基于集总热网络法的浸水无刷电机温度场分析

发布时间：2022-09-30 11:08

　　近年来,随着电力电子技术和稀土永磁材料的快速发展,无刷直流推进电机得到了广泛的应用和科学研究。无刷电机由原来的有刷电机机械换向转变为利用功率晶体管开关进行电子换向,它具有结构简单,可靠性高等特点。此外无刷直流电机还有控制简便,制造成本低廉、功率密度大等优势,遍及水下无人装备、海洋资源勘探等各个领域。电机是电场、磁场、温度场等多物理场耦合、交叉的非线性多变量复杂系统。与电机的电磁场研究相比,温度场的分析起步比较晚,且电机工作过程中热源产生的原因比较复杂,不单单是一维的热量传递过程,涉及电机学、传热学、流体力学等多方面的跨学科知识。电机热设计是电机设计环节中的重要组成部分。作为浸水无刷推进电机,因其特殊的工作环境对重量和体积有着严格的要求。一方面,电机功率密度大,连续长时工作发热严重,过高温度会引起电枢绕组绝缘能力下降,电阻增大,在大电流工作时,集肤效应明显,导致绕组铜损增大,效率下降,从而影响电机额定功率的输出;另一方面,高温导致转子永磁材料性能下降,严重时甚至会发生不可逆退磁现象,严重影响电机转矩平稳输出和电机工作可靠性。局部温度的不均匀还会使得电机某一部位发生热应力集中现象,影响其安... 

【文章页数】：91 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题目的及意义
    1.2 电机温度场研究方法及国内外研究现状
        1.2.1 电机温度场研究方法概述
        1.2.2 热网络法温度场分析国内外研究现状
    1.3 本文使用软件介绍及主要研究内容
        1.3.1 电机电磁热分析软件介绍
        1.3.2 主要研究内容
第二章 无刷直流电机损耗分析
    2.1 引言
    2.2 浸水无刷直流电机结构及工作原理
        2.2.1 浸水无刷直流电机结构
        2.2.2 无刷直流电机工作原理
    2.3 无刷直流电机损耗理论及计算
        2.3.1 铁心损耗
        2.3.2 绕组铜耗
        2.3.3 永磁体涡流损耗
        2.3.4 轴承摩擦损耗
    2.4 本章小结
第三章 传热学基本原理及热阻概念
    3.1 传热学基本原理
        3.1.1 传热原理综述
        3.1.2 热传导
        3.1.3 对流换热
        3.1.4 辐射传热
    3.2 热阻概念
        3.2.1 导热热阻
        3.2.2 对流热阻
        3.2.3 辐射热阻
        3.2.4 接触热阻
        3.2.5 复合壁结构
    3.3 本章小结
第四章 热网络模型建立及热阻计算
    4.1 热网络模型建立
    4.2 温度场计算热平衡方程
    4.3 热阻计算
        4.3.1 机壳浸水强迫对流热阻计算
        4.3.2 机壳空气自然对流热阻计算
        4.3.3 壳体螺旋水道对流热阻计算
        4.3.4 导热热阻计算
        4.3.5 气隙热阻分析
    4.4 本章小结
第五章 电机温度场仿真求解
    5.1 稳态温度场求解
        5.1.1 不同浸水温度自然对流温度场计算
        5.1.2 壳体轴向强迫对流稳态温度场计算
        5.1.3 壳体空气自然对流稳态温度场计算
        5.1.4 螺旋水道强制对流冷却稳态温度场
    5.2 瞬态温升求解及对比分析
        5.2.1 不同壳体浸水温度(自然对流)
        5.2.2 壳体带散热肋片强迫对流分析
        5.2.3 壳体-定子铁心接触间隙δ对瞬态温度,接触热阻的影响
        5.2.4 不同电流密度下损耗及绕组瞬态温度
        5.2.5 螺旋水道不同宽度及流速瞬态分析
    5.3 本章小结
第六章 浸水电机瞬态温度实验测试
    6.1 实验方案
    6.2 实验结果及分析
    6.3 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 全文总结
    7.2 结论
    7.3 创新性
    7.4 下一步研究方向和重点
致谢
参考文献
学术论文和科研情况


【参考文献】：
期刊论文
[1]浸水式无刷直流电机瞬态温度场分析[J]. 符盼,王建平.  水下无人系统学报. 2018(01)
[2]起重机用永磁电机等效热阻法瞬态温度场计算[J]. 韩雪岩,于占洋,李生祥.  微特电机. 2017(10)
[3]等效热网络法和有限元法在轮毂电机温度场计算中的应用[J]. 王晓远,高鹏.  电工技术学报. 2016(16)
[4]无铁心盘式PMSM损耗和温度研究[J]. 王俊杰,马恩林.  鱼雷技术. 2015(05)
[5]一种永磁同步平面电机瞬态温度场研究[J]. 郝晓红,方瑛,彭倍,方璐,武宗祥.  工程热物理学报. 2015(03)
[6]鱼雷磁耦合传动金属隔离罩分析与优化设计[J]. 王小雷,樊晓波.  鱼雷技术. 2014(05)
[7]永磁同步电机的热路分析及热阻参数测试[J]. 汪文博,陈阳生.  机电工程. 2014(09)
[8]高速永磁无刷直流电机的热分析[J]. 杜国华,房建成,刘西全,周银锋.  北京航空航天大学学报. 2012(08)
[9]基于有限元法的永磁直流电机三维稳态温度场分析[J]. 叶雪荣,苏博男,由佳欣,翟国富.  机电元件. 2012(02)
[10]高压永磁同步电动机实心转子三维温度场分析[J]. 李伟力,陈婷婷,曲凤波,李志鹏.  中国电机工程学报. 2011(18)

硕士论文
[1]永磁同步电机的热路模型研究[D]. 汪文博.浙江大学 2014
[2]高功率密度永磁电机磁场与温度场计算[D]. 任钦.哈尔滨工业大学 2009
[3]滚筒式直流无刷电机的损耗与热分析[D]. 许刘奎.东北大学 2008



本文编号：3683440