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损耗抑制技术是降低机载电动救援绞车驱动用无刷直流电机(Brushless DC motor,BLDCM)发热的关键,引起发热的主要因素是电机定、转子损耗和制动电阻所消耗的再生能量。电动绞车采用强制风冷方式分别对电机和制动电阻进行散热。高海拔地区较低的空气密度造成对流换热效率下降,电机和电阻的热量无法被及时带走,过高的温升将影响电机的永磁体、转子位置传感器、绕组绝缘等部件的性能与寿命。论文针对绞车BLDCM在由低至高跨海拔环境下运行时,因温度梯度变化而产生的高温升问题,在电磁场-温度场耦合有限元模型的基础上,结合电机设计与控制算法,研究了电动绞车吊放载荷运行周期内BLDCM的定、转子损耗抑制方法和再生能量回收方法。论文主要内容与创新点如下:(1)针对跨海拔高度下绞车BLDCM运行时,风冷效率下降导致的绞车高温升问题,论文提出一种基于电机本体设计、电流控制算法和再生能量回收的综合解决方法。论文建立绞车BLDCM有限元电磁场与跨海拔高度的热场耦合模型,该模型考虑了空气特性对绞车BLDCM损耗分布和热传递方式的影响。场分析表明:海拔升高使得定子绕组温升高于转子,电机温度梯度改变,热量由绕组向转子侧传递,增加转子热量积累。该综合方法通过定、转子损耗抑制和再生能量恒功率回收,降低了机载电能传输的损耗发热,解决了制动阶段发热严重问题。(2)针对绞车BLDCM连续高速运行转子涡流损耗大形成的转子温升高问题,论文基于转子位置检测算法所需信号的反电动势三次谐波信噪比,提出一种可维持反电动势三次谐波幅值的转子涡流损耗抑制方法。该方法通过调整永磁体极弧系数、嵌入深度和永磁体厚度与气隙长度比值来调整电机的气隙磁场,在不改变电机外形尺寸的基础上修正气隙磁场的谐波分布,保证反电动势三次谐波信噪比的同时降低转子涡流损耗。仿真与实验结果显示:与表贴式转子结构相比,改进的转子结构维持了较高的反电动势三次谐波信号幅值,还具有更低的转子涡流损耗和温升。针对磁链法在计算转子位置时易受绕组温升影响的问题,论文提出一种三次谐波辅助定位的磁链基波算法(Third harmonic assisted flux linkage fundamental method,F-THA)用于检测转子位置,提升电机的余度运行能力。算法采用磁链基波和不易受参数变化影响的三次谐波对转子位置进行二重定位,极大降低了因绕组温升而导致的计算误差。(3)针对跨海拔高度下的绞车BLDCM定子绕组铜耗抑制,建立了由最小定子绕组铜耗模型和平均电磁转矩约束条件得到优化的三相电流算法,分析了实际反电动势在计算优化电流时的对铜耗和转矩脉动的性能提升,在此基础上论文提出一种基于反电动势波形切换的最小连续电流控制方法(Minimum continuous current control with back-EMF switching,MCCES),通过理想与实际反电动势波形切换,解决定子绕组向转子侧传热问题。为获得准确的实际反电动势波形,论文设计了反电动势的滑模在线观测器,并从开关函数选取和电阻电感参数自适应来保证避免观测精度。基于3kW绞车电机样机实验平台验证了所提出方法对抑制转矩脉动、降低定子铜耗和温升的有效性。与方波电流方法相比,MCCES降低了80%的转矩脉动和7%的定子绕组铜耗,缩短海拔升高电机定子侧向转子侧的传热进程,降低了转子热量累积程度。(4)针对绞车再生能量周期性的尖峰功率会影响机载电网电能质量的问题,论文提出了一种基于超级电容储能与功率损耗模型的平均功率回馈控制方法(Regenerative energy-average power feedback,REAF)。该方法通过功率损耗模型计算出每个回馈运行周期内的绞车再生能量并网平均功率;在前级DC/DC变换器与超级电容配合工作的情况下,将再生能量以恒定功率向机载直流电网回馈。论文从降低机载绞车发热和提升可靠性的研究角度出发,建立了绞车BLDCM有限元电磁场与跨海拔高度的热场模型,分析了海拔高度对绞车BLDCM温升进程的影响,对绞车电机主要运行损耗抑制方法、余度转子位置检测算法和再生能量回收方法等专题展开研究,为降低机载电动救援绞车的温升提供了理论依据与技术支持。