离心血泵电机温度分析与优化

发布时间：2017-03-29 12:16

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【摘要】：由于心脏病的高发病率以及心脏移植手术中自然心脏供体的严重缺乏,所以临时性或永久性替代自然心脏的人工心脏应运而生。标准的人工心脏系统包括血泵,控制器,电源等部件,其中血泵是研究的核心,它从搏动式发展到现在的连续流悬浮式,正不断地解决各种心脏疾病难题。血泵工作时要带动人体血液进行循环,如果血泵产生过高的温度就会对人体血液造成破坏甚至威胁生命,而血泵的发热主要来自于泵内电机,因此研究血泵电机的温度、对其进行温度场的分析和优化具有非常重要的意义。 本文主要采用有限元法对电机的温度场进行分析计算,并基于血泵电机的控制系统来对电机的温度进行了优化,最后也对分析优化结果进行了对比实验,主要完成了以下几个方面的研究： (1)运用传热学理论分析血泵电机的边界条件,建立了血泵电机温度场的数学模型。 (2)对血泵电机的发热源进行了分析计算,运用有限元法通过ANSYS软件建立有限元模型,计算电机内对流换热系数和生热率,加载求解得到血泵电机的温度分布图以及其内部的温升曲线,得出血泵电机的发热情况及影响其发热的主要因素。 (3)根据温度场分析的结果,确定电机损耗是影响血泵电机温升的主要因素,基于血泵电机的控制系统来对电机温度进行优化,主要研究了血泵电机的控制方法,设计了硬件系统和软件系统,最后对电机的启动过程、反电势过零点检测、换相、PID控制等方面进行算法优化来达到温度优化的目的。 (4)搭建了血泵温度实验平台,在平台上测试血泵电机实际运转温度并和仿真结果进行对比,实验结果误差较小,验证了温度场计算模型的准确性；也对血泵电机各参量进行了优化前后的对比,并把控制系统优化前后的实际温度进行对比,证明了温度优化的有效性,实际温升较高有待进一步优化。
【关键词】：血泵电机 温度场 有限元分析 温度优化
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH789;TH311
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 1 绪论12-22
• 1.1 课题研究的背景和意义12-14
• 1.2 血泵电机温度场的研究现状14-20
• 1.2.1 血泵电机温度场分析方法研究14-16
• 1.2.2 血泵电机温度场优化方法研究16-20
• 1.3 主要研究内容20
• 1.4 本章小结20-22
• 2 血泵电机温度研究的传热学理论22-32
• 2.1 热力学第一定律22-23
• 2.2 热传导23-28
• 2.2.1 热传导基本定律23
• 2.2.2 导热微分方程23-27
• 2.2.3 导热微分方程的边界条件27-28
• 2.3 热对流28-29
• 2.4 热辐射29
• 2.5 本章小结29-32
• 3 血泵电机温度场分析32-44
• 3.1 有限元法及ANSYS概述32-33
• 3.2 血泵电机发热热源33-36
• 3.2.1 铁心损耗计算34-35
• 3.2.2 绕组损耗计算35-36
• 3.3 血泵电机温度场计算及仿真36-43
• 3.3.1 有限元建模36-39
• 3.3.2 材料属性设定39-40
• 3.3.3 边界条件与热载荷的计算40-41
• 3.3.4 计算结果及分析41-43
• 3.4 本章小结43-44
• 4 基于控制系统设计的血泵电机温度优化44-74
• 4.1 血泵电机控制技术的研究与设计44-51
• 4.1.1 血泵电机的工作原理44-45
• 4.1.2 血泵电机转子位置检测方法设计45-49
• 4.1.3 血泵电机启动技术设计49-51
• 4.1.4 血泵电机转速计算方法51
• 4.2 系统硬件总体设计51-57
• 4.2.1 控制模块的设计52-54
• 4.2.2 功率模块的设计54-57
• 4.3 系统软件设计57-62
• 4.3.1 系统主程序的设计58-59
• 4.3.2 系统子程序的设计59-62
• 4.4 血泵电机温升优化方案62-72
• 4.4.1 启动过程优化62-64
• 4.4.2 反电势过零检测精确性优化64-66
• 4.4.3 绕组换相算法优化66-68
• 4.4.4 PID控制算法优化68-72
• 4.5 本章小结72-74
• 5 实验结果与分析74-82
• 5.1 温度优化结果分析75-81
• 5.1.1 端电压优化结果分析75-76
• 5.1.2 相电流优化结果分析76-77
• 5.1.3 PID优化结果分析77-79
• 5.1.4 优化后仿真温度分布图79
• 5.1.5 优化后实验和仿真对比79-80
• 5.1.6 控制器优化前后实测温度对比80-81
• 5.2 本章小结81-82
• 6 总结与展望82-84
• 6.1 研究总结82-83
• 6.2 工作展望83-84
• 参考文献84-87

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张新波,许承千;电机三维温度场的综合分析[J];电工技术杂志;2000年03期

2 方日杰,赖烈恩,蒋俊杰,陈季平,王国乾;用热网络法计算大型水轮发电机定子温度场[J];大电机技术;1989年01期

3 张大为;汤蕴t

本文编号：274461