匝间短路故障如何影响永磁同步电机部件温度？哈理工学者发表成果

稀土永磁同歩电机因为高效率、构造简易、噪音小等明显优势，被使用在航空航天、航空公司、新能源电动车等行业，因而稀土永磁同歩电机必须具备更多的安全系数和稳定性。但在具体运作中，很有可能产生电机定子绕阻匝间短路故障、永磁材料退磁、电机转子轴力等常见故障，在其中匝间短路故障产生更为经常。

稀土永磁同歩电机因为自然环境湿冷、振动分析、瞬间过压等因素有可能造成线圈绝缘层损坏，导致电机匝间短路故障的产生，进一步危害电机温度场的遍布。如不立即检查常见故障，比较严重时将造成关机和伤亡事故，因而对稀土永磁同歩电机匝间短路故障温度场的探讨是十分必要的。

针对稀土永磁同歩电机匝间短路故障的科学研究，主要包含匝间短路故障的研究和确诊。例如，根据创建匝间短路故障的数学分析模型，明确提出了一种使用价值函数公式，剖析当中的直流电和2次谐波电流份量来检测常见故障。在剖析问题的三相闭合电路时，如考虑到饱和状态与室内空间谐波电流的危害，还能可能常见故障的明显度并对问题开展精准定位。为减少匝间短路故障对电机的危害，可以选用减少输出功率运作的方式减少短路故障电流量，进而减少常见故障造成的内应力，提升电机的使用期限。

在电机温度场的探讨中，因为稀土永磁同歩电机运作时，永磁材料温度过过高使其一部分退磁，危害电机的电磁波特性，因而稀土永磁同歩电机温度场的精确测算是十分关键的。在电机温度场的测算层面，关键有这两种方式 ：

第一种方法为有限元原理，根据创建有限元分析实体模型，测算出相匹配一部分的热产生率，键入到实体模型中模拟仿真，可以获得电机的温度遍布。一般来说针对散线的绕阻，必须考虑到浸漆和绕阻间气体隙的危害，创建等效电路绕阻和等效电路绝缘层来取代测算。

为减少测算的偏差，一部分专家学者剖析电机转子一部分和顶端绕阻耗损的危害。在电机运作时，温度更改会影响到材质的传热性能，磁场和温度场具备耦合关系。为了更好地精确考虑到耦合关系，创建了磁热藕合的有限元分析实体模型，对电磁场和温度场结论开展优化藕合测算。

但危害温度场数值的原因有很多，在其中制冷形式是科学研究温度场遍布的重要，关键可分为当然制冷、风冷式、水冷散热、油冷。为了更好地考虑到风机对电机排热的危害，将液体与有限元原理紧密结合，调整了液体流通和温度场转变的藕合方程式，减少了测算量，提升了温度场测算的精密度。

第二种方式 是创建集总主要参数热路实体模型，忽视物件里面的温度转变，测算出相对应构件的比热和传热系数，获得关键构件的均值温度。根据创建集总主要参数热路实体模型，可以精确推算出电机每个要点的温度，而且与试验结论基本一致。

在常见故障温度场的分析层面，有专家分析了磁感应电机匝间短路故障温度场，在不一样部位和差异水平常见故障时，剖析磁感应电机电机定子线圈和外壳一部分温度的变化趋势。假如运用温度感应器对电机的线圈开展在线监控，就可以精确地确诊出匝间短路故障的部位。在科学研究常见故障温度场时，不但能剖析匝间短路故障，还能够对磁感应电机电机转子导条破裂常见故障开展剖析，获取常见故障特点量，从而科学研究常见故障造成的缘由及其合理的临床诊断方式 。

世界各国科研专家学者各自对稀土永磁同歩电机匝间短路故障的磁场和诊治方式 实现了具体科学研究，但对常见故障温度场的分析却非常少，并且不足全方面和深层次。哈尔滨理工大学电气设备与电子工程学院的分析工作人员以一台稀土永磁同歩电机为例子，运用有限元方法对稀土永磁同歩电机匝间短路故障温度场开展科学研究，研究了负荷状况下电机正常的运转和匝间短路故障时的温度场，剖析常见故障前后左右电机温度遍布的动态变化及其部分超温部位。

在本分析中，科技人员考虑到了永磁材料涡流损耗、电机排热翅处气体流通和电机负荷侧与风机侧磁密端腔气体温度对电机温度场的危害，把常见故障前后左右模拟仿真的温度场数据信息与试验精确测量信息开展数据分析，获得的结论基本一致，偏差在容许的范围内。不难看出，可以根据模拟仿真结论精确地体现电机具体的温度遍布及问题前后左右温度的转变状况。

此外，在稀土永磁同歩电机产生匝间短路故障时，电机常见故障槽绕阻的部分温度会一下子上升，而且超过另一侧正常的绕阻的温度。绕组温度过过高造成绝缘层加快衰老，如果不妥善处理可能发展趋势为更为严重的两色短路故障，乃至毁坏电机。

科学研究工作人员强调，因为散热风扇的危害，电机内部结构负荷侧端腔和风机侧端腔气体温度不相同，负荷侧端腔的气体温度高过风机侧，这会致使两边的导热实际效果不一样。伴随着匝间短路故障的产生，两边端腔的气体温度也伴随着电机总体温度的增高而上升。

她们发觉，正常的运作时定电机转子间磁密的温度高过电机转子一部分，在31匝匝间短路故障后，定电机转子间磁密和转子的温度伴随着常见故障绕阻温度的增高而扩大，而且在问题出现后，二者的温度差也慢慢增大。

科学研究工作人员最终表明，匝间短路故障会促使常见故障绕阻温度快速上升，因而可以根据实时监测电机重要元器件的温度，在问题的初期及时处理异常现象，为迅速并精确地确诊稀土永磁同歩电机匝间短路故障给予根据。

文中编自2022年第2期《电工技术学报》，论文标题为“稀土永磁同歩电机匝间短路故障温度场剖析”，创作者为谢颖、胡圣明 等。