永磁同步电机高温环境下性能及温升特性研究

摘要

随着永磁同步电机技术的发展，在航空航天、军工和机械制造等严苛环境中的使用愈发频繁广泛。在某些应用场合，电机工作在高温环境的同时，还出于空间和尺寸的限制需要很高的功率密度，这为电机设计工作提出了极大的挑战。本文正是针对这种特殊工况下电机极限性能展开了研究。
　　本文根据对电机材料和温度特性的分析，基于永磁同步电机运行状态矢量图，建立了电机输出转矩解析模型，对多温度变量协同作用下电机工作性能的变化规律进行了分析，并给出了一种转矩补偿策略。
　　针对温升过程中电机工作性能、可靠性以及输入量的变化，本文分析了高温环境下永磁同步电机的设计特点和挑战，得到了针对以上问题的边界限制条件。以这些边界条件为基础，本文提出了一种基于温升预估的高温电机设计方法，在基本参数设计过程中，给出了一种对电机各部分结构温升曲线的预估计算方法，根据温升曲线对电机运行过程的工作性能和可靠性进行校核，并设计了一台6极9槽的电机，对其进行了验证分析。
　　为了提升温度场计算的准确程度，本文根据电机各项主要损耗的基本原理，对损耗进行了计算，并分析了在恒转矩的控制方式下电机各项损耗随温升的变化规律。以此为基础，本文给出了一种损耗—时间曲线的计算方法，将时变损耗代入到温度场计算模型，提高了计算的精度。应用基于时变损耗的温度场计算模型，对电机在不同工况下的温升进行了计算，揭示了不同工况下温升及温度分布的规律。
　　设计了高温环境试验方案，通过不同工况下运行实验，对电机温升进行了测量，验证了温度计算模型的有效性，并对电机工作性能和可靠性进行了验证。通过测量电机参数变化，验证了对电机温度特性的分析。
　　通过以上研究，得到了一种针对高温环境电机的设计方法，保证了电机在高温环境下的工作性能和可靠性，并优化了温度场计算模型，提高温度计算的准确程度。

目录

第1章 绪 论

1.1课题背景及意义

1.2高温电机研究现状

1.3本文的主要研究内容

第2章 永磁同步电机温度特性分析

2.1引言

2.2材料温度特性的分析

2.3温度对电机电磁参数的影响

2.4 基于多温度变量功率温度特性研究

2.5温升过程转矩补偿策略研究

2.6本章小结

第3章 高温环境永磁同步电机的设计方法研究

3.1引言

3.2高温电机设计特点分析

3.3基于温度预估的高温电机设计研究

3.4永磁体涡流损耗优化分析

3.5电机性能验证分析

3.6本章小结

第4章 损耗温度特性及基于时变损耗的温度场研究

4.1 引言

4.2 电机损耗计算及其温度特性研究

4.3 基于时变损耗的温度场计算方法研究

4.4 基于时变损耗的电机温度场计算

4.5 本章小结

第5章 高温状态对永磁同步电机性能影响及实验研究

5.1引言

5.2电机反电势测试实验

5.3温升对电机性能影响实验

5.4高温环境试验方案设计

5.4高温环境可靠性实验

5.5电机过载能力实验

5.6本章小结

结论

参考文献

声明

致谢

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