大功率多单元永磁同步电机的无机械负荷测试方法研究

大功率永磁同步电机的传统测试方法存在着测试项目不全、测试系统复杂、测试成本过高、不宜进行耐久性考核等问题，严重地制约了大功率永磁同步电机的研究和产品水平的提高。本课题以多单元永磁同步电机为对象，利用多单元电机系统的特点，对多单元永磁同步电机的绕组电感、电机损耗及温升、机械特性、转矩波动、噪声等重要测试项目进行了研究。 提出了多单元永磁同步电机电感的无机械负荷测试方法，在考虑磁路饱和对电感参数的影响下可以测试出电机的交直轴电感以及绕组自感和绕组间互感。在测试过程中，被测试单元电机中通入带有直流偏置的交流信号，而非测试单元则通入直流电流来调节和固定电机转子的位置。 提出了多单元永磁同步电机损耗及温升的无机械负荷测试方法，通过调节电机处于无机械负荷运行状态下的交直轴电流，使电机处于无机械负荷运行状态下的磁路饱和程度与电机正常负载时相同，进而通过测试电机无机械负荷运行状态下的损耗及温升来间接测试出电机的损耗及温升。 提出了多单元永磁同步电机机械特性的无机械负荷测试方法，在得到电感参数、电机损耗以及相关电压电流参数的结果上，通过推导无机械负荷状态下的转矩方程，可以得到电机的机械特性。 提出了多单元永磁同步电机转矩波动的无机械负荷测试方法，在得到电感参数、电机转矩方程以及相关电压电流参数的结果上，利用在电机无机械负荷运行状态下测试得到的转矩波动减去其附加转矩波动而间接得到电机的转矩波动。 提出了多单元永磁同步电机噪声的无机械负荷测试方法，在得到电感参数、电机噪声的计算声功率方程以及相关电压电流参数的结果上，通过调节电机处于无机械负荷运行状态下的交直轴电流，使电机处于无机械负荷运行状态下的声功率与电机正常负载相同，进而通过测试电机无机械负荷运行状态下的噪声来间接测试出电机的噪声。 通过本课题的研究，形成了多单元永磁同步电机无机械负荷测试的理论与技术体系，为大功率永磁同步电机的测试提供新的途径。 2100433B

大功率永磁同步电机的传统测试方法存在着测试项目不全、测试系统复杂、测试成本过高、不宜进行耐久性考核等问题，严重地制约了大功率永磁同步电机的研究和产品水平的提高。本项目以多单元永磁同步电机为对象，利用多支路电机系统的特点，提出无机械负荷测试方法。测试中部分单元运行于电动机状态，部分单元运行于发电机状态，控制发电机负载复现电机实际负载运行时的电磁负荷、功率平衡、电压平衡关系，通过计算与测试结果的对比，还原电机的运行特性。本项目针对电机的特殊运行状态主要研究无机械负荷测试时电机的物理场计算及特性分析、电机运行特性的还原及等效评估方法、无机械负荷测试的控制策略、波动转矩的无机械负荷测试与评估方法、无机械负荷测试时电机振动与噪音的分析等问题。该方法可以推广用于多相永磁同步电机的测试。通过本项目的研究，形成多单元永磁同步电机无机械负荷测试与评估的理论与技术体系，为大功率永磁同步电机的测试提供新的途径。

柴油机的缸内爆发压力一直在不断提高，造成活塞组缸套摩擦副的机械负荷和热负荷大幅度增加。受缸盖螺栓预紧载荷、活塞做周期性的高速往复运动、柴油机缸体的刚度不均匀以及冷却不均匀产生的影响缸套容易产生变形。

对于缸套而言，其在正常工作工况下，受到预紧力、爆发压力、往复惯性力以及活塞侧击力等机械载荷的影响。在进行机械负荷分析时，需要更为完善地考虑缸套在静态和动态条件下，机械负荷对气缸套应力及应变的影响。

影响缸套变形的主要机械载荷因素分别为缸盖螺栓预紧力、缸内爆发压力及主轴承座载荷；影响缸套应力变化的主要机械载荷因素是缸盖螺栓预紧力。

柴油机在冷机工况下，可能会影响气缸套变形的机械载荷包括缸盖螺栓预紧力、主轴承螺栓预紧力及主轴承座轴瓦过盈装配等因素的影响。在正常工作工况下，柴油机气缸内爆发压力对缸套的作用力主要表现四个方面：

（1）气体直接作用在缸套上。

（2）气体作用在缸盖上，通过缸盖螺栓传递到机体从而影响缸套的应力及变形。

（3）气体作用在活塞组连杆组曲轴，通过主轴承螺栓影响机体主轴承座及隔板的应力及变形，使得缸套受到影响。

（4）活塞对缸套产生的侧击力。

《无轴承永磁同步电机及其非线性控制研究》是孙晓东编写的博士论文，导师是朱熀秋。

副题名

外文题名

Bearingless permanent magnet synchronous motor and its nonlinear control

论文作者

孙晓东著

导师

朱熀秋指导

学科专业

学位级别

工学博士

学位授予单位

江苏大学

学位授予时间

2011

关键词

永磁式电机 同步电机 非线性控制系统 数学模型 有限元分析

馆藏号

TM341

唯一标识符

108.ndlc.2.1100009031010001/T3F24.005718773

馆藏目录

2012\TM341\5

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活塞承受高速往复运动产生的惯性力、侧向压力、摩擦力等多重负荷的交替作用，必然会导致活塞在工作中的热损伤和机械损伤。严重时可能会导致活塞顶部、销座处出现裂纹、活塞环胶结甚至“拉缸”等各种问题。

活塞的机械负荷损伤主要集中在活塞的销孔、环岸等部位。随着发动机强化水平的不断提高，一些高强度的柴油机最大爆发压力已达到 18MPa，欧V排放的发动机缸内最高爆发压力已达到或超过22MPa。这样活塞的销孔、环岸及燃烧室等部位在活塞工作时将长期承受着高频周期作用的爆发压力，高压力同时又伴随着高温度，而在高温作用下活塞的润滑状况变差，严重时润滑油会胶结失效，使得活塞摩擦磨损严重。

内燃机活塞在高温、高压、磨损严重的工作状况下发生机械负荷失效原因相当复杂，影响到活塞裂纹产生的因素也很多，包括铝合金高温下的强度、活塞的几何结构、活塞表面的粗糙度及其受到的机械载荷的性质等有关。在这些庞杂的影响因素中，涉及到金属材料学、热处理、物理化学和力学等许多研究领域，因此尽管人们对活塞工作的可靠性问题进行了大量研究工作，但尚有许多理论和实际问题未能得到圆满解决。