电动车用感应电机损耗及热系统的的研究

工学硕士学位论文电动车用感应电机损耗及热系统的研究刘伟亮哈尔滨工业大学2006年6月图书分类号：TM343.3U.D.C.:621.3工学硕士学位论文电动车用感应电机损耗及热系统的的研究硕士研究生：刘伟亮导师：宋立伟副教授申请学位级别：工学硕士学科、专业：电机与电器所在单位：电气工程答辩日期：2006年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex：TM343.3U.D.C.:621.3ADissertationfortheDegreeofM.Eng.TheresearchofinductionmotorlossesanditsthermalsystemforelectricalvehicleCandidate：LiuweiliangSupervisor：ViceProf.SongliweiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：ElectricalEngineeringDateofOralExamination：June,2006University：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着经济社会的迅速发展，能源危机与环境污染已经成为人类所面临的严峻问题。为较好的解决这一问题，世界各国纷纷开展对电动汽车的研究。在电动汽车采用的驱动电机中，感应电动机由于具有小型轻量、效率较高、结构简单、价格低廉、容易维护、宽范围的恒功率控制容易实现等优点，得到了广泛的应用。研究感应电机在不同工况下的损耗及其热管理系统，对于提高感应电机在宽调速范围内的效率和电机系统的可靠性具有非常重要的意义，因此本文在这方面开展研究工作。本文在综述国内外学者对电机损耗和温升研究的基础上，对采用电磁场量计算电机损耗的方法以及采用热路和热场计算电机温升进行了研究。首先，建立了电动车用感应电动机的电磁场计算模型，进行了电磁场有限元数值计算，对电磁场计算结果进行后处理，得到电机在不同工况下的各种损耗，并对电机在不同工况下各种损耗所占的比例进行了分析。然后，建立电机热系统的模型，根据损耗的计算结果对电机在确定冷却条件下的温升进行了分析计算，并建立了电机热场的计算模型，结合电磁场量计算结果来计算电机内部的温度场分布，探求电机内机、电、热场综合计算的方法。昀后对电机的热系统进行了实验研究，将采用热路及温度场计算电机温升与实验结果进行了分析对比。通过本文的研究工作，将为电动车感应电机的优化设计、拓宽高效运行区以及电机热管理系统的深入研究提供基础。关键词感应电机；有限元；损耗；热路；热场--I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractIntheworldwhereenergyconservation,environmentalprotectionandsustainabledevelopmentaregrowingconcerns,thedevelopmentofelectricvehicle(EV)technologyhastakenonanacceleratedpace.IntheEVmotors,inductionmotorswidelyusedforelectricpropulsionareprincipallyforitsmeritsofsmallvolume,highefficiency,lowcost,lowmaintenanceexpense,widelyconstantpowerregion,andcontrolsimplicity.Itisimportanttotakeresearchesonpowerlossandthermalmanagementwithdifferentoperationmode,whichismeaningfultoimprovetheefficiencyofwidespeedoperationregionandthereliabilityofthepropulsionsystem.Themethodemployingelectromagneticfieldtocalculatethepowerlossofinductionmotorandemployingthermalcircuitandthermalfieldtocalculatethetemperatureriseofthemotorisdiscussed,onthebasisoftheresearchonthelossesandthermalofthemotor.Firstly,theelectromagneticfieldcalculatingmodelofEVinductionisestablished,accordingtotheresultsofFEA,thelossofthemotorisobtainedatdifferentoperationmode.Theanalysesoftheratioofallkindsoflossatdifferentoperationmodearegiven.Secondly,thethermalmodeloftheinductionmotorisestablished,combiningwiththecalculatingresultsofelectromagneticfield,thedistributionoftemperaturefieldiscalculatedandthecalculatingmethodofmechanical,electricalandthermalintegrationisdiscussed.Finally,theexperimentresearchiscarriedontheheatingofthemotortovalidatethecalculatingresults.Thispaperprovidesamethodofdesignoptimization,extendinghighefficiencyregionandthermalmanagementsystemforEVinductionmotorandlaysafoundationoffutureresearch.KeywordsInductionmotor;finiteelement;loss;thermalcircuit;thermalfield--II哈尔滨工业大学工学硕士学位论文目录摘要......................................................................................................................IAbstract...............................................................................................................II第1章绪论.........................................................................................................11.1课题背景....................................................................................................11.2国内外研究现状综述................................................................................11.2.1电机损耗的计算.................................................................................11.2.2电机的温升计算及水冷系统..............................................................41.3本课题的来源和研究内容.........................................................................6第2章电机电磁场及损耗的分析.....................................................................82.1电机电磁场的基本理论.............................................................................92.1.1一般的基本理论.................................................................................92.1.2电机中电磁场的描述方程...............................................................102.2电机内损耗的分析..................................................................................122.2.1铁心中的涡流损耗...........................................................................122.2.2铁心中的磁滞损耗...........................................................................142.2.3铜损和杂散损耗...............................................................................152.3本章小结..................................................................................................16第3章电机损耗的计算...................................................................................173.1电机的二维电磁场计算..........................................................................173.2各项损耗的计算......................................................................................203.2.1铁心损耗的计算...............................................................................203.2.2铜损等的计算...................................................................................233.3本章小结..................................................................................................27第4章电机热系统的分析与计算..........................................................