高速永磁同步牵引电机温升研究

摘要

近年来，永磁同步牵引电机在高速列车上的应用越来越受关注，我国于2014年，成功将额定功率为690kW的永磁牵引电机装车，预示着我国高铁事业将展开一段新的征程。电机温升对于电机有重要影响，发热严重时会极大地危害电机寿命和工作安全，尤其对于高速铁路所用永磁牵引电机而言，一旦过热导致永磁体退磁甚至失磁，将产生无法估量的后果。因此电机的热分析具有重要意义。
　　本文首先采用热路法来计算电机的温升。通过为永磁同步电机建立详细的热路模型，在Simulink中完成求解，得到了电机各部件平均温度的稳态和暂态结果。同时，通过热路法，分别求解了电机长期运行在空载电流、额定电流、过载电流下的暂态和稳态温升。通过对比，为电机可过载运行的时长提供了温升方面的参考依据。同时采用了计算流体力学方法(CFD)，对高速永磁牵引电机进行了分析。通过在电磁场中计算电机损耗，得到相应的热源，导入Fluent中后，设置相应流体边界，便可计算得到电机整体的温升分布。相比于热路法，CFD中不仅可以计算出各部件的平均温升，还可以全面地计算局部各点的温度，为实验中放置热电偶的位置提供了参考依据。另外本文分析了不同冷却空气的流速与电机温升的相应关系，可作为冷却系统设计中风速选择的参考。本文为提高电机热性能，设计了锯齿形通风道，通过热路-计算流体力学耦合的方法，确定了锯齿形结构下的最优参数。通过对冷却结构改进前后的相应样机进行试验，测量各部件的温升，验证了上述温升计算方法的正确性，并证明了采用锯齿形通风道冷却结构的电机，热性能至少提高了15％。

目录

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致谢

摘要

1．绪论

1．1．课题研究背景

1．2．国内外研究现状

1．2．1．永磁牵引电机在高速列车上应用的研究现状

1．2．2．电机温度计算研究现状

1．3．研究意义

1．4．论文结构与安排

2．基于等效热路法计算永磁牵引电机温升

2．1．热路概念基础

2．2．热阻计算经验公式

2．2．1．空心圆筒结构热路模块

2．2．2．机壳与大气间传导热阻

2．2．3．机壳与定子间传导热阻

2．2．4．定子铁心与绕组之间的传导热阻

2．2．5．槽内绕组与端部绕组间传导热阻

2．2．6．定转子间气隙热阻

2．2．7．转子热路模型

2．3．电机热路模型

2．4．热路计算结果分析

2．4．1．电机热路模型建立

2．4．2．空载条件下电机稳态与暂态温升

2．4．3．额定条件下电机稳态与暂态温升

2．4．4．过载条件下电机稳态与暂态温升

2．5．本章小结

3．基于CFD计算永磁牵引电机温升分布

3．1．传热学基本原理

3．2．流体力学基本原理

3．3．电机模型

3．3．1．电机模型参数

3．3．2．微分方程以及相应边界条件

3．4．CFD计算结果分析

3．5．本章小结

4．电机通风结构优化设计

4．1．通风结构设计

4．2．热路-CFD耦合确定最优通风结构参数

4．2．1．热路模型

4．2．2．不同参数下的电机温升

4．3．CFD法计算电机温升

4．4．实验验证

4．5．本章小结

5．总结与展望

5．1．全文总结

5．2．研究展望

参考文献

作者简介