混合动力电动汽车用四象限能量转换器的研究

【摘要】： 四象限混合动力系统是一种新颖的混合动力电动车(HEV)用驱动系统,基于其紧凑的结构和优良的混联式混合动力系统性能,成为HEV领域最有竞争力的理想系统之一。本文针对四象限混合动力系统中的核心部件——四象限能量转换器(4QT)进行了以下几个方面的研究。 首先,建立了径向磁通结构4QT的磁路模型,以此为依据分别进行了磁场解析和电磁转矩解析,并进一步讨论了4QT定子电机(SM)和双转子电机(DRM)的磁耦合问题,得出了定子电机和双转子电机耦合程度很小的结论。 采用“电势法”对4QT样机的电感参数进行了计算,为了包含交叉磁化现象对直、交轴电感的影响,对传统的两轴电机模型进行了修正,并引入了交叉耦合电感参数。同时还讨论了涡流对电感的影响。计算结果与实验数据达到了较好的一致性,证明了计算方法的正确性。 对4QT样机进行了热分析,建立了二维有限元仿真模型并进行了不同负载下温度场的计算。仿真结果与实验数据达到了很好的一致性,验证了仿真的有效性。 最后,对4QT样机的冷却系统进行了研究。讨论了风冷和水冷对4QT样机不同部件的冷却效果问题,给出了冷却系统的修正依据并进行了新的设计。对两种冷却系统进行了比较,结果验证了新的冷却系统冷却效果的改善。同时基于仿真讨论了冷却流体参数对4QT样机冷却效果的影响,根据该方面的分析为合理选择冷却流体参数提供了依据。 【关键词】：四象限能量转换器(4QT) 永磁同步电机 电感参数 热分析 冷却系统
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：U463.4;U469.72
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题背景10-11
• 1.2 国内外发展状况11-14
• 1.2.1 混合动力电动汽车的发展概况11-13
• 1.2.2 四象限混合动力系统的提出及研究现状13-14
• 1.3 四象限混合动力系统及其关键部件概述14-18
• 1.3.1 四象限混合动力系统的组成及运行原理14-15
• 1.3.2 四象限混合动力系统的运行模式15-16
• 1.3.3 四象限混合动力系统的特点16-17
• 1.3.4 四象限能量转换器17-18
• 1.4 本文研究内容18-19
• 第2章 径向磁通结构四象限能量转换器的解析分析19-34
• 2.1 径向磁通结构四象限能量转换器的结构19-21
• 2.1.1 永磁同步电机转子磁路结构概述19-20
• 2.1.2 四象限能量转换器外转子结构的选择20-21
• 2.2 径向磁通结构四象限能量转换器的磁场解析21-25
• 2.2.1 外转子上两个磁动势源方向相同时的磁场解析21-23
• 2.2.2 外转子上两个磁动势源方向相反时的磁场解析23-25
• 2.3 四象限能量转换器的电磁转矩解析25-33
• 2.3.1 电磁转矩解析式的推导25-27
• 2.3.2 四象限能量转换器的电磁转矩表达式27-30
• 2.3.3 四象限能量转换器电磁转矩的定性分析30-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第3章 四象限能量转换器样机及电感参数研究34-48
• 3.1 四象限能量转换器样机34
• 3.2 电感参数的计算方法34-36
• 3.2.1 电感参数的常用计算方法概述34-35
• 3.2.2 直、交轴之间的交叉磁化现象及交叉耦合电感35
• 3.2.3 永磁同步电机修正的两轴模型35-36
• 3.2.4 电势法求取电感参数36
• 3.3 四象限能量转换器样机的电感参数计算36-42
• 3.3.1 电感参数计算依据的矢量图及电势平衡方程式37-38
• 3.3.2 电感参数计算的基本过程38-40
• 3.3.3 空载和负载反电动势的计算40-42
• 3.4 四象限能量转换器样机的电感计算结果及分析42-47
• 3.4.1 计算值与测量值的比较42-43
• 3.4.2 直、交轴磁路饱和情况的讨论43-45
• 3.4.3 交叉磁化现象的讨论45-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第4章 四象限能量转换器样机的热分析与仿真48-59
• 4.1 电机温升的一般计算方法概述48-49
• 4.2 四象限能量转换器样机热分析的有限元仿真模型49-50
• 4.3 四象限能量转换器样机的热参数50-56
• 4.3.1 热源50-51
• 4.3.2 材料和介质的导热系数51-52
• 4.3.3 对流换热中流体的平均温度和表面传热系数52-56
• 4.4 四象限能量转换器样机的仿真结果分析及与实验对比56-58
• 4.4.1 热分析有限元模型的仿真结果56-57
• 4.4.2 定子电机绕组温度仿真结果与实验数据的比较57
• 4.4.3 双转子电机绕组温度仿真与实验值的比较57-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第5章 四象限能量转换器样机冷却系统的研究59-69
• 5.1 电机冷却系统概述59-60
• 5.2 四象限能量转换器样机原来冷却系统的分析60-61
• 5.3 冷却系统修正依据及新的设计61-63
• 5.3.1 定子电机中风冷槽的有无对定子绕组温度的影响分析61-62
• 5.3.2 水冷槽形状的修正原则62
• 5.3.3 水冷槽分布数目对定子绕组温度的影响分析62-63
• 5.3.4 冷却系统新的设计63
• 5.4 两种冷却系统的比较63-65
• 5.5 双转子电机风冷效果的仿真与分析65-68
• 5.5.1 风速对内转子线圈温度的影响65-67
• 5.5.2 风温对内转子线圈温度的影响67-68
• 5.6 本章小结68-69
• 结论69-70
• 参考文献70-74
• 攻读学位期间发表的学术论文74-77
• 致谢77

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