容错永磁电机的温度分析

摘要

电机作为一种能量转换装置，在各行各业中发挥着重要的作用。本文研究的电机是应用于航空领域中多电/全电飞机上的电机。为了满足航空应用上的高功率密度和高可靠性的特殊需要，这种电机往往工作在较高的电负荷和较高转速下。此时的电机会产生相当大的损耗，随之而来温度也会急剧上升。然而温度不仅会影响电机本身的电磁性能，同时过高的温升也会使电机发生故障，从而降低电机的可靠性。因而，对用于航空领域中的电机进行温度分析具有十分重要的意义。由于以上原因，本文对一种应用于多电/全电飞机的永磁容错电机进行了相关的电磁和温度的仿真分析。
　　论文主要研究内容概括如下:
　　1.利用有限元的方法对电机的电磁特性进行分析，包括电机的磁场、反电势、定位转矩、额定转矩。对电机的各部分的损耗进行仿真计算，针对电机的涡流损耗过大的问题，通过改变电机的结构，有效的降低涡流损耗。
　　2.将电机定子和绕组进行合理地等效，基于简化后的模型，计算出了等效模型的导热系数。并对电机在三种情况下空气的对流系数进行计算，分别得出了电机机壳与周围空气之间的导热系数、电机气隙中的导热系数和电机内端部空气的导热系数，为电机温度场的计算提供对流系数。
　　3.基于Ansys公司的流体分析有限元软件Fluent，对电机进行有限元温度仿真。为了降低网格划分的难度，对电机的物理结构进行了合理的简化。结合电机实际运行状态，仿真得出了与之对应的电机各个部分的温度分布。
　　4.利用等效热网络的方法，对电机进行温度场计算。将电机各部分轴向划分，再通过T型等效模块，将各部分转化为热路图，建立等效热网络。通过热平衡方程对电机温度进行求解计算。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景

1．2 容错电机研究现状

1．3 电机温度的研究现状

1．4 本课题研究的主要内容

1．4．1 课题研究主要内容

1．4．2 论文结构

第二章 永磁容错电机的电磁特性

2．1 引言

2．2 容错永磁电机结构介绍

2．3 永磁容错电机静态特性

2．3．1 磁场分析

2．3．2 电枢磁场分析

2．3．3 空载磁链与反电动势分析

2．3．4 齿槽转矩和输出转矩

2．4 电机内的损耗分析

2．4．1 定子损耗

2．4．2 转子损耗

2．4．3 铜损耗

2．4．4 机械损耗

2．5 减少转子涡流损耗的方法

2．5．1 转子分块对涡流损耗的影响

2．5．2 定子槽口宽度对涡流损耗的影响

2．5．3 双层槽绕组对涡流损耗的影响

2．6 本章小结

第三章 永磁电机温度场基本理论

3．1 引言

3．2 传热的基本概念

3．2．1 物体的传热形式

3．2．2 导热基本定理及导热微分方程

3．2．3 热边界条件

3．3 电机内温度分析方法

3．3．1 简化公式法

3．3．2 等效热路法

3．3．3 数值计算法

3．4 电机内材料的导热系数及表面传热系数

3．4．1 绕组的等效导热系数

3．4．2 铁心的导热系数

3．4．3 电机内各表面的对流系数

3．5 本章小结

第四章 有限元法计算电机温度

4．1 引言

4．2 电机仿真模型

4．2．1 电机2D模型

4．2．2 电机3D建模

4．3 电机的温度仿真

4．3．1 网格划分

4．3．2 启动Fluent进行计算

4．3．3 求解与分析

4．4 本章小结

第五章 等效热网络法计算电机温升

5．1 引言

5．2 热网络法的基本原理

5．3 热网络模型的求解

5．3．1 网格的划分

5．3．2 各节点热网络方程

5．3．3 等效模型的求解

5．4 有限元与热网络的结果对比

5．5 降低电机温升的措施

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 课题展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表论文与科研成果