水冷机壳,是指通过水冷系统对整个电机进行散热的电机外壳。通过大量实验论证,湍流状态下,水流作为冷却介质的吸热效果最好,电机的散热冷却系统效率最高,本文电机的水流为湍流流动,所以环球电机水冷结构的基本尺寸符合设计要求。建立的水冷机壳模型如图1所示。

并联水冷结构流体场模型

图一:并联水冷结构流体场模型

  初步设计的水冷结构水流分布不均匀,入水口上部的水路水流较多,入水口底部的水路水流较少,影响电机均匀散热能力。为了使水流分布均匀,在入水口处设计了倒“V”型结构。

  主要对永磁东莞电机稳态工况进行了分析研究,建立了在交直轴旋转坐标系下的数学模型。在不考虑磁场饱和情况下,对电机弱磁控制系统进行了仿真,证明了控制策略的可行性,获得控制系统的动态响应性能。根据d-q轴磁链方程,考虑d-q轴磁路耦合对磁场饱和的作用,利用有限元法计算了不同d-q轴电流下的d-q轴电感。将得到的电感矩阵加入到弱磁控制系统中,比较考虑磁场饱和与不考虑磁场饱和的电机控制特征量,分析考虑磁场饱和对电机控制系统影响。

  由于调速永磁同步电动机在abc坐标系下不容易进行电机控制,所以对dq轴坐标系下的永磁同步电动机的数学模型进行建模,为了简化计算,对永磁同步电机的数学模型进行假设:

  1、永磁体在气隙的磁场为正弦分布,没有高次谐波,忽略铁芯损耗和磁路饱和;

  2、永磁体电导为零,产生的永磁磁链与定子电流合成磁路完全交链,没有磁场漏出。

  在这个区域应用的是转矩极大值电流比控制方法,由于逆变器容量的限制,电机从零速启动,通过PI电流环使电机相电流为逆变器所能允许的最大电流,交直轴电流根据MTPA控制的电流比进行取值,从而令电机用最大转矩开始提速,当电机的端电压达到极限电压,此时东莞电机转速达到该电流下的极限转速,即转折转速,若想再提高电机旋转速度,电机可以提高直轴弱磁电流,进而到达区域II。若电机运行转速在基速以内,电机可采用MTPA控制下的电流值,这样可以提高电流利用率,减小铜耗,增加效率。

  在此运行区域电机电枢电流和端电压都是最大值,电机输出功率不变。随着转子速度增涨,d轴电流逐渐变大,q轴电流逐渐降低,电动机能够达到的最大转矩也逐渐降低。当转速达到最入输出功率控制所需的最小转速,进入区域III。对于运行在区域II的电机,最终根据所加负载大小采用普通弱磁控制使电机达到稳定运行。区域III:最大输入功率弱磁区域。在此区域调速时,使环球电机的输入功率最大,电枢端电压为最大值,相电流跟着旋转速度的增加而降低。若电机运行在区域III,最终也会回归到普通弱磁控制使电机达到稳定运行。

2018年01月02日

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水冷机壳并联水冷作用解析

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