[发明专利]基于等效热网络模型的双余度永磁同步电机温升计算方法

摘要

本发明公开了一种基于等效热网络模型的双余度永磁同步电机温升计算方法，包括：建立三维等效热网络模型，求取热阻和热源，建立热平衡方程，求解后得到电机各温升节点的温升。本发明建模中考虑各相绕组间低热耦合无电磁耦合的双余度永磁同步电动机特殊的小齿结构，槽内绕组采用两层导体和两层绝缘间隔接触放置的双层等效模型，其他固体部件节点和流体区域节点分别建立温升节点，相接触的不同节点之间用等效热阻连接，与外部环境节点接触的部件通过对流散热热阻与外部环境节点相连，热源分布于有源节点。用本发明计算电机温升，计算量适中，耗时较短，准确性较高，得到的温升结果可用于指导电机绝缘等级的确定和冷却方式的配置。

主权项

一种基于等效热网络模型的双余度永磁同步电机温升计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、建立三维等效热网络模型：将电机的温升节点分为固体部件温升节点和流体区域温升节点；所述固体部件温升节点包括等效地划分在电机的多个部件上的至少一个节点，所述部件包括定子轭、槽内绕组、大齿、小齿、永磁体、转子上部、转子下部、转轴、轴承、端盖和机壳；其中，定子轭、槽内绕组、大齿、小齿、永磁体、转子上部和轴承部件的温升节点为有源节点；所述流体区域温升节点包括等效地划分在两端气腔、定转子间气隙和外部环境中的一个节点；在固体部件温升节点中，同一部件中沿轴向相邻的温升节点之间、相接触的两个部件中沿径向相邻的温升节点之间均用等效传导热阻连接；在流体区域温升节点中，相邻的温升节点之间均用等效传导热阻连接；相邻的固体部件温升节点与流体区域温升节点之间均用等效对流散热热阻连接；上述所有的有源节点分别与一个独立的热源相连；所述槽内绕组上的温升节点的等效划分是采用自内向外依次接触布置的内层导体‑内层绝缘层‑外层导体‑外层绝缘层而构成的双层等效模型，所述内层绝缘层和外层绝缘层的等效结构相同，均由层间绝缘、导线绝缘漆与槽内空气等效而成，所述内层绝缘层和外层绝缘层的导热系数根据式(1)得到：λeq=Σi=1nδiΣi=1n(δi/λi)---(1)]]>式(1)中，λeq为等效绝缘层的导热系数，单位W/(m·K)；δi为层间绝缘、导线绝缘漆与槽内空气各自的厚度，单位m；λi为层间绝缘、导线绝缘漆与槽内空气各自的导热系数，单位W/(m·K)；步骤二、计算上述三维等效热网络模型的热阻和热源：通过傅里叶定律得到上述所有等效传导热阻的数值，通过牛顿散热定律得到上述所有等效对流散热热阻的数值；通过解析法和有限元法得到上述所有部件的损耗，然后，按比例以电流源的形式分配至各有源节点，从而得到所有有源节点的热源值；步骤三、仿照基尔霍夫定律列出上述三维等效热网络模型的热平衡方程，求解该热平衡方程，得到电机各温升节点的温升；所述热平衡方程的矩阵形式为：G·T＝P即：式(2)中，G为n阶常系数热导矩阵，单位W/K；T为节点温升矩阵，单位K；P为热源矩阵，单位W；n＝35～75；用MATLAB编程求解上述矩阵，得到电机各温升节点的温升。