永磁同步电机损耗计算及温度场分析

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1、硕士学位论文永磁同步电机损耗计算及温度场分析PMSMLOSSCALCULATIONANDTEMPERATUREFIELDANALYSIS（应用型）尹惠哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TN820.3学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文永磁同步电机损耗计算及温度场分析硕士研究生：尹惠导师：郝明晖教授申请学位：工学硕士学科：机械设计及理论所在单位：机电工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN820.3U.D.C.:621DissertationfortheMa

2、sterDegreeinEngineeringPMSMLOSSCALCULATIONANDTEMPERATUREFIELDANALYSISCandidate：YinHuiSupervisor：Prof.HaoMinghuiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalDesignandTheoryAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Inst

3、itution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要近些年来，永磁同步电机逐渐在各个领域得到广泛应用，日益成为人们生产和生活不可或缺的一部分。永磁同步电机在运行的过程中会产生损耗，这些损耗会通过热量的形式逸散出来，使电机内部温度升高。当温度高达一定程度，会引发永磁体的磁性下降、绕组表面绝缘层脱落等事故，降低电机运行的可靠性。因此，在电机的设计中，对永磁同步电机内部的损耗和温度场进行准确计算至关重要。本课题以一台功率为750W的交流永磁同步电机为分析对象，对其损耗和温度场进行研究。对电机的绕组反电势、空

4、载气隙磁密进行了探究，通过对所得波形进行傅里叶变换，研究发现绕组反电动势和气隙磁密的波形比较近似于正弦，且谐波含量小，验证了电机基本运行性能的可靠性和电磁场分析模型建立的合理性。计算了电机的损耗。根据铁耗的分离理论，对定子铁芯建立损耗计算模型，基于时步有限元相关理论，对定子内部磁场进行分析，分别计算了在交变磁场作用、加入旋转磁场作用及加入旋转磁场和谐波共同作用下的定子铁耗。比较几种方法的计算结果，发现加入旋转磁场和谐波影响下的定子铁耗计算方法最为准确。对多种工况下的定子绕组铜耗、转子和永磁体的涡流损耗及机械损耗进行了计算。分析了转速、负载等因素对于损耗

5、的影响。对电机进行温度场分析。依据流体力学、传热学的相关知识，建立了电机的三维温度场计算模型，设定求解域的初始和边界条件，求解温度场分析的参数。对电机在自然冷却和强制风冷条件下不同工况时的温度场进行有限元分析。探究了电机内部各处的温度场及强制风冷参数对电机温升的影响规律。进行电机的损耗和温升实验。测出样机在空载时的机械损耗和定子铁耗，与计算值进行对比，研究表明，加入旋转磁场和谐波影响的永磁同步电机铁耗计算方法最为准确。记录电机在自然风冷和强制风冷条件下运行时绕组的温升，将所测结果和仿真结果对比，发现二者绕组稳态温度的误差不超过3℃，验证了对永磁同步电机

6、温度场分析方法的正确性。关键词：永磁同步电机；损耗；温度场；验证实验-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractInrecentyears,permanentmagnetsynchronousmotorsgraduallyhavebeenwidelyusedinvariousfields,itisincreasinglybecominganindispensablepartofpeople'sproductionandlife.Permanentmagnetsynchronousmotorwillproducelossesintheproces

7、sofrunning,theselosseswillescapeoutthroughtheformofheat,theinternaltemperatureofthemotorwillrise.Whenthetemperatureuptoacertainlevel,thepermanentmagnets'magneticwilldecline,theinsulationofwindingswilllayeroffandleadtootheraccidents,reducingthereliabilityofthemotor.Therefore,accu

8、ratelylossescalculationandtemperatureanalysisin