电动车用水冷感应电机温度场及其水冷系统的研究

论文摘要

电动车用水冷感应电机通常要求有较高的功率密度,电机具有较高的温升。因此准确预测电机在不同工况下的损耗及其内部温度场分布以保证电机的稳定安全运行是非常重要的。此外,温度场分析也有助于设计者对电机的水冷系统进行优化。本文首先以一台30kW电动车用水冷感应电机为例,利用场路结合的有限元法建立了样机的数学模型,并给出了边界条件。因为随着温度的升高,电机效率会有所下降,电机损耗和边界条件也都不能保持不变。因此本文采用了试验与仿真相结合的方法来确定时变的边界条件和热源,并在Ansys中对样机的三维暂态和稳态温度场进行了仿真和分析。其次,本文从电机温度场与电磁场耦合的角度出发,分析了电机温升对电机性能的影响,并计算了电机在不同工况下电机损耗的分布和变化。通过电机暂态热路图和试验数据计算出电机在不同工况下定子绕组平均温度的变化曲线。为进一步定量计算电机各部分损耗对电机性能的影响奠定了基础。此外,本文还针对电机的水冷系统进行了分析计算和仿真,得出了电机水冷系统中各参数对电机出入口水温的影响和一些有价值的结论。最后,搭建了水冷感应电机的温升实验台并基于Labview开发了电机温度测试系统。采用测量阻值法和检温计法两种方法对感应电机的不同工况进行了温升测试并与仿真结果进行了对比,试验结果验证了温度场计算模型的合理性和正确性,为水冷感应电机的温度场分析提供计算方法和理论参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 电机的热模型
• 1.2.2 电机的温升与性能
• 1.2.3 电机及其控制器的水冷系统
• 1.3 课题主要研究内容
• 第2章 电机的热模型及有限元计算
• 2.1 电机的稳态热路计算
• 2.1.1 稳态热路模型
• 2.1.2 稳态热路计算结果
• 2.2 电机的温度场分析与计算
• 2.3 三维稳态温度场的有限元计算
• 2.3.1 计算模型的建立
• 2.3.2 稳态温度场计算结果
• 2.3.3 暂态温度场计算结果
• 2.4 本章小结
• 第3章 电机温升与性能
• 3.1 电机性能的变化
• 3.2 定子绕组平均温度的暂态分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 水冷系统分析
• 4.1 流量分析计算
• 4.2 电机冷却水路的水阻计算
• 4.3 水泵功率计算
• 4.4 水冷系统的SimulationX仿真
• 4.5 本章小结
• 第5章 电机温升的试验研究
• 5.1 试验平台的搭建
• 5.2 温升曲线的测取
• 5.3 试验结果
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢