基于灌封材料的永磁同步电动机热管理策略研究
发布时间：2021-10-15 17:00
永磁同步电动机（PMSM）的散热是电动汽车亟待解决的问题之一。针对PMSM散热问题,将灌封的硅凝胶封装在PMSM的端绕组与外壳之间的间隙中,以此作为PMSM的热管理策略。系统的温升测试表明,在相同的冷却条件下,采用灌封硅凝胶（P-M）的PMSM在任何工作条件下均具有比原始PMSM（O-M）更低的稳定运行温度,最大降温达到27.3℃,比O-M低23.6%。此外,P-M在峰值负载条件下的稳定运行时间延长了约两倍,从84 s改善到165 s。计算流体动力学（CFD）模型显示了电动机的温度分布,该模型与测试结果显示出良好的一致性,并准确预测了在峰值负载条件下的稳定运行时间。
【文章来源】：微电机. 2020,53(08)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
简化的液冷P-M模型的剖视图
如图2所示,对PMSM的温升性能进行了测试。图2中将电动机放在工作台上,通过使用控制器将直流电源柜中的直流电压转换为交流电源,从而为电动机提供了交流电。其中,控制台用于调节扭矩和速度,恒温水箱提供冷水循环回路以冷却电动机,同时采用流量计监测水流。如图1所示,将三个PT-1000型铂电阻温度计嵌入端部绕组中以记录绕组温度,局部温度计沿圆周方向以120°的间隔分布,如图1中红色虚线所示。当温度计的温度波动在15分钟内小于1℃或在绝缘材料烧毁的情况下温度达到135℃时,测试停止。以1 s的间隔进行温度测量,但为了体现温度变化趋势,以不同的时间间隔绘制温度上升曲线。即为了比较额定功率,在前10分钟以1分钟为间隔绘制温度,因为在此期间温度急剧上升,然后在10-20分钟以2分钟为间隔,其余每5分钟绘制一次测试时间。对于峰值负载条件,考虑到测试时间短,以10 s的间隔绘制温度。在不同的工作条件下测试了O-M的温升性能后,将灌封材料封装在端部绕组和外壳之间的间隙中,以形成P-M。随后在相同的工作条件下测试P-M的相应性能,以确保测试的一致性。表3列出了详细的工作条件,包括典型的转速、扭矩、水温和水流量。表3 测试条件的详细信息 转速/(r/min) 扭矩/Nm 水温/℃ 水流量/(L/min) 5000 101 55 9 5000 101 55 12 5000 101 55 15 4000 127 45 12 4000 127 55 12 4000 127 65 12 6400 79 55 12 7700 65 55 12 3490 260 55 12
如图3所示为在相同的扭矩(101 Nm)、转速(5000 r/min)和水温(55℃),不同流量下O-M和P-M的温升曲线。实验中所有测试均未达到保护温度,因此当温度计的温度波动低于1℃持续15分钟时,测试将停止。如图3所示,对于O-M和P-M,流量从9 L/min到15 L/min的变化对稳态温度没有明显的影响。例如,在9 L/min、12 L/min和15 L/min的水流量下,P-M的稳定温度分别为85.8℃,85.6℃和85.1℃。这表明P-M与O-M具有很好的水流适应性。由此可以看出,当水的传热能力高于散发到机壳的热量时,水流量的增加几乎对稳定温度没有影响。与O-M相比,P-M的稳态温度要低得多,O-M在不同的水流量下最大温度差达到约20℃。例如,P-M的稳定温度在15 L/min时为85.1℃,比O-M(104.9℃)的稳定温度低约18.9%。这种改进主要归因于端部绕组和外壳之间的灌封硅凝胶,从而大大降低了绕组和外壳之间的热阻。如式(6)的热阻,如果热流保持一致且热阻较低,则温度差会降低:
【参考文献】：
期刊论文
[1]五相永磁同步电机缺两相容错型直接转矩控制[J]. 王凌波,闫震,周扬忠. 电机与控制应用. 2019(10)
[2]永磁同步电机目标位置调节的伺服控制系统研制[J]. 任志斌,朱杰,周运逸,王美晨. 微电机. 2019(09)
[3]基于Taguchi方法的表面-内置式永磁同步电机多目标优化设计[J]. 卢杨,苗虹,曾成碧. 微电机. 2019(09)
[4]永磁同步电机双模糊矢量控制系统研究[J]. 陈文卓,靳文涛,马可. 电气传动. 2019(08)
[5]永磁同步电机转矩预测虚拟电压矢量控制[J]. 朱沙,卢子广,王子豪,叶伟清. 电气传动. 2019(06)
[6]基于观测器的永磁同步电机互补滑模速度控制[J]. 谢雨晴,黄宴委,刘喆怡. 机电技术. 2017(06)
[7]表面式永磁同步电动机新型转矩控制[J]. 郑晓明,米增强,畅达,孙辰军,李晓龙. 电测与仪表. 2017(24)
本文编号：3438316
【文章来源】：微电机. 2020,53(08)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
简化的液冷P-M模型的剖视图
如图2所示,对PMSM的温升性能进行了测试。图2中将电动机放在工作台上,通过使用控制器将直流电源柜中的直流电压转换为交流电源,从而为电动机提供了交流电。其中,控制台用于调节扭矩和速度,恒温水箱提供冷水循环回路以冷却电动机,同时采用流量计监测水流。如图1所示,将三个PT-1000型铂电阻温度计嵌入端部绕组中以记录绕组温度,局部温度计沿圆周方向以120°的间隔分布,如图1中红色虚线所示。当温度计的温度波动在15分钟内小于1℃或在绝缘材料烧毁的情况下温度达到135℃时,测试停止。以1 s的间隔进行温度测量,但为了体现温度变化趋势,以不同的时间间隔绘制温度上升曲线。即为了比较额定功率,在前10分钟以1分钟为间隔绘制温度,因为在此期间温度急剧上升,然后在10-20分钟以2分钟为间隔,其余每5分钟绘制一次测试时间。对于峰值负载条件,考虑到测试时间短,以10 s的间隔绘制温度。在不同的工作条件下测试了O-M的温升性能后,将灌封材料封装在端部绕组和外壳之间的间隙中,以形成P-M。随后在相同的工作条件下测试P-M的相应性能,以确保测试的一致性。表3列出了详细的工作条件,包括典型的转速、扭矩、水温和水流量。表3 测试条件的详细信息 转速/(r/min) 扭矩/Nm 水温/℃ 水流量/(L/min) 5000 101 55 9 5000 101 55 12 5000 101 55 15 4000 127 45 12 4000 127 55 12 4000 127 65 12 6400 79 55 12 7700 65 55 12 3490 260 55 12
如图3所示为在相同的扭矩(101 Nm)、转速(5000 r/min)和水温(55℃),不同流量下O-M和P-M的温升曲线。实验中所有测试均未达到保护温度,因此当温度计的温度波动低于1℃持续15分钟时,测试将停止。如图3所示,对于O-M和P-M,流量从9 L/min到15 L/min的变化对稳态温度没有明显的影响。例如,在9 L/min、12 L/min和15 L/min的水流量下,P-M的稳定温度分别为85.8℃,85.6℃和85.1℃。这表明P-M与O-M具有很好的水流适应性。由此可以看出,当水的传热能力高于散发到机壳的热量时,水流量的增加几乎对稳定温度没有影响。与O-M相比,P-M的稳态温度要低得多,O-M在不同的水流量下最大温度差达到约20℃。例如,P-M的稳定温度在15 L/min时为85.1℃,比O-M(104.9℃)的稳定温度低约18.9%。这种改进主要归因于端部绕组和外壳之间的灌封硅凝胶,从而大大降低了绕组和外壳之间的热阻。如式(6)的热阻,如果热流保持一致且热阻较低,则温度差会降低:
【参考文献】：
期刊论文
[1]五相永磁同步电机缺两相容错型直接转矩控制[J]. 王凌波,闫震,周扬忠. 电机与控制应用. 2019(10)
[2]永磁同步电机目标位置调节的伺服控制系统研制[J]. 任志斌,朱杰,周运逸,王美晨. 微电机. 2019(09)
[3]基于Taguchi方法的表面-内置式永磁同步电机多目标优化设计[J]. 卢杨,苗虹,曾成碧. 微电机. 2019(09)
[4]永磁同步电机双模糊矢量控制系统研究[J]. 陈文卓,靳文涛,马可. 电气传动. 2019(08)
[5]永磁同步电机转矩预测虚拟电压矢量控制[J]. 朱沙,卢子广,王子豪,叶伟清. 电气传动. 2019(06)
[6]基于观测器的永磁同步电机互补滑模速度控制[J]. 谢雨晴,黄宴委,刘喆怡. 机电技术. 2017(06)
[7]表面式永磁同步电动机新型转矩控制[J]. 郑晓明,米增强,畅达,孙辰军,李晓龙. 电测与仪表. 2017(24)
本文编号：3438316
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