基于等效热网络法的双定子开关磁阻发电机的温升及冷却研究

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开关磁阻发电机(Switched Reluctance Generator,SRG)由于其制造价格低、控制策略简单、系统可靠性高等优点,在电动汽车驱动系统、航空航天、通用工业等方向中被广泛应用。由于SRG的磁密波形不是正弦波,磁场的变化使损耗的计算也变得复杂。电机损耗产生的热量和集中式绕组难以散热的问题使SRG在运行过程中的温升问题较为严重,从而影响到电机的寿命。因此研究SRM的磁场、损耗、温度场以及冷却系统对电机的设计与优化具有重要意义。本文以一种双定子开关磁阻发电机(Double Stator Switched Reluctance Generator,DSSRG)为研究对象,研究了该电机的温升情况以及对冷却系统进行了设计,文章的工作内容如下:首先,介绍了DSSRG的结构模型,阐述了双定子结构的模型特点。分析了开关磁阻发电机的运行原理,给出了电机运行的三个基本平衡方程式,并对电机的线性模型、准线性模型、非线性模型三种数学模型进行理论分析,为后续的磁场分析和发电特性研究提供了理论思路。其次,给出DSSRG的模型参数,通过有限元软件对其进行结构建模。利用电磁场理论知识对该DSSRG的铁芯磁通进行计算,再使用有限元法对DSSRG进行仿真分析,得到DSSRG整体的磁力线分布以及定、转子不同铁芯位置处的磁密波形。并对DSSRG进行发电性能仿真,与实验得到的输出电压进行对比,验证DSSRG运行的可行性。然后,根据得到的铁芯磁密计算出DSSRG各个位置的铁芯损耗,结合经验公式计算出DSSRG其余各项损耗数值,通过公式得到DSSRG的生热率。建立38节点的DSSRG等效热网络模型,分析计算各个节点的热阻值,通过热平衡方程式,求解热平衡方程组得出各节点温度值。通过公式以及查阅参考文献,确定各部分的导热系数,将生热率与导热系数带入有限元软件中分析,对DSSRG进行仿真,得到三维稳态温度场。将等效热网络法和有限元法得到的温度进行对比,结果表明,采用热网络分析结果比有限元分析数值大,但误差较小,验证了等效热网络法在该电机的适用性。最后,针对电机温度较高,自然散热较慢的问题,提出在电机机壳加入螺旋管道的结构,以达到快速带走电机热量,起到散热效果的目的。并对提出的冷却管道内冷却液不同进水口温度、冷却液不同流速以及冷却管道不同截面对电机散热效果进行分析。为以后对双定子开关磁阻电机的冷却系统设计提供了参考。
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