,进而影响电机的可靠性和使用寿命。因此损耗和温升分析是优化电机设计、改善其性能的重要环节。然而,目前国内外关于SR电机的损耗和温升方面的研究还不够系统和完善,因此,本文针对SR电机的损耗及其温升进行了一系列分析研究和实验验证。本文以一台三相12/8 SR电机作为研究对象,首先,在Ansoft中建立其有限元仿真模型,进行2D瞬态磁场分析,得到定、转子不同部分的磁密波形及其变化规律。其次,在磁场分析的基础上利用双频法和椭圆法相结合计算电机的铁损,得到铁心不同部分铁损分布情况。再次,基于ANSYS建立电机的3D有限元热分析模型,将损耗计算结果耦合到热模型中进行瞬态热分析,得到SR电机的温升分布图和不同单元处的温升曲线,并重点讨论了机壳外冷却条件对电机温升的影响。最后,搭建以TMS320F2812 DSP和CPLD为控制系统核心的开关磁阻起动/发电系统平台,完成硬件和软件的设计调试工作。在此平台上实现SR电机的电动和发电运行,测量记录电机转速、电压、电流、功率等数据,通过间接法推算样机铁心损耗,利用由T型热电偶、MAX31855热电偶信号至数字输出转化器、DSP、RS-485以及触摸显示屏组成的温度测量和显示系统对SR电机定子不同部位的温升进行检测并绘制温度变化曲线,验证铁损计算方案的可行性和SR电机热分析模型的正确性。
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