永磁同步电机温升建模及冷却性能分析

发布时间：2017-09-14 04:31

  本文关键词：永磁同步电机温升建模及冷却性能分析

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【摘要】：电机是电动汽车的核心部件,电机运行过程必然产生能量损耗,这部分损耗就是电机发热的主要热源。电机单位体积内损耗过大,或冷却性能差都可能导致温度过高,缩短电机使用寿命,甚至损坏电机。本文主要研究永磁同步电机的损耗及温度分布,并提出了冷却系统的优化设计方案,论文主要工作如下:首先,根据电机学的基本知识,建立了永磁同步电机仿真模型,分析了转速和负载对铜耗的影响;采用三种方法计算定子铁耗,实验证明对径向磁密和切向磁密分别进行傅立叶分解计算得到的铁耗更接近实际值;采用有限元法计算转子涡流损耗,仿真发现本电机转子的涡流损耗较小,可忽略;利用公式法计算得到不同转速下的机械损耗。其次,根据传热学和流体力学的理论知识,研究了流体的冷却性能和流动特性,建立了电机的热网络计算模型,计算得到电机各节点的平均温度。研究表明,电机各节点的温度随着入口水流量增加而略微降低,而随着入口水温的增加几乎同数值增加。再次,通过简化模型研究了冷却结构对电机温升的影响,确立了螺旋水道的结构尺寸。建立了电机温升三维有限元模型,仿真得到电机各部件的温度分布,并与热网络模型对比。研究表明,有限元法和热网络计算结果一致,有限元法更加直观、具体。最后,设计了电机的温升试验,并采集了额定工况各采集点的温度与仿真值作对比,验证了电机温升模型的正确性。在实验和仿真的基础上提出了机壳的优化方案,为电机冷却系统设计提供参考。
【关键词】：永磁同步电机 结构优化 冷却性能 损耗 温升
【学位授予单位】：上海电机学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM341
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 课题来源及背景意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 电动汽车及电机的发展11-12
• 1.2.2 电机温升影响因素的研究现状12-13
• 1.2.3 电机冷却系统的研究现状13-14
• 1.2.4 电机温升计算方法的研究现状14-15
• 1.3 研究内容15-17
• 第二章 永磁同步电机工作原理及损耗分析17-36
• 2.1 引言17
• 2.2 永磁同步电机工作原理17-18
• 2.3 永磁同步电机损耗分析18-34
• 2.3.1 绕组铜耗18-20
• 2.3.2 铁耗分析20-30
• 2.3.3 转子涡流损耗30-32
• 2.3.4 机械损耗32-34
• 2.4 本章小结34-36
• 第三章 电机温度场与流体场理论分析与计算36-54
• 3.1 引言36
• 3.2 流体力学的基本理论及其在电机温升研究中的应用36-41
• 3.2.1 机壳内冷却液的对流换热系数及流动特性37-40
• 3.2.2 机壳表面的对流换热系数40
• 3.2.3 定子端面的对流换热系数40
• 3.2.4 转子端面的对流换热系数40-41
• 3.3 传热学的基本理论及其在电机温升研究中的应用41-53
• 3.3.1 热传递的基本方式41-42
• 3.3.2 电机等效热网络计算42-53
• 3.4 本章小结53-54
• 第四章 电机三维温度场的有限元建模与分析54-73
• 4.1 引言54
• 4.2 不同冷却机壳结构对电机冷却性能的影响54-58
• 4.2.1 计算模型54-55
• 4.2.2 边界条件及载荷条件55
• 4.2.3 仿真结果55-58
• 4.3 冷却机壳机构尺寸对电机冷却性能的影响58-61
• 4.3.1 计算模型58-59
• 4.3.2 边界条件及载荷条件59
• 4.3.3 仿真结果59-61
• 4.4 电机有限元模型的建立61-69
• 4.4.1 计算模型61-64
• 4.4.2 载荷条件64-65
• 4.4.3 边界条件65-66
• 4.4.4 电机温升仿真66-69
• 4.5 负载对电机温升的影响69-70
• 4.6 冷却液入口条件对温升的影响70-72
• 4.7 本章小结72-73
• 第五章 电机温升试验73-82
• 5.1 引言73
• 5.2 实验台架的搭建73-75
• 5.3 数据分析75-78
• 5.4 冷却结构的进一步优化分析78-81
• 5.5 本章小结81-82
• 第六章 总结与展望82-84
• 6.1 总结82-83
• 6.2 展望83-84
• 参考 文献84-89
• 致谢89-90
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果90

【参考文献】

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本文编号：847887