永磁同步電機額定溫升的研究

王佩琦，孟 濤，孫玲玲

（南京越博動力系統股份有限公司，201702）

永磁同步電機額定溫升的研究

王佩琦，孟 濤，孫玲玲

（南京越博動力系統股份有限公司，201702）

通過多種水溫下對電機額定溫升進行測試并對比分析，探討水溫對電機溫度、電機轉矩及電機效率的影響。

水溫；永磁同步電機；測試

驅動電機系統是電動汽車的核心技術，永磁同步電機系統以其高功率密度、高效率而成為車用驅動系統的最優選擇之一［1］。電機溫升又是其必須考慮的問題。

對于水冷電機而言，在水道結構一定的情況下，影響電機內部溫降的直接因素為冷卻水的流動形態、流速及冷卻水溫度［2］。根據文獻2中冷卻水流速對溫升影響的研究，得出水流速較小即為層流時，隨著流速增加電機溫升開始降低，但水流速較大即達到紊流后，水流速繼續增加，溫升由大幅降低到基本不變的逐漸飽和趨勢。而文獻1則通過有限元對電機進行熱分析，指出增大流量的確可以起到降低溫升的作用，但效果并不明顯。降低冷卻水的溫度比增加水流量會有更好的效果。

在電機的各項技術指標中，溫升是關系到電機使用壽命和運行可靠性的重要因素［3］。因此，本文通過多種水溫下對電機額定溫升進行測試的實例，探討水溫對電機的一些影響。

1 試驗研究

本文采用電機為50 kW永磁同步電機，電機的主要參數為：額定電壓540 V，額定轉速3 400 r/min，額定轉矩140 Nm。

此次額定溫升試驗分別在60 ℃、40 ℃、25 ℃3種恒定水溫（偏差為±2 ℃）下進行且僅改變水溫，其余參數如水流量等均無變化。

1.1 不同水溫對電機溫升的分析

由于采用電阻法測電機溫度，需在電機電源斷電后立即測取電阻并在試驗前后通過電阻值推算溫升；而且斷電后電機溫度會快速下降，實際測試的溫度波動大。所以，本次對于電機溫度的監測，采用埋置檢溫計法。電機溫度變化數據詳見表1。因所測數據較多，故表1中僅選取5 min間隔的數據表示。

表1 不同水溫下電機溫度的變化

從表1中可以得出，60 ℃、40 ℃、25 ℃3種水溫下，電機溫度最終分別穩定在112 ℃、91 ℃、77 ℃。電機溫升分別為52 K、51 K、52 K。圖1為不同水溫下電機溫度的變化曲線。

圖1 不同水溫下電機溫度的變化曲線

從圖1可以看出，60 ℃、40 ℃、25 ℃水溫下，3種曲線變化趨勢基本一致。25 min內電機溫度均增長較快，之后曲線均逐步趨于平穩。此外，降低水溫并未使電機溫度增長趨勢減緩。

因此，通過3種水溫下的對比可進一步發現，不同水溫對電機溫升的影響差別并不大。但較低的水溫可使電機最終溫度偏低，從而減少電機的損耗。

1.2 不同水溫對電機轉矩的分析

額定溫升下，電機轉矩實測數據詳見表2。

表2 不同水溫下電機轉矩的變化

從表2可以得出，額定溫升試驗的3種水溫下，電機轉矩分別降低2.1 Nm、2.3 Nm、2.1 Nm，轉矩降低幅度基本相同。

為了能夠更加直觀地看出不同水溫下電機轉矩隨時間的變化情況，圖2繪制了60 ℃、40 ℃、25 ℃水溫下電機轉矩隨時間的變化曲線。從圖2可以看出：①水溫越高，電機初始的實際轉矩越低；②結合圖1可看出，隨著電機溫度的逐漸升高，電機轉矩會出現小幅下降的趨勢，直至電機溫度基本穩定后，電機轉矩也趨于平穩。

圖2 3種不同水溫下電機轉矩的變化曲線

通過3種水溫下轉矩的對比可發現，電機實際轉矩并不會一直保持恒定。電機溫度變化使實際轉矩與理想轉矩值之間會有所偏差。此外，從表2的數據來看，電機轉矩降幅基本一致，也可以進一步驗證圖1所得的結論即水溫對電機溫升的影響較小。

1.3 不同水溫對電機效率的分析

電機效率試驗數據詳見表3。3種不同水溫下電機效率的變化曲線如圖3所示。

表3 電機效率試驗數據

圖3 3種不同水溫下電機效率的變化曲線

通過圖3可以較明顯看出，除個別點外，水溫60 ℃時電機效率最低；水溫25 ℃時，電機效率最高。

2 結論

本文對電機在持續工況60 ℃、40 ℃、25 ℃3種水溫下電機溫度、電機轉矩、電機效率進行了對比分析，得到了以下結論。

1）不同水溫對電機溫升的影響差別較小，但低水溫可降低電機溫度，從而減少電機損耗。

2）不同水溫下，電機實際轉矩均會隨電機溫度升高而有小幅度下降，直至電機溫度穩定。

3）水溫越高，電機效率越低。可見，低水溫可以有效改善電機運行性能。

［1］郭偉， 張承寧. 車用永磁同步電機的鐵耗與瞬態溫升分析［J］. 電機與控制學報， 2009， 13（1）：83-87.

［2］李翠萍， 柴鳳， 程樹康. 冷卻水流速對汽車水冷電機溫升影響研究［J］. 電機與控制學報， 2012， 16 （9）：1-8.

［3］Wang Situn， 王司暾， Wang Lu，等. 永磁同步電機溫升研究［C］// 中國家用電器技術大會. 2012.

（編輯 楊 景）

Study on Rated Temperature Rise of Permanent Magnet Synchronous Motor

WANG Pei-qi， MENG Tao， SUN Ling-ling
（Nanjing Yuebo Power System Co.， Ltd.， Nanjing 201702， China）

Through motor rated temperature rise tests under a variety of water temperatures and comparative analysis，the influence of water temperature on the motor temperature， motor torque and motor efficiency is discussed.

water temperature; permanent magnet synchronous motor; test

U463.645

A

1003-8639（2017）06-0047-03

2017-03-16

王佩琦（1994-），女，江蘇南京人，助理工程師；孟濤（1985-），男，江蘇徐州人，工程師；孫玲玲（1981-），女，江蘇南京人，工程師。