CN107525823B - 监控永磁风力发电机的磁极温度的试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了监控永磁风力发电机的磁极温度的试验系统，包括：真实转子，模拟定子，为弧形的红外线热源，从内到外包括电枢绕组等同导线、电枢绕组绝缘层、槽楔、铁心槽楔径向防护绝缘漆、铁心槽楔绝缘防护层，模拟定子与真实转子之间设有模拟气隙；检测装置，实时检测红外线热源的加热温度，以及磁极的温度、第一粘接剂的温度二者中的至少一者；获取装置，获取红外线热源稳态下的加热温度与磁极稳态下的温度的第一对应关系，和/或红外线热源稳态下的加热温度与第一粘接剂稳态下的温度的第二对应关系。用较小的成本搭建与原型机的产热效果一致的地面试验系统，构建一维径向热传递路径，获取各部件与红外线热源的温度值的对应关系。

Description

监控永磁风力发电机的磁极温度的试验系统

技术领域

本发明涉及风力发电机技术领域，尤其涉及一种监控永磁风力发电机的磁极温度的试验系统。

背景技术

永磁同步发电机是一种结构特殊的同步发电机，它与普通同步发电机的主要不同之处在于：其主磁场由永磁体(磁极)产生，而不是由励磁绕组通电产生。

永磁同步风力发电机的设计采用高性能永磁材料，理由如下：

在设计永磁同步风力发电机的过程中，要保证电机体积不能太大、能获得高功率密度，必须有足够高的气隙磁密，因而所采用的永磁材料应具有足够的剩磁密度和矫顽力的高性能永磁材料，例如钕铁硼或铁氧体永磁材料。

然而，永磁同步风力发电机在野外或海上环境使用，自然环境条件恶劣，但永磁铁的耐温性能不高。因此，如何进行电机冷却，以确保永磁铁不会发生不可逆去磁、退磁问题，是本领域技术人员面临的尤为突出的问题。

影响永磁材料磁性能稳定性的因素主要有：内部结构变化、化学因素、温度、外磁场、机械作用、与强磁性材料接触等。如钕铁硼中的铁和钕比较容易氧化，引起磁性能的变化；在永磁体使用过程中，外部自然环境环境空气温度处于变化中(-40～+50℃)，其磁性能将随着温度的变化而变化。

经研究表明，暖湿环境对永磁材料磁体的破坏作用极大。在暖湿环境条件下，N_dF_eB磁体表层的富钕晶界相首先与环境中的水蒸汽按下式发生腐蚀反应：3H₂0+N_d＝N_d(OH)₂+4H。反应生成的H渗入晶界中，与富N_d相发生进一步的反应：N_d+3H＝N_dH₃，造成晶界腐蚀。N_dH₃的生成将会使晶界体积增大，造成晶界应力，导致晶界破坏，严重时会使晶界断裂造成晶界应力，导致晶界破坏。严重时会使晶界断裂造成磁体粉化。

其中，环境湿度对磁体耐蚀性的影响要远比温度的影响大的多，这是因为磁体在干燥的氧化环境下，形成的腐蚀产物薄膜较致密，在一定程度上将磁体与环境分隔开，阻止了磁体的进一步氧化。而在潮湿的环境下生成的氢氧化物和含氢化合物不致密，不能阻止H₂0对其的进一步的作用。特别是当环境湿度过大时，如果磁体表面有液态的水存在时，将会发生电化学腐蚀。

湿热膨胀对磁极防护覆层(玻璃纤维增强的树脂基复合材料)的破坏作用极大。材料在使用过程中，不可避免地碰到潮湿的环境。树脂基复合材料特别是玻璃纤维增强的树脂基复合材料对湿热的环境比较敏感，周围环境的水分能够导致玻璃纤维及树脂基体发生化学变化，引起纤维及基体的性能下降，水分通过扩散可进入复合体系的界面，引起界面脱粘，导致材料力学性能的下降。纤维增强树脂基复合材料在温度和湿度改变的环境下会因胀缩而产生失配变形和失配应力，影响结构的变形和材料的损伤。

由此可见，对于永磁磁极及其防护层实施干燥非常重要。

永磁直驱外转子风力发电机使用开启式冷却的现有技术是借助风电场自然环境上风向来流风去冷却发电机定子铁心支架和转子磁轭的外壁，自然环境上风向来流作为冷却介质的冷却过程中同时存在一定数量的自然环境中的风经永磁直驱外转子风力发电机定子与转子端部的回转间隙侵入电机腔体，再由电枢绕组端部迎风侧经电机气隙沿轴向流到电机内部绕组另一端(下风向)聚集，沉积后轻的空气从发电机定子与转子后端回转间隙挤出排入大气。流经电机内部空隙(包括气隙和电枢绕组非直线段的两端电机内部腔体)的是气(汽)、液、固多相流(其中有空气与水蒸气、雨、雪、盐雾、沙尘、絮状物等几种组合情形)。它们能够引起电机绝缘结构性能恶化，其结果导致风力发电机绝缘电气性能、机械性能劣化，剩余耐压水平和寿命减少，最终导致绝缘的破坏；同时包括对永磁磁极及其粘接剂、永磁磁极表面防护层的破坏、失效影响。

随着技术的不断发展，本领域技术人员采用了依靠电枢绕组通入直流电产热干燥烘潮电枢绝缘、间接干燥永磁磁极(包括磁极、磁极粘接剂及其磁极气隙侧防护层)的方法，为了提高发电机电枢绕组温度对定子电枢绝缘的加热烘潮效果，需要考虑发电机定子电枢绕组产热温度高或低对永磁磁极(包括磁极、磁极粘接剂及其磁极气隙侧防护层)温度高低导致的功能和性能的影响。因为，如果将发电机电枢绕组加热的温度过高，则会影响永磁磁极的性能。

但是，在现有技术中，对于已经进入风电场运行的永磁风力发电机来讲，在静止状态下或突然停机后气隙内部电机径向温度场、永磁磁极径向温度场，并没有设置直接测量获得永磁磁极温度温升(最高值)简捷而有效的方法或技术措施。如果对于电枢绕组欲提高温度，之前尚没有反映永磁磁极(包括磁极、磁极粘接剂及其磁极气隙侧防护层)温度的直接测试数据。

有鉴于此，亟待针对上述技术问题，另辟蹊径地设计一种监控永磁风力发电机的磁极温度的试验系统，用较小的成本搭建与原型机一致的产热效果，构建与原型机相同的一维径向热传递路径，并通过检测获取热源与磁极温度上升的对应关系，以便于真实风力发电机根据该对应关系控制磁极的温度，避免电枢绕组加热温度过高影响磁极的性能。

发明内容

本发明的目的为提供一种监控永磁风力发电机的磁极温度的试验系统，用较小的成本搭建与原型机一致的产热效果，构建与原型机相同的一维径向热传递路径，并通过检测获取热源与磁极温度上升的对应关系，以便于真实风力发电机根据该对应关系控制磁极的温度，避免电枢绕组加热温度过高影响磁极的性能。

为解决上述技术问题，本发明提供监控永磁风力发电机的磁极温度的试验系统，包括：

至少部分真实转子，采用从风电场下塔后的风力发电机上拆解的转子，所述真实转子包括通过第一粘接剂粘接的磁极防护层、磁极；

模拟定子，为能够模拟电枢绕组通电产热对绝缘材料加热烘潮的真实状态的弧形红外线热源，从内到外依次包括电枢绕组等同导线、与真实定子表面相同的电枢绕组绝缘层、铁心槽楔、铁心槽楔径向防护绝缘漆、铁心槽楔绝缘防护层，所述模拟定子、所述真实转子之间设有与真实气隙相同的模拟气隙；

检测装置，用于实时检测所述红外线热源的加热温度，以及所述磁极的温度、所述第一粘接剂的温度二者中的至少一者；

获取装置，与所述检测装置连接，用于根据检测结果获取所述电枢绕组等同导线稳态下的加热温度与所述磁极的温度之间的第一对应关系，和/或所述电枢绕组等同导线稳态下的加热温度与所述第一粘接剂的温度之间的第二对应关系。

优选地，所述检测装置还用于检测真实转子、所述模拟定子上各部件的温度值，所述获取装置还用于根据所述检测装置的检测结果，获取当所述电枢绕组等同导线的加热温度为预定值时所述模拟气隙的辐射热阻值、所述模拟气隙的导热热阻值，并计算所述模拟气隙的总热阻值。

优选地，还包括与所述检测装置、所述获取装置连接的验证装置，用于根据所述检测结果、所述第一对应关系验证预先获取的电枢绕组的加热温度与所述磁极的温度之间的第一准稳态关系式的准确度；和/ 或，根据所述检测结果、所述第二对应关系验证预先获取的所述电枢绕组的加热温度与所述第一粘接剂的温度之间的第二准稳态关系式的准确度。

优选地，所述红外线热源的弧长所对应圆心角范围是15°-20°。

优选地，所述红外线热源为均匀等面热流密度红外线热源。

优选地，所述红外线热源的数目为两个，两个所述红外线热源分设于所述真实转子圆周内径向的相对两侧。

优选地，还包括封堵于所述红外线热源两侧的第一绝热材料，且两个所述第一绝热材料的外端面与所述真实转子接触，以形成包封所述模拟气隙的腔体。

优选地，还包括贴合设于真实转子的磁轭防护层外侧、与所述第一绝热材料对应设置的第二绝热材料。

优选地，所述第一绝热材料、所述第二绝热材料所对应圆心角为所述红外线热源的圆心角的2-3倍。

优选地，所述检测装置包括贴合设于电枢绕组等同导线外表面的第一感温件。

优选地，所述真实转子从内到外依次设置所述磁极防护层、所述第一粘接剂、所述磁极、第二粘接剂、磁轭、磁轭防护层；

所述检测装置还包括贴合于所述磁极内表面的第二感温件所述第一粘接剂内表面的第三感温件。

优选地，所述第二感温件通过切开所述磁极防护层、所述第一粘接剂形成的第一凹槽安装于所述磁极内表面，所述第一凹槽从外向内还涂覆有与所述第一粘接剂、所述磁极防护层对应相同的第一修补粘接剂、磁极修补防护层；

所述第三感温件通过切开所述磁极防护层形成的第二凹槽安装于所述第一粘接剂内表面，所述第二凹槽的内侧也涂覆有与所述磁极防护层对应相同的第一修补粘接剂。

附图说明

图1为本发明所提供监控永磁风力发电机的磁极温度的试验系统的一种具体实施方式的结构简图；

图2为本发明所提供监控永磁风力发电机的磁极温度的试验系统的另一种具体实施方式的结构简图；

图3为图1所示试验系统的真实转子与模拟定子的结构图；

图4为图1所示系统中获取装置记录的系统中各部件的温度上升曲线图；

图5为图1所示系统中获取装置获取的红外线热源的加热温度与其他各部件的温度的对应关系图；

图6为风力发电机的电枢绕组通入直流电后热量径向流动的准稳态数学物理模型图；

图7为检测红外线热源的第一感温件的位置示意图；

图8为检测磁极温度的第二感温件的位置示意图。

其中，

真实转子1；磁极防护层11；第二绝热材料12；

模拟定子2；电枢绕组等同导线21a；电枢绕组绝缘层21b；槽楔 22；铁心槽楔径向防护绝缘漆23；铁心槽楔绝缘防护层24；第一绝热材料25；

检测装置3；第一感温件31；第二感温件32；第一修补粘接剂 33；

获取装置4；

气隙5；

验证装置6。

具体实施方式

本发明提供一种监控永磁风力发电机的磁极温度的试验系统，用较小的成本搭建与原型机一致的产热效果，构建与原型机相同的一维径向热传递路径，并通过检测获取热源与磁极温度上升的对应关系，以便于真实风力发电机根据该对应关系控制磁极的温度，避免电枢绕组加热温度过高影响磁极的性能。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

需要说明的是，本文中出现的方位词“内”指的是图3中从上、下两侧指向水平轴线的方向、“外”指的是图3中水平轴线指向上、下两侧的方向。应当理解，这些方位词的出现是以说明书附图为基准而设立的，它们的出现不应当影响本发明的保护范围。

请参考图1和图3，图1为本发明所提供监控永磁风力发电机的磁极温度的试验系统的一种具体实施方式的结构简图，图3为图1所示试验系统的真实转子与模拟定子的结构图。

在一种具体实施方式中，如图1和图3所示，监控永磁风力发电机的磁极温度的试验系统，包括：

至少部分真实转子1，包括从内到外依次包括磁极防护层11、第一粘接剂、磁极、第二粘接剂、转子磁轭、转子磁轭防护层。具体地，为节约成本，其可以采用从风电场下塔后的风力发电机上拆解的转子。这里可以采用整个的真实转子，也可以仅用部分真实转子，例如1/2 的上半部分或下半部分，或者采用1/3部分。

模拟定子2，为弧形红外线热源，该红外线热源能够发出与真实定子大致等同或基本等同的红外线，进而能够模拟电枢绕组通电产热对绝缘材料加热烘潮的真实状态。该红外线热源从内到外依次包括电枢绕组等同导线21a、与真实定子相同的电枢绕组绝缘层21b、槽楔 22、铁心槽楔径向防护绝缘漆23、铁心槽楔绝缘防护层24，模拟定子 2、真实转子1之间设有与真实气隙相同的模拟气隙5；

这里“等同”指的是材料相同、表面粗糙度相同、表面颜色相同、电阻率相同。

检测装置3，用于实时检测电枢绕组等同导线21a的加热温度，以及磁极的温度、第一粘接剂的温度二者中的至少一者；当然，通过上多个感温件，该检测装置3能够检测真实转子1、模拟定子2上的各部件的温度值。

获取装置4，与检测装置3连接，用于根据检测结果获取电枢绕组等同导线21a稳态下的加热温度与磁极稳态下的温度之间的第一对应关系，和/或电枢绕组等同导线21a稳态下的加热温度与第一粘接剂稳态下的温度之间的第二对应关系。

这里将槽楔22、铁心槽楔径向防护绝缘漆23、铁心槽楔绝缘防护层24设置为与真实转子所在风力发电机的原型机完全相同的结构，能够最大程度地模拟原型机真实的热传递过程。

在上述试验系统中，电枢绕组等同导线21a通电代替电枢绕组通电加热，起到对铁心槽楔径向防护绝缘漆23、铁心槽楔绝缘防护层24 烘潮的作用。由于电枢绕组通电加热发出的光没有可见光，其光谱与红外线光谱极为相似，因此使用该红外线热源能够形成与电枢绕组通电加热等效的热源，且该红外线热源设置为弧形，形成了与真实定子相同的结构。因此，该模拟定子完全模拟了真实状态的定子，与气隙 5、真实转子1相结合，搭建了与真实永磁风力发电机相同的地面试验装置。

请参考图4、图5和图6，图4为图1所示系统中获取装置记录的系统中各部件的温度上升曲线图；图5为图1所示系统中获取装置获取的红外线热源的加热温度与其他各部件的温度的对应关系图；图 6为风力发电机的电枢绕组通入直流电后热量径向流动的准稳态数学物理模型图。

图6所示为定子向转子传递热量形成的一维径向热能场的所有部件的热阻模型，包括铁心槽楔的热阻模型R₁、铁心槽楔径向防护绝缘漆的热阻模型R₂、铁心槽楔绝缘防护层的热阻模型R₃、气隙内的导热热阻模型R₄、气隙内的辐射热阻模型R₅、磁极防护层的热阻模型R₆、第一粘接剂的热阻模型R₇、磁极的热阻模型R₈、第二粘接剂的热阻模型R₉、转子磁轭的热阻模型R₁₀、转子磁轭防护层的热阻模型R₁₁、转子磁轭外壁表面对流换热的热阻R₁₂。此外，该图还示出了电枢绕组的温度T₁(对应于试验系统中电枢绕组等同导线的温度)、铁心槽楔绝缘防护层的温度T₃、磁极防护层的温度T₆、第一粘接剂的温度T₇、磁极内表面的温度T_in、磁极外表面的温度T_out、转子磁轭防护层的温度T_w、转子磁轭防护层外侧的环境温度T_f。

试验过程中，如图4所示，对电枢绕组等同导线21a进行加热，检测装置3实时检测系统中各部件的温度，与此同时，获取装置4实时记录检测装置输出的温度值。从电枢绕组等同导线21a通电加热开始，模拟定子2从当前值到设定值有一个较长的升温过程，通常需要几个小时的时间，真实转子1升温则更慢。由于本系统研究的是风力发电机在准稳态下的温度值对应关系，因此，需要当真实转子1、模拟定子2的部件的温度升高到一定程度、并在预设时间段内保持基本稳定(即达到稳态)的温度值，才能保证所搭建的试验系统的状态与真实风力发电机的准稳态下的热传递过程接近。

因此，检测时，不仅实时检测瞬态温度，对整个升温过程进行温度记录。更重要的是要检测各部件在稳态下的温度值时，例如，图4 中电枢绕组等同导线21a在稳态下的温度达到110℃时、120℃、130℃、 140℃时，其他各部件对应的稳态下的温度。再根据检测结果获取电枢绕组等同导线21a的加热温度与其他各部件的温度的对应关系图，如图5所示。从该图中可以清楚地得到电枢绕组等同导线21a稳态下的加热温度与磁极稳态下的温度之间的第一对应关系，和/或电枢绕组等同导线21a稳态下的加热温度与第一粘接剂稳态下的温度之间的第二对应关系。具体地，上述预设时间段可以具体为两小时，以保证试验系统已达到准稳态，当然，也可以为更长的时间或稍短的时间段。

此外，真实风力发电机的定子非常大，通常直径4m-5m，重量能达到几十吨，如果用真实定子与真实转子1搭建地面试验系统则代价太大、且不好操作。采用上述电枢绕组等同导线21a及其表面的电枢绕组绝缘层21b、槽楔22、铁心槽楔径向防护绝缘漆23、铁心槽楔绝缘防护层24形成的模拟定子2具有造价低的极大优势。此外，真实转子1采用从风电场下塔后的废旧转子，在起到试验的同时实现了废物利用，同样造价很低。

综上，上述试验系统用较小的成本搭建与原型机一致的产热效果，构建与原型机相同的一维径向热传递路径，并通过检测获取热源与磁极在稳态下的温度的对应关系，以便于真实风力发电机根据该对应关系控制磁极的温度，避免电枢绕组加热温度过高影响磁极的性能。需要说明的是，对于风力发电机的转子来说，第一粘接剂是粘接磁极防护层11、磁极的胶状物，如果它的温度过高，则会发生软化变性，甚至变成豆腐渣状而脱落，导致磁极防护层11与磁极分离，从而影响转子的工作稳定性。因此，在对电枢绕组通入直流电进行烘潮的过程中，不仅需要保证磁极的磁性不会因为高温而下降，也要保证第一粘接剂在其安全耐受温度之下工作。因此，上述试验系统也获取了电枢绕组等同导线21a在稳态下的温度值与第一粘接剂在稳态下的温度值的第二对应关系。这样，也便于对真实风力发电机的控制过程中对第一粘接剂的温度进行控制。

在另一种具体实施方式中，请结合图6，上述获取装置4还用于根据模拟气隙两侧的部件的温度值获取当所述电枢绕组等同导线21a 的加热温度为预定值时所述模拟气隙的辐射热阻值、所述模拟气隙的导热热阻值，并根据所述模拟气隙的导热热阻值、所述模拟气隙的辐射热阻值获取所述模拟气隙的总热阻值。这样，便于为风力发电机的获取磁极温度时提供进一步的依据。

例如，检测装置3检测铁心槽楔绝缘防护层的温度T₃、磁极防护层的温度T₆、预先通过现有方法计算气隙内的导热热阻模型R₄、磁极防护层的热阻模型R₆、第一粘接剂的热阻模型R₇、磁极的热阻模型 R₈、第二粘接剂的热阻模型R₉、转子磁轭的热阻模型R₁₀、转子磁轭防护层的热阻模型R₁₁、转子磁轭外壁表面对流换热的热阻R₁₂，再根据能量守恒定律

获取当所述电枢绕组等同导线21a的加热温度为预定值时模拟气隙的辐射热阻值R_5x(按照温度的一次方的差作为热辐射驱动力时，等效热传递的辐射热阻)，进而通过并联所述模拟气隙的导热热阻值、所述模拟气隙的辐射热阻值，获取所述模拟气隙的总热阻值R₄∥R_5x 。

当然，只要在能量守恒定律通律的指导下，还可以通过其他部件的温度值获取模拟气隙的辐射热阻值R_5x，例如，通过

同样能够获取模拟气隙的辐射热阻值R_5x，并最终获取模拟气隙的总热阻值R₄∥R_5x。

在另一种具体实施方式中，如图2所示，图2为本发明所提供监控永磁风力发电机的磁极温度的试验系统的另一种具体实施方式的结构简图；本试验系统还可以包括与检测装置3、获取装置4连接的验证装置6，该验证装置6用于根据检测装置3的检测结果、第一对应关系验证预先获取的电枢绕组的加热温度与磁极的温度之间的第一准稳态关系式的准确度；和/或，用于根据检测结果、第二对应关系验证预先获取的电枢绕组的加热温度与第一粘接剂的温度之间的第二准稳态关系式的准确度。

在此，先简单介绍一下预先通过公式推导的方法获取的第一准稳态关系、第二准稳态关系的过程。

申请人在专利“监控永磁电机磁极温度的干燥控制方法、系统”中提供的永磁风力发电机获取磁极温度的干燥控制方法。

该控制方法主要包括两个步骤：S11：获取电枢绕组的加热温度与磁极表面温度之间的对应关系形成的第一准稳态关系式，和/或电枢绕组的加热温度与磁极、磁极防护层11之间的第一粘接剂的温度之间的对应关系形成的第二准稳态关系式；

S12：根据第一准稳态关系式、磁极的安全耐受温度控制电枢绕组的加热温度，以使磁极的温度低于其安全耐受温度；和/或，根据第二准稳态关系式、第一粘接剂的安全耐受温度控制电枢绕组的加热温度，以使第一粘接剂的温度低于其安全耐受温度。

该方法的关键是获取准稳态关系式(以第一准稳态关系为例来讲)，也即电枢绕组的温度与磁极表面温度的函数关系，其中气隙的电阻模型的建立是建立该函数关系的重要一环。而对于气隙来说，具备热传导、热辐射两种不同的热传递方式，并不能简单将气隙的导热热阻、辐射热阻简单相加得到气隙的热阻，因此获取气隙的辐射热阻就是该控制方法的重点。

申请人在该方法中通过对斯蒂芬-玻尔兹曼定律、能量守恒定律以及物质迁移规律的通律的合理运用，成功地将气隙的辐射热阻计算过程中的四次方的差表达式统一换算成与导热热阻相同的一次方的差表达式，进而利用迁移规律的通律公式的合理推导了气隙两侧凸、凹壁面辐射热阻等效折算成导热传递方式的导热热阻，从而建立定子向转子传递热量形成的一维径向热能场的所有部件的热阻模型，即热量从电枢绕组依次传递热量给铁心槽楔、铁心槽楔径向防护绝缘漆23、铁心槽楔绝缘防护层、气隙、磁极防护层11、第一粘接剂、磁极、第二粘接剂、转子磁轭、转子磁轭防护层的过程中每个部件的热阻模型，进而获取了上述第一准稳态关系式和/或第二准稳态关系式。

本发明提供监控永磁风力发电机的磁极温度的试验系统的验证装置6就是基于上述干燥控制方法而建立的，其目的就是为了验证该控制方法中获取的准稳态关系式的准确度。

具体的验证过程中，验证装置6先获取完成对绝缘材料加热烘潮时电枢绕组等同导线21a的最高温度值；

根据第一对应关系获取电枢绕组等同导线21a的温度等于最高温度值时所对应的磁极的试验温度值；根据第一准稳态关系获取电枢绕组的温度等于最高温度值时所对应的磁极的推导温度值，比较磁极的试验温度值、磁极的推导温度值即可获取第一准稳态关系式的准确度；

和/或根据第二对应关系获取电枢绕组等同导线21a的温度等于最高温度值时所对应的第一粘接剂的试验温度值，根据第二准稳态关系获取电枢绕组的温度等于最高温度值时所对应的第一粘接剂的推导温度值，比较第一粘接剂的试验温度值、第一粘接剂的推导温度值即可获取第二准稳态关系式的准确度。

经过大量的验证试验证明，根据本系统的各部件的试验温度值与根据预先获取的准稳态关系得到的各部件的推导温度值仅相差1℃。由此验证了本申请提供的试验系统与申请人发明的永磁风力发电机获取磁极温度的干燥控制方法的误差值都在能够接受的范围内，达到异曲同工的效果，因此都可以在风电领域得到广泛的推广。

当然，上述验证装置的验证过程并不仅限通过最高温度值进行验证，还可以采用其他多个温度值进行验证。

下面进一步设置上述控制系统的各个部件的具体结构。

一种具体方案中，红外线热源的弧长所对应圆心角范围15°-20°。

这个角度的弧长对应转子周长的5％左右，满足了转子壁厚度的 10倍以上，使得转子周长试验区域内，即：时钟位置12点位置(图3 的上端)、6点位置(图3的下端)邻域未覆盖绝热材料区域内的90％径向温度差一致，利于构造与周向无关的一维径向温度场，且试验成本较小。如果角度过大或周向弧长较大则会带来“面热源”能耗较大。

另外，上述红外线热源为均匀等面热流密度红外线热源。采用这种红外线热源能最大程度地接近电枢绕组通入直流电的效果，以使模拟转子更接近真实状态的定子。

另一种具体的方案中，上述红外线热源的数目可以为两个，两个红外线热源分设于真实转子1的相对两侧。

采用这种结构，每个弧形红外线热源都是一个独立的热源，其热量都能独立地沿径向从内向外依次传递，且两个弧形红外线热源相对设置，则二者的热能场不会相互干扰。

在试验过程中，操作人员可以同时通过两个互不干扰的热能场分别进行测量、试验，进而得到多组试验数据，在此基础上求平均值，通过该平均值获取最终结果，这样，通过一套地面试验装置既能够同时开展多组试验的目的，以提高试验的准确度。此外，这种设置方式还具有空间布局合理的优点。

可以想到，上述红外线热源的数目并不仅限两个，还可以采用其他数量。二者的位置也并不仅限在相对的两侧设置，也可以将其安装于互不干扰的其他位置。

还可以进一步设置地面试验装置的其他具体结构。

在另一种具体实施方式中，上述试验系统还包括封堵于红外线热源两侧的第一绝热材料25，且两个第一绝热材料25的外端面与真实转子1接触，以形成包封模拟气隙5的腔体。

这样，第一绝热材料25从红外线热源动力两侧对红外线热源的热量进行包封，防止红外线热源的热量向两侧散失，以保证红外线热源的热量沿一维径向依次向外传递，从而使其与风力发电机的真实转子1、真实定子的热传递路径完全相同。

进一步的方案中，两个第一绝热材料25所对应圆心角为红外线热源的圆心角的2-3倍。

开始对红外线热源预热时，红外线热源的周围环境吸收红外线热源的热量传递、不断升温，吸收到一定程度后，周围环境的温度与红外线热源的温度达到相同，采用该角度范围的第一绝热材料25，能形成红外线热源及其周围环境形成一个腔体，继续预热，该腔体中的红外线热源与周围环境的温度达到基本平衡，也即周围环境的温度需求得到最大程度的满足，且基本不会继续传递给更广阔的周围环境，进一步保证红外线热源的一维径向传递给气隙5、转子。

在另一种具体实施方式中，如图3所示，上述试验系统还包括贴合设于磁轭防护层11外侧、与第一绝热材料25对应设置的第二绝热材料12。

这样，第二绝热材料12能防止磁轭防护层11的热量向两侧散失，以保证磁极的热量沿一维径向依次向外传递，从而使其与风力发电机的真实转子1、真实定子的热传递路径完全相同。

进一步的方案中，两个第二绝热材料12所对应圆心角为红外线热源的圆心角的2-3倍。

与上述第一绝热材料25的角度选择类似，采用该范围，两个第二绝热材料12之间形成容纳槽，该容纳槽中基本达到基本平衡，进一步保证磁极的热量沿一维径向依次传递给磁轭、磁轭防护层11。

还可以进一步设置上述检测装置的具体结构。

一种具体方案中，如图7所示，该图为检测电枢绕组等同导线21a 的第一感温件的位置示意图，检测装置3包括贴合设于电枢绕组等同导线21a的外表面的第一感温件31。

该第一感温件31能够直接、简单、准确地获取电枢绕组等同导线21a的加热温度。具体地，可以在加工制作模拟定子2的过程中，先在电枢绕组等同导线21a的外表面安装该第一感温件31，再将与真实定子表面相同的电枢绕组绝缘层21b贴合安装于电枢绕组等同导线 21a的外部，以使第一感温件31固定于二者之间，检测电枢绕组等同导线21a的温度。

此外，如图8所示，图8为检测磁极温度的第二感温件的位置示意图，检测装置3还包括贴合于磁极内表面的第二感温件32、贴合于第一粘接剂内表面的第三感温件。

这里，第二感温件32用于检测磁极的温度、第三感温件用于检测第一粘接剂的温度，与第一感温件结合，便于获取准确的第一对应关系、第二对应关系。

进一步的方案中，如图8所示，第二感温件32通过切开磁极防护层11、第一粘接剂形成的第一凹槽安装于磁极内表面，第一凹槽从外向内还涂覆有与第一粘接剂、磁极防护层11对应相同的第一修补粘接剂33、磁极修补防护层。

由于第一修补粘接剂33与第一粘接剂相同、磁极修补防护层与磁极防护层11相同，覆盖于第二感温件32之外的第一修补粘接剂33、磁极修补防护层使得安装第二感温件32的转子的整体结构尽可能地保持未安装第二感温件32时的结构，最小程度地破坏转子的结构，进而保持原始的热量发授状态，以提高地面试验系统的准确度。

为了将第二感温件32对磁极防护层11、第一粘接剂的热量传递的影响降到最低，在切开磁极防护层11、第一粘接剂的过程应当尽量减小第一凹槽，使其成为微小的缝隙。

类似的方案中，第三感温件通过切开磁极防护层11形成的第二凹槽安装于第一粘接剂内表面，第二凹槽的内侧也涂覆有与磁极防护层 11对应相同的第一修补粘接剂33。

这样，与第一粘接剂相同的第一修补粘接剂33使得安装第三感温件的转子的整体结构尽可能保持未安装时的结构，最小程度地破坏转子的结构，进而保持原始的热量发授状态，以提高地面试验系统的准确度。

为了将第三感温件对磁极防护层11热量传递的影响降到最低，在切开磁极防护层11的过程应当尽量减小第二凹槽，使其成为微小的缝隙。

当然，可以想到，上述检测装置3并不仅限包括上述第一感温件 31、第二感温件32和第三感温件，还可以包括检测其他各部件的多个感温件，其余感温件的安装方法与上述三者类似，在此不再赘述。

以上对本发明所提供的监控永磁风力发电机的磁极温度的试验系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (12)

1.监控永磁风力发电机的磁极温度的试验系统，其特征在于，包括：

至少部分真实转子(1)，所述真实转子(1)包括通过第一粘接剂粘接的磁极防护层(11)、磁极；

模拟定子(2)，为能够模拟电枢绕组通电产热对绝缘材料加热烘潮的真实状态的弧形红外线热源，从内到外依次包括电枢绕组等同导线(21a)、与真实定子相同的电枢绕组绝缘层(21b)、槽楔(22)、铁心槽楔径向防护绝缘漆(23)、铁心槽楔绝缘防护层(24)，所述模拟定子(2)、所述真实转子(1)之间设有与真实气隙相同的模拟气隙(5)；

检测装置(3)，用于实时检测所述电枢绕组等同导线(21a)的加热温度，以及所述磁极的温度、所述第一粘接剂的温度二者中的至少一者；

获取装置(4)，与所述检测装置(3)连接，用于根据检测结果获取所述电枢绕组等同导线(21a)稳态下的加热温度与所述磁极稳态下的温度之间的第一对应关系，和/或所述电枢绕组等同导线(21a)稳态下的加热温度与所述第一粘接剂稳态下的温度之间的第二对应关系。

2.根据权利要求1所述的监控永磁风力发电机的磁极温度的试验系统，其特征在于，

所述检测装置(3)还用于检测真实转子(1)、所述模拟定子(2)上各部件的温度值，

所述获取装置(4)还用于根据所述检测装置的检测结果，获取当所述电枢绕组等同导线(21a)的加热温度为预定值时所述模拟气隙的辐射热阻值、所述模拟气隙的导热热阻值，并计算所述模拟气隙的总热阻值。

3.根据权利要求2所述的监控永磁风力发电机的磁极温度的试验系统，其特征在于，还包括与所述检测装置(3)、所述获取装置(4)连接的验证装置(6)，

用于根据所述检测结果、所述第一对应关系验证预先获取的电枢绕组的加热温度与所述磁极的温度之间的第一准稳态关系式的准确度；和/或，根据所述检测结果、所述第二对应关系验证预先获取的所述电枢绕组的加热温度与所述第一粘接剂的温度之间的第二准稳态关系式的准确度。

4.根据权利要求1所述的监控永磁风力发电机的磁极温度的试验系统，其特征在于，所述红外线热源的弧长所对应圆心角范围是15°-20°。

5.根据权利要求4所述的监控永磁风力发电机的磁极温度的试验系统，其特征在于，所述红外线热源为均匀等面热流密度红外线热源。

6.根据权利要求5所述的监控永磁风力发电机的磁极温度的试验系统，其特征在于，所述红外线热源的数目为两个，两个所述红外线热源分设于所述真实转子(1)圆周内径向的相对两侧。

7.根据权利要求1-6任一项所述的监控永磁风力发电机的磁极温度的试验系统，其特征在于，还包括封堵于所述红外线热源两侧的第一绝热材料(25)，且各所述第一绝热材料(25)的外端面与所述真实转子(1)接触，以形成包封所述模拟气隙(5)的腔体。

8.根据权利要求7所述的监控永磁风力发电机的磁极温度的试验系统，其特征在于，还包括贴合设于所述真实转子(1)的磁轭防护层外侧、与所述第一绝热材料(25)对应设置的第二绝热材料(12)。

9.根据权利要求8所述的监控永磁风力发电机的磁极温度的试验系统，其特征在于，所述第一绝热材料(25)、所述第二绝热材料(12)所对应圆心角为所述红外线热源的圆心角的2-3倍。

10.根据权利要求1-6任一项所述的监控永磁风力发电机的磁极温度的试验系统，其特征在于，所述检测装置(3)包括贴合设于所述电枢绕组等同导线(21a)的外表面的第一感温件(31)。

11.根据权利要求10所述的监控永磁风力发电机的磁极温度的试验系统，其特征在于，所述检测装置(3)还包括贴合于所述磁极内表面的第二感温件(32)、所述第一粘接剂内表面的第三感温件。

12.根据权利要求11所述的监控永磁风力发电机的磁极温度的试验系统，其特征在于，所述第二感温件(32)通过切开所述磁极防护层(11)、所述第一粘接剂形成的第一凹槽安装于所述磁极内表面，所述第一凹槽从外向内还涂覆有与所述第一粘接剂、所述磁极防护层(11)对应相同的第一修补粘接剂、磁极修补防护层；

所述第三感温件通过切开所述磁极防护层(11)形成的第二凹槽安装于所述第一粘接剂内表面，所述第二凹槽的内侧也涂覆有与所述磁极防护层(11)对应相同的第一修补粘接剂。