开关磁阻电机热建模与敏感性分析

摘要

开关磁阻电机的结构特殊，仅在电机定子上设有集中绕组，与普通感应电机的工作机理不同，开关磁阻电机铁芯中的磁通密度要受到电机相数、定子齿和转子齿的极数、绕组的连接方式以及电机运行工况等因素的制约。电机磁通密度的非线性特性增加了电机损耗尤其是铁损的计算难度，从而难以获得电机的发热情况。电机中的能量损耗最终会转变成热能，使电机铁芯和绕组的温度升高，从而影响电机的使用寿命。因此，电机热分析是提高开关磁阻电机性能措施的关键环节，本文对开关磁阻电机热分析模型的建模和热敏感性分析进行了相关研究工作。 本文首先叙述了开关磁阻电机热分析问题的国内外研究进展。讨论分析了开关磁阻电机热参数的计算方法，相关热参数主要包括电机发热热源、电机绕组的等效导热系数和电机热交换系数。在此基础上，以一台8/6结构开关磁阻电机作为研究对象，依据电机温度场理论和热分析的方法，分别建立了开关磁阻电机的等效热路模型和二维有限元热模型。为了验证热仿真模型，在样机硬件实验平台上，搭建了开关磁阻电机温度测试平台，对电机进行实验研究。以电机热仿真模型为基础，分别研究了电机绕组不同连接方式、电机不同运行转速、对电机温度的影响，并将这热仿真模型的计算结果和样机实验测量结果进行对比分析，验证了电机等效热路模型和有限元热模型的有效性和正确性。为了进一步对开关磁阻电机进行热分析，从电机本体设计角度出发，讨论并分析了电机几何结构尺寸对电机温度的影响。最后，对全文工作进行了总结，给出了进一步工作的设想。

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致谢

变量注释表

1 概述

1.1研究背景及意义

1.2 电机热建模研究现状

1.3本文主要研究内容

2 开关磁阻电机热参数计算

2.1引言

2.2电机热源计算

2.2.1电机铜损

2.2.2电机铁损

2.2.3机械损耗

2.2.4杂散损耗

2.3 等效导热系数计算

2.4热交换系数计算

2.5本章小结

3 开关磁阻电机热仿真建模

3.1引言

3.2 开关磁阻电机等效热路模型

3.3电机有限元热模型

3.4本章小结

4开关磁阻电机热仿真与实验研究

4.1引言

4.2 电机温度测试实验平台

4.3 电机定子绕组连接方式对电机温度的影响

4.3.1绕组连接方式

4.3.2电机热模型仿真结果

4.3.3样机实验

4.3.4热仿真结果与实验结果对比分析

4.4 电机不同转速对电机温度的影响

4.5本章小结

5 开关磁阻电机几何结构参数热敏感性分析

5.1引言

5.2 气隙的热敏感性分析

5.3 转子磁极的极弧系数热敏感性分析

5.4 定子磁极的极弧系数热敏感性分析

5.5定子轭厚热敏感性分析

5.6转子轭厚的热敏感性分析

5.7 电机铁芯长度的热敏感性分析

5.8本章小结

6 总结与展望

6.1本文主要工作

6.2进一步工作设想

参考文献

作者简历

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