在高溫環(huán)境下，永磁電機中材料屬性發(fā)生變化，引起鐵心損耗、繞組銅損、轉(zhuǎn)子損耗均發(fā)生顯著變化。在傳熱方面，真空或電機內(nèi)部充油時傳熱方式不同，電機內(nèi)部溫度分布規(guī)律復(fù)雜; 在散熱方面，航天用電機的冷卻環(huán)境和冷卻條件受到制約，很難設(shè)計水冷、風冷等措施，導(dǎo)致其散熱困難。
當永磁電機工作在高溫、高速、高功率密度等極限條件下，其發(fā)熱溫升更嚴重。電機溫升過高造成永磁體出現(xiàn)不可逆失磁、漆包線絕緣層破壞甚至電機讓繞組燒毀等事故，因此，損耗與溫升的準確計算是耐高溫永磁電機設(shè)計與分析的關(guān)鍵技術(shù)之一，并且電機發(fā)熱溫升也是影響電機可靠性和壽命的最主要因素。 目前，對永磁電機熱問題的研究，主要集中在對熱計算方法的研究上。熱計算方法主要有五種:公式法、等效熱路法、熱網(wǎng)格法、溫度場法和參數(shù)辨識法，其中溫度場法是目前最常用的方法。 溫度場計算中對熱源 ( 電機損耗) 的計算是基礎(chǔ)。銅耗的計算應(yīng)主要考慮繞組電阻值受外界環(huán)境 ( 如濕度、溫度等) 的影響，以及槽內(nèi)導(dǎo)體的集膚效應(yīng)等影響。而電機鐵心損耗的計算，目前較準確的鐵心損耗計算方法是依據(jù)分離鐵耗模型，根據(jù)產(chǎn)生原因的不同將鐵耗分為磁滯損耗、渦流損耗和雜散損耗，考慮電機內(nèi)的旋轉(zhuǎn)磁化和交變磁化分別加以計算 。 在計算中，對鐵心損耗系數(shù)及修正系數(shù)的確定至關(guān)重要。高溫環(huán)境下，電機負載大范圍變化，它不但使得永磁電機繞組內(nèi)的電流變化影響銅耗的產(chǎn)生，還導(dǎo)致氣隙磁密波形的非正弦性從而影響鐵耗。因此對高溫環(huán)境永磁電機損耗的計算，需要綜合考慮外界環(huán)境溫度、電機極限性能及工作狀態(tài)等各方面的影響因素。 以損耗為熱源，考慮永磁電機的傳熱散熱途徑，建立電機的溫度場，以期得到電機各點的溫度和溫升規(guī)律，通常電機溫度場模型中電機材料熱系數(shù)是恒定的量，而在高溫環(huán)境下，不但電機損耗是時變的，而且電機材料的導(dǎo)熱系數(shù)等熱參數(shù)也受環(huán)境的壓力、溫度等變化影響 。 因此需要充分考慮惡劣環(huán)境的因素，采用數(shù)值計算和有限元分析相結(jié)合對永磁電機進行熱問題研究，并且通過模擬實驗環(huán)境進行測試驗證，是拓展永磁電機系統(tǒng)在高溫環(huán)境條件下安全工作的重要保證。 |
