永磁同步电机高温环境下性能及温升特性研究

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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。
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