牵引用永磁同步电机温度场集总参数热网络法分析

永磁同步牵引电机具有效率高、体积小、功率密度高等优点,在城际铁路运输领域应用越来越多,具有广阔的发展前景。但随着永磁同步牵引电机的单机容量日益增大,其内部损耗也随之不断增加,损耗的增加使得电机的温升不断增加。在高温环境下,永磁体有可能产生退磁等一系列问题,影响牵引电机的稳定安全运行。本文以一台永磁同步牵引电机为例,对电机转子内置转子等较复杂部件进行合理等效,其次使用集总参数热网络法,建立能够反映电机整体热量传递的热网络结构,该结构可快速计算电机不同工况下的温度分布情况,对电机的热设计有一定的帮助。

基于集总参数热网络法的永磁同步电机温度场分析

永磁同步电机与其他类型电机相比性能指标尤为突出,被广泛应用于各个领域。随着电机制造业的发展,电机单机容量增加,使电机内部温升过高,影响电机的性能与可靠运行。本文在考虑高速电机永磁体涡流损耗对电机温度场的影响的情况下,用集总参数热网络法(LPTN)对永磁同步电机进行温度场分析,建立38节点的热网络模型,真实反映了电机各部件的温升。最后,通过与有限元法(FEM)分析结果、电机温升试验结果对比,证明该热网络计算模型的正确性。

基于集总参数热网络法的永磁同步电机启动及稳态温升分析

为了实现对永磁同步电机稳瞬态温度场的快速精准求解,在对电机内热问题分析方法优缺点充分剖析的基础上,以一台表贴式永磁同步电机为例,依据集总参数热网络法基本原理,并对电机结构件进行合理等效后,构建了电机全域热网络模型,采用集总参数热网络法对电机内温度场进行了数值求解。采用实验测试结果以及有限体积元法计算结果对本算法进行准确性验证,分别对电机启动及稳定状态下不同结构件的温升时空分布特征进行了详细分析。揭示了该类电机稳瞬态温升分布规律,为电机状态监测以及性能分析与优化提供借鉴。

基于迭代式粒子群优化的永磁同步电机热网络模型参数辨识研究

针对集总参数热网络模型未知参数多、参数辨识收敛困难的问题,利用永磁同步电机在不同工况下的特性,提出迭代式粒子群优化辨识框架,用实验测量的电机温度场数据,以各节点估计温度与实测温度的均方误差作为目标函数,将并行优化转化为三步串行迭代优化,减少每一步优化变量数,缩小种群规模,避免陷入局部最优。应用于某额定功率70 kW电机,得到一般热阻和热容随温度变化的规律,电机损耗、绕组涡流系数和气隙热阻随转速变化的规律。台架实验表明,在综合驾驶工况下,以槽内绕组、端部绕组、永磁体、定子齿和定子轭的温度估计最大误差和平均误差作为评价指标,与实测结果以及传统的采用固定参数的集总参数模型相比,提出的模型精确度高,工况适应性好。

基于热网络法的永磁电机温度在线估计

将集总参数热网络(LPTN)模型应用于永磁电机温度在线估计能够预防电机因过温而造成的电机损坏,特别是降低永磁体的不可逆退磁风险,提高永磁电机使用的安全性。该文首先针对LPTN模型应用于温度估计过程中存在灰度模型的不确定性,对永磁电机LPTN模型进行比较,建立不同节点的低阶灰箱永磁电机LPTN模型。搭建永磁电机变工况温度实验平台,基于实验数据进行模型对比分析,得到用于永磁电机在线温度估计的最优节点数LPTN模型。同时为克服扩展卡尔曼滤波算法出现的滤波发散及热阻参数在变工况下非线性导致温度估计累积误差问题,利用加权多新息强跟踪扩展卡尔曼滤波(WMI-STEKF)算法对永磁电机LPTN模型进行在线参数辨识及温度估计,将温度估计误差降低至3℃,提高非线性系统在变工况条件下参数辨识过程的鲁棒性。最后,通过仿真和温度实验结果对比分析,证明该方法的正确性和准确性。

基于扩展卡尔曼滤波的永磁电机热网络参数辨识

针对永磁电机在线运行中由于电机温升可能引起永磁电机永磁体退磁等电机故障及寿命缩短,而永磁电机转子温度在线监测困难、识别精度不高的问题,提出一种基于传热理论的集总参数热网络模型温度在线识别方法。根据永磁电机结构及传热特点,建立永磁电机五节点浅灰箱集总参数热网络模型,并建立损耗模型及理论热网络参数初步模型。搭建永磁电机定转子温升实验平台,利用实验温升数据,基于扩展卡尔曼滤波算法对热网络模型在不同工况下进行关键热网络参数的辨识,并使用回归分析方法建立任意工况下的参数模型,解决不同工况下参数模型变化而影响节点温度识别精度问题。通过电机节点温度在线识别实验,验证了参数辨识算法的可行性及辨识参数模型的准确性。

双边圆筒型永磁直线电机磁热网络耦合建模方法研究

双边圆筒型永磁直线电机具有较高的空间利用率,在波浪能发电等场合具有良好的应用前景。但其内定子散热困难、内外定子不对称的特点使其磁热特性存在多参数、非线性和强耦合的特征。为实现其磁热特性的准确和快速求解,课题组提出一种磁热网络双向耦合迭代建模方法。首先,建立了电机磁场的自适应磁路,节点间增设半弧形漏磁磁路以精确模拟齿边漏磁,实现了等效磁网络模型的建模求解;其次,依据气体努塞尔数和热阻公式建立了集总参数热网络模型;最后,依据损耗模型的磁热相关性,利用迭代修正方法实现了磁热网络模型的双向耦合求解,改善了内定子温升。有限元及实验结果表明该方法具有快速性和准确性。

永磁同步电机温度建模与热管理方法综述

目前,永磁同步电机的功率密度、转矩密度正在快速提升,电机系统单位体积下的损耗和发热功率也在快速升高。这给电机系统的散热、温度场建模和热管理带来很大挑战。目前国内外文献关于电机温度场建模和热管理方面的文献数量众多,方法种类繁杂,缺乏系统的分析和归纳。针对这一问题,本文对近年来国内外电机温度场分析、建模和热管理的方法进行了梳理和分析,以期能够较为系统地呈现电机温度建模与热管理的发展现状和发展趋势。

基于效率及温升的轴向磁通永磁电机优化设计

从定子无铁心轴向磁通永磁电机高效率低温升的优化设计目标出发,对拟设计电机进行单变量参数化分析和多维优化设计。通过建立无铁心轴向磁通永磁电机的参数化等效磁网络模型和集总参数等效热网络模型,并使用MATLAB编程计算各组参数下电机的各部分损耗、电机效率及各部分温升变化,实现电机的参数分析和性能计算。文中综合考虑电机效率和温升最优区域在多维设计空间的分布,寻找满足约束条件的最优设计值,并根据优化设计的电机参数设计一台无铁心轴向磁通永磁电机,实测典型工况下电机的性能,与仿真的电机效率和温升结果进行对比,验证了优化设计方法的可行性和有效性。