CN107528433B - 监控永磁电机磁极温度的干燥控制方法、系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了监控永磁电机磁极温度的干燥控制方法，包括：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；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。这样，可以在保证磁极的温度和/或第一粘接剂的温度低于其安全耐受温度的前提下，尽可能提高电枢绕组的加热温度。本发明还公开一种基于上述干燥控制方法的干燥控制系统。

Description

监控永磁电机磁极温度的干燥控制方法、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电机磁极温度的干燥控制方法、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、磁后效、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_dFeB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+Nd＝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，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，现有技术中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电机磁极温度的干燥控制方法，以避免电枢绕组通入直流电产热过高而导致永磁电机磁极的磁性降低的现象。

发明内容

本发明的目的为提供一种监控永磁电机磁极温度的干燥控制方法，以避免在对电枢绕组的绝缘防护层烘潮过程中永磁磁极或磁极与磁极防护层之间的第一粘接剂由于受热过度而受到损害，从而保证了永磁电机的工作稳定性。在此基础上，本发明的另一目的为提供一种监控永磁电机磁极温度的干燥控制系统。

为解决上述技术问题，本发明提供监控永磁电机磁极温度的干燥控制方法，所述干燥控制方法通过向永磁电机的电枢绕组通电，对电枢绕组表面的绝缘防护层和导磁部件烘潮；所述干燥控制方法包括如下步骤：

1)获取所述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/或所述电枢绕组的加热温度与所述磁极、磁极防护层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；

2)根据所述第一准稳态关系式、所述磁极的安全耐受温度控制所述电枢绕组的加热温度，以使所述磁极的温度低于其安全耐受温度；

和/或，根据所述第二准稳态关系式、所述第一粘接剂的安全耐受温度控制所述电枢绕组的加热温度，以使所述第一粘接剂的温度低于其安全耐受温度。

采用这种方法，能够避免在对电枢绕组的绝缘防护层烘潮过程中永磁磁极或磁极与磁极防护层之间的第一粘接剂由于受热过度而受到损害，从而保证了永磁电机的工作稳定性。

优选地，所述步骤1)具体包括：

11)仅计入气隙内导热、不计入气隙两侧凸、凹壁面之间辐射传热的前提下，确定从所述电枢绕组到自然环境空气温度的径向热传递过程中各部件的导热热阻初始值；

并根据所述电枢绕组的温度、转子磁轭防护层外侧的环境温度、所述各部件的导热热阻初始值获取铁心槽楔绝缘防护层的温度初始值、磁极防护层的温度初始值；

12)既计入气隙内导热、又计入气隙两侧凸、凹壁面辐射传热的前提下，根据步骤11)的结果获取气隙两侧凸、凹壁面辐射热阻等效折算成导热传递方式的导热热阻初始值；

13)根据步骤11)和步骤12)的结果获取所述第一准稳态关系式和/或所述第二准稳态关系式。

优选地，所述永磁电机的定子沿径向由内到外依次设有所述电枢绕组、铁心槽楔、铁心槽楔径向防护绝缘漆、所述铁心槽楔绝缘防护层；所述永磁电机的转子沿径向由内到外依次设有所述磁极防护层、所述第一粘接剂、所述磁极、第二粘接剂、转子磁轭、所述转子磁轭防护层；所述定子和转子之间设有气隙；所述步骤11)确定从所述电枢绕组到自然环境空气温度的径向热传递过程中各部件的导热热阻初始值的方法具体包括：

根据传热学均质圆筒壁的导热热阻数学模型获取所述铁心槽楔的热阻模型、所述铁心槽楔径向防护绝缘漆的热阻模型、所述铁心槽楔绝缘防护层的热阻模型、所述磁极防护层的热阻模型、所述第一粘接剂的热阻模型、所述磁极的热阻模型、所述第二粘接剂的热阻模型、所述转子磁轭的热阻模型，以及所述转子磁轭防护层的热阻模型。

优选地，所述步骤11)中确定所述转子磁轭防护层的外壁表面对流换热的热阻模型的方法具体为：

以风电场无风、永磁电机转子磁轭外壁与附近空气以自然对流方式换热为前提，确定转子磁轭外壁与附近空气进行自然对流的表面传热系数，进而获取转子磁轭外壁表面对流换热的热阻模型。

优选地，所述步骤11)中，

根据所述转子磁轭防护层外侧的环境温度、所述电枢绕组的温度预估所述气隙内的空气平均温度值，并获取所述平均温度下气隙的导热系数；

通过获取所述气隙内的导热热阻模型；或者，

通过获取气隙内的导热热阻模型；

其中δ为气隙径向高度，r₄为气隙外半径，r₃为气隙内半径，π(r₃+r₄)L为气隙径向表面积均值。

优选地，所述步骤11)中：根据类比电路的电阻串联分压的原理，获取磁极防护层温度初始值、铁心槽楔绝缘防护层的温度初始值。

优选地，所述步骤12)确定气隙两侧凸、凹壁面辐射热阻等效折算成导热传递方式的导热热阻初始值的具体步骤为：

基于斯蒂芬-玻尔兹曼定律，确定气隙两侧凸、凹壁面的辐射传热量表达式：

其中，σ为玻尔兹曼常数，E_b3是与定子铁心槽楔绝缘防护层表面等温的黑体辐射力，ε₃是定子铁心槽楔绝缘防护层的黑度，A₃是定子铁心槽楔绝缘防护层的表面积；E_b6是与磁极防护层表面等温的黑体辐射力，ε₆是磁极防护层表面的黑度，A₆是磁极防护层的表面积，T₃是铁心槽楔绝缘防护层的温度，T₆是磁极防护层表面温度，X_3-6是离开铁心槽楔绝缘防护层的所有辐射能中被磁极防护层表面拦截的辐射能所占的百分比；

基于能量守恒原理，联合气隙两侧凸、凹壁面之间热辐射、气隙导热，确定气隙径向热传递的速率表达式：

在物质迁移规律通律的指导下，将气隙径向热传递的速率表达式转化为如下表达式：

最后获取气隙两侧凸、凹壁面辐射热阻等效折算成导热传递方式的导热热阻初始值：

优选地，所述步骤12)中，获取各初始值之后还包括迭代步骤：

根据所述电枢绕组的加热温度、所述转子磁轭防护层外侧的环境温度、所述各部件的导热热阻初始值，以及所述气隙两侧凸、凹壁面辐射热阻等效折算成导热传递方式的导热热阻初始值获取铁心槽楔绝缘防护层的温度计算值、磁极防护层表面温度计算值；

并利用所述铁心槽楔绝缘防护层的温度计算值、所述磁极防护层表面温度计算值反复迭代计算气隙导热系数、气隙的导热热阻迭代值、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迭代值、磁极的表面温度迭代值、第一粘接剂的温度迭代值，直到本次温度值与前一次温度值的偏差在预设偏差范围内。

优选地，所述步骤12)中，在所述迭代步骤之后，还包括对转子磁轭防护层的温度的修正步骤：

将第一感温件与转子磁轭防护层接触，并获取所述第一感温件检测到的不同时段的最大温度值T_wmax，计算T_w(n)-T_wmax＝δ；

并获取磁极的表面温度修正值T_in(nδ)＝T_in(n)-δ、第一粘接剂的温度修正值T_7(nδ)＝T_7(n)-δ。

优选地，所述对转子磁轭防护层的温度的修正步骤还包括：在所述第一感温件的外侧覆盖第一绝热层。

优选地，所述对转子磁轭防护层的温度的修正步骤还包括：在所述第一绝热层的外侧覆盖避免第一感温件的温度受其周围自然环境温度影响的发射材料。

优选地，所述发射材料为铝箔。

优选地，所述步骤11)中，获取所述转子磁轭防护层外侧的环境温度的具体方法为：

在转子磁轭防护层相距预定距离的位置设置多个第二感温件，并获取多个所述第二感温件检测到的多个温度值的平均值，将其确定为所述转子磁轭防护层外侧的环境温度。

优选地，所述步骤11)还包括在所述第二感温件的外侧、内侧均设置第二绝热层。

优选地，还包括风电场的太阳总辐射照度的获取步骤，具体包括：

获取所述转子磁轭防护层对太阳辐射吸收的热量、所述转子磁轭防护层对天空热辐射转化得到的热量、所述转子磁轭防护层与风电场自然环境对空气对流散失的热量、所述转子磁轭防护层向天空辐射散失的热量，并通过对转子磁轭防护层作热平衡计算获取风电场的太阳总辐射照度；

所述步骤2)根据所述第一准稳态关系式、风电场的太阳总辐射照度、所述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/或根据所述第二准稳态关系式、风电场的太阳总辐射照度、所述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。

优选地，所述步骤13)中：

获取所述电枢绕组的加热温度与所述磁极的表面温度计算值的对应关系形成的由计算值获取的第一准稳态关系式；

和/或，获取所述电枢绕组的加热温度与所述第一粘接剂的温度计算值的对应关系形成的由计算值获取的第二准稳态关系式；

所述步骤2)中将所述风电场的太阳总辐射照度、所述由计算值获取的第一准稳态关系式和/或所述由计算值获取的第二准稳态关系式作为依据进行控制。

优选地，所述步骤13)中：

获取所述电枢绕组的加热温度与所述磁极的表面温度迭代值的对应关系形成的由迭代值获取的第一准稳态关系式；

和/或，获取所述电枢绕组的加热温度与所述第一粘接剂的温度迭代值的对应关系形成的由迭代值获取的第二准稳态关系式；

所述步骤2)中将风电场的太阳总辐射照度、所述由迭代值获取的第一准稳态关系式和/或所述由迭代值获取的第二准稳态关系式作为依据进行控制。

优选地，所述步骤13)中：

获取所述电枢绕组的加热温度与所述磁极的表面温度修正值的对应关系形成的由修正值获取的第一准稳态关系式；

和/或，获取所述电枢绕组的加热温度与所述第一粘接剂的温度修正值的对应关系形成的由修正值获取的第二准稳态关系式；

所述步骤2)中将风电场的太阳总辐射照度、所述由修正值获取的第一准稳态关系式和/或所述由修正值获取的第二准稳态关系式作为依据进行控制。

本发明还提供一种监控永磁电机磁极温度的干燥控制方法的干燥控制系统，包括：

检测装置，用于检测转子磁轭防护层的温度、转子磁轭防护层外的自然环境温度，并将检测结果发送至控制装置；

输入装置，用于将所述磁极的安全耐受温度和/或第一粘接剂的安全耐受温度输送至控制装置；

控制装置，与所述检测装置、输入装置连接，且内置有所述第一准稳态关系式和/或所述第二准稳态关系式，用于根据各给定值获取避免所述磁极和/或所述第一粘接剂温度过高而损坏的电枢绕组的目标加热温度；

输出装置，与所述控制装置连接，用于将所述电枢绕组的加热温度调整至目标加热温度。

优选地，所述检测装置包括用于检测所述转子磁轭防护层的温度的多个第一感温件，多个所述第一感温件与所述转子磁轭防护层接触。

优选地，所述检测装置还包括覆盖于所述第一感温件外侧的第一绝热层。

优选地，所述检测装置还包括覆盖于所述第一绝热层外侧的避免第一感温件的温度受其周围自然环境温度影响的发射材料。

优选地，所述发射材料为铝箔。

优选地，所述检测装置还包括用于检测转子磁轭防护层外侧的自然环境温度的多个第二感温件，多个所述第二感温件安装于距离转子磁轭防护层预定距离。

优选地，所述检测装置还包括设于所述第二感温件外侧、内侧的第二绝热层。

优选地，所述预定距离为5mm～20mm。

优选地，所述控制装置还内置有当地风电场太阳总辐射照度的计算方法；

所述输入装置还用于输入计算风电场太阳总辐射照度所需的参数；

且所述控制装置还用于根据接收的风电场太阳总辐射照度所需的参数值计算风电场太阳总辐射照度，并

根据所述风电场太阳总辐射照度、所述第一准稳态关系式、所述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，所述根据风电场太阳总辐射照度、所述第二准稳态关系式，所述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。

优选地，所述控制装置与所述风力发电机的偏航系统连接，所述控制装置还用于根据所述风电场太阳总辐射照度实时控制所述偏航系统，以使所述转子始终与太阳保持相同的照射角度。

优选地，还设有温度测量反馈装置，包括：

第三感温件，与所述电枢绕组接触，用于实时检测所述电枢绕组的当前温度；

比较器，用于接收所述当前温度，并获取当前温度与目标加热温度的差值，并将该差值发送至所述输出装置；

所述输出装置还用于根据所述差值调整所述电枢绕组的加热温度，以使所述差值减小至零。

由于上述监控永磁电机的磁极温度的干燥控制方法具有如上技术效果，因此，与之对应的干燥控制系统也具有相同的技术效果，在此不再赘述。

附图说明

图1为本发明所提供监控永磁电机磁极温度的干燥控制方法的一种具体实施方式的流程框图；

图2为本发明所提供监控永磁电机的磁极温度的干燥控制方法的另一种具体实施方式的流程框图；

图3为永磁风力发电机的定子、转子结构的剖视图；

图4为永磁风力发电机的热量径向传递的路径图；

图5为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为测量转子磁轭防护层的温度的感温件的布置图；

图7为测量转子磁轭防护层外部环境空气的温度的感温件的布置图；

图8为本发明所提供监控永磁电机磁极温度的干燥控制系统的一种具体实施方式的结构简图；

图9为本发明所提供干燥控制方法的一种具体实施方式的过程图。

其中，图3至图8中：

电机定轴11；电机转轴12；

定子2；电枢绕组21；铁心槽楔22；铁心槽楔径向防护绝缘漆23；铁心槽楔绝缘防护层24；

转子3；磁极防护层31；第一粘接剂32；磁极33；第二粘接剂34；转子磁轭35；转子磁轭防护层36；

气隙4；

检测装置5；第一感温件51；第二感温件52；第一绝热层53；第二绝热层54；

输入装置6；

控制装置7；

输出装置8；

温度测量反馈装置9；第三感温件91；比较器92；

偏航系统10。

具体实施方式

本发明的核心为提供一种监控永磁电机磁极温度的干燥控制方法，以避免在对电枢绕组的绝缘防护层烘潮过程中永磁磁极或磁极与磁极防护层之间的第一粘接剂由于受热过度而受到损害，从而在对电枢绕组烘潮的基础上保证永磁电机的工作稳定性。在此基础上，本发明的另一核心为提供一种监控永磁电机磁极温度的干燥控制系统。

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1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。

此外，为了便于阅读和理解，参数具有右下角标₍₀₎的代表该参数的初始值(即估计值)，参数具有右下角标₍₁₎的代表该参数的计算值，参数具有右下角标_(n)的代表该参数的迭代值，参数具有右下角标_(nδ)的代表该参数的修正值。

请参考图1、图3和图4，图1为本发明所提供监控永磁电机磁极温度的干燥控制方法的一种具体实施方式的流程框图；图3为永磁风力发电机的定子、转子结构的剖视图；图4为永磁风力发电机的热量径向传递的路径图。

如图3和图4所示，永磁风力发电机的电机轴系由定轴11、转轴12和二者之间的轴承构成。

电机的定子2由内到外依次设有电枢绕组21、铁心槽楔22、铁心槽楔径向防护绝缘漆23、铁心槽楔绝缘防护层24。电枢绕组21嵌入铁心槽内，铁心固定连接于电机定子支架上，定子支架与电机轴系的定轴11连接。电枢绕组21径向依靠铁心槽楔22固定在槽内，抵抗离心力作用。铁心槽楔22径向有绝缘漆和绝缘防护层浸渍、填充、覆盖工艺保护。电机的转子3由内到外依次设有磁极防护层31、第一粘接剂32、磁极33、第二粘接剂34、转子磁轭35和转子磁轭防护层36。转子磁轭35与电机转动轴连接。转子磁轭35内壁贴附、粘接、紧固连接永磁磁极33。转动轴在风轮机的轮毂的直接驱动之下带动电机转子3的磁极33转动，并与定子2电枢绕组21构成环形回转间隙，即气隙4。

如图1所示，本发明所提供的干燥控制方法就是基于上述结构的风力发电机而设置，干燥电枢绕组及其绝缘防护层的方法是对电枢绕组通入直流电用来产热、气化电枢绝缘材料、电枢铁心其中附着的、渗透的水分和潮气。与现有技术不同的是，该干燥控制方法包括如下步骤：

S1：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；

S2：根据所述第一准稳态关系式、所述磁极的安全耐受温度控制所述电枢绕组的加热温度，以使所述磁极的温度低于其安全耐受温度；和/或，根据所述第二准稳态关系式、所述第一粘接剂的安全耐受温度控制所述电枢绕组的加热温度，以使所述第一粘接剂的温度低于其安全耐受温度。

上述具体实施方式包括了三个技术方案：

第一方案，获取第一准稳态关系式，并根据第一准稳态关系式控制电枢绕组的加热温度。

这样，控制过程中，可以在保证磁极的表面温度低于其安全耐受温度的前提下，尽可能提高电枢绕组的加热温度，从而既保证较好的烘潮效果，又避免永磁磁极由于受热过度而磁性降低。

第二方案，获取第二准稳态关系式，并根据第二准稳态关系式控制电枢绕组的加热温度。

这样，控制过程中，可以在保证第一粘接剂的温度低于其安全耐受温度的前提下，尽可能提高电枢绕组的加热温度，从而既保证较好的烘潮效果，又避免第一粘接剂由于受热过度而发生软化、变形、脱落等失效现象。

第三方案，获取第一准稳态关系式、第二准稳态关系式，并根据这两个准稳态关系控制电枢绕组的加热温度。

这样，控制过程中，可以在保证磁极的温度低于其安全耐受温度、且第一粘接剂的温度低于其安全耐受温度的前提下，尽可能提高电枢绕组的加热温度。

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、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。

考虑到永磁磁极的安全耐受温度与第一粘接剂的安全耐受温度存在高低不同的情况，且第一粘接剂选材的不同会使其安全耐受温度高于、也可能低于磁极的安全耐受温度，因此，控制过程中步骤S1同时获取二者与电枢绕组的加热温度的准稳态关系，步骤S2根据两个准稳态关系控制电枢绕组的加热温度的方案，是最为稳妥、安全的方案，也即上述第三方案。

下面详细介绍获取上述准稳态关系的具体过程。

这里准稳态关系建立的前提是已经将电机转子锁定状态下，电机转子(含有永磁磁极)与定子(含铁心电枢)处于绝对静止关系。电机定轴与水平面存在3-5°仰角，相互近乎水平状态下构成了一个近乎水平的环状空气隙，即：气隙。

定子气隙侧向磁极气隙侧传递热量，在定子电枢绕组通入直流电热胀后，实际空气隙径向尺度只有4-5mm以内，可以按照热传导(导热)处理径向热流传递速率模型。同时，电机定子气隙侧温度会高于磁极气隙侧温度，电机定子气隙侧是环形凸面，磁极气隙侧是凹面，“凸面”不断以热辐射方式向“凹面”传递热量。

众所周知，热传导和热辐射是自然界中两种不同的传递热量的方式，热传导需要相互接触进行热传递，而热辐射则是通过相距一段距离的一者向另一者发出的电磁波辐射在受热面转化成热量的热传递方式，本质是电磁波，而导热是弹性波，物质迁移规律的本质不同。如果简单的将二者作为同类相加，则必然导致控制过程的不准确。因此，如何准确表达气隙两侧“凸面”、“凹面”传递辐射能的阻力，是推断磁极的温度和/或第一粘接剂的温度的关键所在。

因此，获取气隙的导热热阻、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是获取上述准稳态关系的关键所在。

基于此，在一种具体方案中，如图2所示，图2为本发明所提供监控永磁电机的磁极温度的干燥控制方法的另一种具体实施方式的流程框图。上述步骤S1具体包括：

S11：仅计入气隙内导热、不计入气隙两侧凸、凹壁面辐射传热的前提下，确定从电枢绕组到自然环境空气温度的径向热传递过程中各部件的导热热阻初始值；

并根据电枢绕组的加热温度T₁、转子磁轭防护层外侧的环境温度T_f、各部件的导热热阻初始值获取铁心槽楔绝缘防护层的温度初始值T₃₍₀₎、磁极防护层的温度初始值T₆₍₀₎。

该步骤S11建立了导热热阻模型，通过对现有技术的应用，能够获取除气隙两侧凸、凹壁面辐射热阻等效折算成导热传递方式的导热热阻之外的所有热阻初始值。

S12：既计入气隙内导热、又计入气隙两侧凸、凹壁面辐射传热的前提下，根据步骤S11的结果获取气隙两侧凸、凹壁面辐射热阻等效折算成导热传递方式的导热热阻初始值R₅₍₀₎；

确定气隙两侧凸、凹壁面辐射热阻等效折算成导热传递方式的导热热阻初始值为准确获取磁极温度与电枢绕组的加热温度的准稳态关系式解决了最为关键性的一环。

S13：根据步骤S11和步骤S12的结果获取第一准稳态关系式和/或第二准稳态关系式。

下面对上述三个具体实施步骤详细展开描述。

请参考图5，图5为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。

具体地，如图5所示，所述步骤S11中，可以根据传热学均质圆筒壁导热热阻数学模型获取从电枢绕组到自然环境空气温度的径向热传递过程中各部件的导热热阻初始值：

通过ln(r₁/r₀)/(2πλ₀L)确定铁心槽楔的热阻模型R₁；其中，铁心槽楔径向厚度为(r₁-r₀)，导热系数为λ₀；

通过ln(r₂/r₁)/(2πλ₁L)确定铁心槽楔径向防护绝缘漆的热阻模型R₂；其中，铁心槽楔径向防护绝缘漆的径向厚度为(r₂-r₁)，导热系数为λ₁；

通过ln(r₃/r₂)/(2πλ₂L)确定铁心槽楔绝缘防护层的热阻模型R₃；其中，铁心槽楔绝缘防护层的径向厚度为(r₃-r₂)，导热系数为λ₂；

通过ln(r₅/r₄)/(2πλ₄L)确定磁极防护层的热阻模型R₆,其中，磁极防护层的径向度为(r₅-r₄)，导热系数为λ₄；

通过ln(r₆/r₅)/(2πλ₅L)确定第一粘接剂的热阻模型R₇，其中，第一粘接剂的径向厚度为(r₆-r₅)，导热系数为λ₅；

通过ln(r₇/r₆)/(2πλ₆L)确定磁极的热阻模型R₈，其中，磁极的径向厚度为(r₇-r₆)，导热系数为λ₆；

通过ln(r₈/r₇)/(2πλ₇L)确定第二粘接剂的热阻模型R₉，其中，第二粘接剂的径向厚度为(r₈-r₇)，导热系数为λ₇；

通过ln(r₉/r₈)/(2πλ₈L)确定转子磁轭的热阻模型R₁₀，其中转子磁轭的径向厚度为(r₉-r₈)，导热系数为λ₈；

通过ln(r₁₀/r₉)/(2πλ₉L)确定转子磁轭防护层的热阻模型R₁₁，其中，转子磁轭防护层的径向厚度为(r₁₀-r₉)，导热系数为λ₉；

以上“L”均为气隙轴向长度。

此外，以风电场无风、永磁电机转子磁轭外壁与附近空气以自然对流方式换热为前提，确定转子磁轭外壁与附近空气进行自然对流的表面传热系数，该表面传热系数h＝2～25m²K/W，进而获取转子磁轭外壁表面对流换热的热阻R₁₂为1/2～25W/m²K。

上述前提条件是最不利于冷却的自然环境条件，在该条件下确定热阻能使最终计算结果更加安全。

对于气隙的导热热阻模型R₄的获取方法，具体有如下两种：

先根据转子磁轭防护层外侧的环境温度T_f、电枢绕组表面温度T₁预估气隙内的空气平均温度值，并获取该温度下气隙的导热系数λ(T)；再通过获取气隙内的导热热阻模型R₄；

或者再根据传热学均质圆筒壁导热热阻数学模型，通过获取气隙内的导热热阻模型R₄，其中δ为气隙径向高度，r₄为气隙外半径，r₃为气隙内半径，π(r₃+r₄)L为环状气隙径向表面积均值。

根据串联电路的特点：多个电阻串联，在总的电压驱动之下，其中，电流量一致，而每个电阻元件分压的大小与其电阻值大小成正比；与此类比，串联热路亦如此。空气的导热系数λ(T)受温度影响较大，相应的也就影响了气隙内的导热热阻，准确获得气隙内的导热热阻也就是为了准确获取气隙两侧凸、凹璧面的温度，这样，磁极、第一粘接剂环节的温度才可能是比较准确的，才能准确发挥电枢绕组产热对其绝缘材料加热烘潮的作用。

因此，可以根据电路中的分压原理，在不计入电机气隙两侧凸、凹壁面辐射传热情况下，

通过公式获取磁极防护层温度初始值T₆₍₀₎；

通过公式获取铁心槽楔绝缘防护层的温度初始值T₃₍₀₎。

另一种具体实施方式中，确定所述等效导热热阻初始值R₅₍₀₎的步骤S12可以具体地为：

基于斯蒂芬-玻尔兹曼定律，确定气隙两侧的辐射传热量表达式Ⅰ：

其中，σ为玻尔兹曼常数，E_b3是与定子铁心槽楔绝缘防护层表面等温的黑体辐射力，ε₃是定子铁心槽楔绝缘防护层的黑度，A₃是定子铁心槽楔绝缘防护层的表面积；E_b6是与磁极防护层表面等温的黑体辐射力，ε₆是磁极防护层表面的黑度，A₆是磁极防护层的表面积，T₃是铁心槽楔绝缘防护层的温度，T₆是磁极防护层表面温度，X_3-6是离开铁心槽楔绝缘防护层的所有辐射能中被磁极防护层表面拦截的辐射能所占的百分比。

上述表达式从左到右通过对表达式进行数学变化，巧妙地将四次方的差作为物质迁移的驱动转化成为一次方的差作为物质迁移的驱动表达式，为后续推导过程做准备。

再基于能量守恒原理，联合气隙热辐射、气隙导热，确定气隙径向热传递的速率表达式Ⅱ：

上述表达式中，加数表达式为气隙两侧凸、凹璧面的热辐射交换传递热流速率，被加数表达式为空气隙导热热流传递速率，二者之和表示气隙总的热流量传递速率。

根据物质迁移规律的通律，物质迁移量＝推动力/物质迁移过程受到的阻力，将其套用到气隙热传递的具体环境中，热传递的推动力对应的温度差是T₃-T₆，将表达式Ⅱ转化为表达式Ⅲ；

最后，确定气隙两侧凸、凹壁面辐射热阻等效折算成导热传递方式的导热热阻初始值R₅₍₀₎为：

由此可见，通过上述推导过程，能够将气隙的导热热阻、气隙两侧凸、凹璧面的辐射热传递的辐射热阻统一在物质迁移通律的表达式中，从而确定气隙的等效导热热阻初始值。

而在现有技术中，如果简单地将气隙两侧凸、凹璧面的辐射热传递的辐射热阻等同于导热热阻进行计算的话，则根据欧姆定律可知，气隙的辐射热阻等同于导热热阻的值为：

由上述两式对比可知，将气隙两侧凸、凹璧面的辐射热传递的辐射热阻折算成导热速率的等效导热热阻初始值不同于将气隙的辐射热阻直接等同于导热热阻的值，相比较而言，上述等效折算的结果更接近于热传递的真实过程。

由此可见，上述过程通过对斯蒂芬-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初始值计算过程中的四次方的差作为物质迁移的驱动力的表达式统一换算成与导热热阻相同的一次方的差作为物质迁移的驱动力表达式，进而利用迁移规律的通律进一步获取了气隙两侧凸、凹壁面辐射热阻等效折算成导热传递方式的导热热阻初始值，为准确获取磁极温度与电枢绕组的加热温度的准稳态关系式解决了最为关键性的一环。

进一步的方案中，所述步骤12)中，获取各初始值之后还包括迭代步骤：

根据所述电枢绕组的加热温度T₁、所述转子磁轭防护层外侧的环境温度T_f、所述各部件的导热热阻初始值，以及气隙两侧凸、凹壁面辐射热阻等效折算成导热传递方式的导热热阻初始值R₅₍₀₎获取铁心槽楔绝缘防护层的温度计算值T₃₍₁₎、磁极防护层表面温度计算值T₆₍₁₎、第一粘接剂的温度计算值T₇₍₁₎、磁极的温度计算值T_in(1)：

并将铁心槽楔绝缘防护层的温度计算值T₃₍₁₎、磁极防护层表面温度计算值T₆₍₁₎反复迭代计算气隙导热系数气隙内的导热热阻迭代值R_4(n)、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迭代值R_5(n)、磁极的表面温度迭代值T_in(n)、第一粘接剂的温度迭代值T_7(n)等迭代值：

直到本次温度值与前一次温度值的偏差在预设偏差范围内。

采用该迭代步骤，通过对之前的气隙的导热热阻、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，以及各部件的温度值进行反复验算，对之前的计算值进一步精确化，保证获取磁极温度的准确度。

请参考图6，图6为测量转子磁轭防护层的温度的感温件的布置图。

上述步骤S12中，在迭代步骤之后，还包括对转子磁轭防护层的温度T_w的修正步骤：

将第一感温件51与转子磁轭防护层36的外壁面接触，并获取所述第一感温件51检测到的不同时段的最大温度值T_wmax，计算T_w(n)-T_wmax＝δ；并获取磁极的表面温度修正值T_in(nδ)、第一粘接剂的温度修正值T_7(nδ)：

由于转子磁轭防护层36直接暴露在空气中，因此，通过直接设置感温件的方式对其表面温度进行测量，最为简单、直接地获取转子磁轭防护层的温度T_w(nδ)，从而提高上述计算过程的准确度。

上述修正过程可以采用不同时段的最大温度值进行计算，使得计算之后的磁极的表面温度修正值T_in(nδ)、第一粘接剂的温度修正值T_7(nδ)减小，进而在后续过程中根据这两个数值计算得到的电枢绕组的通电温度上限值也相应减小。由此可见，采用该修正步骤不仅能够对上述计算过程准确修正，还能进一步保证控制过程中的安全性，避免由于缺少修正步骤而引起电枢绕组上限值较高的现象。

在对转子磁轭防护层36的温度T_w的修正步骤中，可以在所述第一感温件51的外侧覆盖第一绝热层53。

这样，第一绝热层53能够将感温件的热量与外部空气的热量隔离，避免第一感温件51吸收太阳辐射的热量而温度升高，而在检测过程中将这部分温升算作转子磁轭防护层36的温度，或者避免第一感温件51向周围空气发散热量而温度降低，而在检测过程中将这部分温降算作转子磁轭防护层36的温度，进而保证了检测的准确性。

进一步的方案中，上述对转子磁轭防护层36的温度T_w的修正步骤中，还包括在第一绝热层53的外侧覆盖避免第一感温件51的温度受其周围自然环境温度影响的发射材料。

具体的方案中，如果第一感温件51安装在向阳的一侧，该发射材料可以为高反射率材料。由于向阳一侧的第一感温件51会受到太阳的辐射，该覆盖于第一感温件51外侧的高发射率材料能够将收到的太阳辐射发射出去，避免第一感温件51受到太阳辐射温度升高而将这部分温升算作红外线热源的温度。如果第一感温件51安装在背阴的一侧，该发射材料可以具体为低反射率材料。由于背阴一侧的自然环境温度相对较低，该低发射率材料能够避免第一感温件51向其周围空气发散热量，避免感温件因此而温度降低而将降低之后的温度算作红外线热源的温度。

由此可见，该发射材料的作用与上述第一绝热层53的作用类似。也就是说，该发射材料能进一步避免第一感温件51受到外界的干扰，降低对红外线热源21温度的测量误差。

上述发射材料可以有多种多样，例如铝箔，反射率高且造价较低。当然，还可以为其他材料，例如还可以在铝箔的表层镀反射膜，进一步提高反射率，但造价稍高。

请参考图7，图7为测量转子磁轭防护层36外部环境空气的温度的感温件的布置图。

还可以进一步限定步骤S11中获取转子磁轭防护层36外部的环境温度T_f的具体方法为：

在转子磁轭35的防护层相距预定距离的位置设置多个第二感温件52，并获取多个第二感温件52检测到的多个温度值的平均值，将其确定为转子磁轭防护层36外部的环境温度T_f。

采用这种方法，通过直接设置感温件的方式对其表面温度进行测量，最为简单、直接地获取转子磁轭防护层36外部的环境温度T_f，并且取多次测量的平均值，能进一步保证获取准稳态关系的准确性。

对于第二传感器的设置，如果太远，则转子磁轭防护层36与第二传感器之间的空气接收不到转子磁轭防护层36的热量传递；如果太近，则转子磁轭防护层36的热量传递会穿过该段空气层、继续向外传递，第二传感器也就不能完全接收转子磁轭防护层36向外传递的热量。

在本申请中，上述第二传感器到转子磁轭防护层36的距离可以为5-20mm，经多次试验表明，这个距离段的空气既足够近、能够与转子磁轭防护层36外部的空气进行热传递，又足够远、能够接收转子磁轭防护层36大部分甚至全部热量的传递。

进一步的方案中，获取转子磁轭防护层36外部的环境温度T_f的步骤中，可以在第二感温件52的外侧、内侧均设置第二绝热层54。

第二绝热层54能够将第二感温件52的热量与转子磁轭防护层的热量隔离，保证了检测的准确性。以内侧的第二绝热层具体说明其作用：当转子磁额防护层的温度较高时，能避免第二感温件52接收转子磁轭防护层36传递的热量而温度升高，而在检测过程中将这部分温升算作转子磁轭防护层36的温度；当转子磁轭防护层36的温度较低时，能避免第二感温件52向转子磁轭防护层36发散热量而温度降低，而在检测过程中将这部分温度降低算作转子磁轭防护层的温度。外侧的第二绝热层的作用类似，在此不再赘述。

在另一种具体实施方式中，上述干燥控制方法还包括风电场的太阳总辐射照度G的获取步骤，具体包括：

获取转子磁轭防护层对太阳辐射吸收的热量：

α·(0.5A₁₀·G), ①

其中，α—转子磁轭防护层对太阳辐射的吸收率；A₁₀—转子磁轭防护层的表面积；G—太阳总辐射照度，W/m²。

获取转子磁轭防护层对天空热辐射转化得到的热量：

α·A₁₀·E_sky＝αA₁₀σ·273.15⁴， ②

其中，σ—玻尔兹曼常数；

获取转子磁轭防护层与风电场自然环境对空气对流散失的热量：

hA₁₀(T_w-T_f)， ③

其中，h为表面传热系数；

获取转子磁轭防护层向天空辐射散失的热量：

ε₁₀·σ·A₁₀·Tw⁴， ④

其中，σ—玻尔兹曼常数，

ε₁₀—转子磁轭防护层对天空热辐射的发射率；

对转子磁轭防护层作热平衡计算，即：

①+②+(从磁极防护层沿着径向传递的热量)＝③+④，

步骤S2具体根据第一准稳态关系式、风电场的太阳总辐射照度G、所述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、风电场的太阳总辐射照度G、所述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。

本申请发现，对于转子磁轭防护层来说，其除了接收转子磁轭从内到外的热传递之外，同时还收到太阳辐射的热传递，以及天空辐射的热传递，与此同时，转子磁轭防护层与风电场的自然环境进行对流而散失热量，以及向天空辐射也会散失热量。基于此，上述步骤先通过①～④式分别获取转子磁轭防护层分别吸收、散失的热量，再根据热平衡计算公式，能够准确地获取风电场的太阳总辐射照度G，为后续步骤奠定更为准确的基础。进而，步骤S2根据准稳态关系、风电场的太阳总辐射照度G获取的电枢绕组的加热温度更加准确。

具体的操作过程中，上述干燥控制方法在太阳总辐射照度较大时降低电枢绕组的加热温度，在太阳总辐射照度较小时升高电枢绕组的加热温度。

例如，白天太阳辐射较多，得到的太阳总辐射照度G就大，控制过程应当适当减小电枢绕组的加热温度，避免电枢绕组接受过多的太阳辐射而温升较高，从而导致磁极和/或第一粘接剂烧坏；夜晚太阳辐射较少，得到的太阳总辐射照度G就小，控制过程应当适当增大电枢绕组的加热温度，避免电枢绕组的温度太低起不到烘潮绝缘漆和导磁部件的效果。

综上所述，如图9所示，图9示出了本发明所提供监控永磁电机磁极温度的干燥控制方法的优选实施例，其具体包括如下步骤：

S51：输入数据：电枢绕组温度T₁和自然环境空气温度T_f；

S52：计算电枢绕组温度T₁和自然环境空气温度T_f的代数平均温度值T；

S53：使用代数平均温度值T计算空气隙导热系数λ_(T)；

S54：计算热量传递的网络图各部件热阻(R₅除外)，初步计算气隙导热热阻R₄₍₀₎；

S55：依据气隙热阻及热量传递的网络图计算定子气隙侧凸表面温度T₃₍₀₎和转子气隙侧凹表面温度T₆₍₀₎；

S56：计算气隙两侧径向定子凸面、转子凹壁面之间辐射换热的辐射热阻，经数学变换等效折算成导热形式的热阻R₅₍₀₎；

S57：计算空气隙导热热阻R₄₍₀₎与气隙径向两侧壁面辐射热阻R₅₍₀₎的并联值；

S58：依据气隙热阻并联模型及其热量传递的网络图计算：定子气隙侧凸表面温度T₃₍₁₎和转子气隙侧凹表面温度T₆₍₁₎；

S59：计算定子气隙侧凸表面温度T₃₍₁₎和转子气隙侧凹表面温度T₆₍₁₎的代数平均值；

S510：使用步骤S59的代数平均值重新计算:空气隙导热系数λ_(T)和R₅₍₁₎；

S511：计算空气隙导热热阻R₄₍₁₎与气隙径向两侧壁面辐射热阻R₅₍₁₎以及它们的并联热阻值；

S512：重新计算：定子气隙侧凸表面温度T₃₍₂₎，转子气隙侧凹表面温度T₆₍₂₎；

S513：判断本次迭代值与上次迭代值是否满足以下条件：T_3(n)-T_3(n-1)<0.5，并且T_6(n)-T_3(n-1)<0.5；若是，执行步骤S514；若否，执行步骤S58；

S514：计算防护层粘接剂接触侧面温度T_7(n)、磁极(气隙侧)表面温度T_in(n)分别与电枢绕组温度T₁的关系；

S515：计算转子磁轭防护层的温度T_W(n)；

S516：测量获得永磁电机转子磁轭防护层的温度最大值T_wmax,以T_W(n)与T_wmax的差值作为修正值δ；

S517：对第一粘接剂的温度T_7(n)、磁极的(气隙侧)表面温度T_in(n)分别加上(-δ)进行实时测量的精确化修正；

S518：得到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、电枢绕组的加热温度与第一粘结剂温度之间的对应关系形成的第二准稳态关系式，进而获取磁极长期安全耐受温度约束电枢绕组温度的关系式、第一粘接剂长期安全耐受温度约束电枢绕组温度的关系式；

S519：电枢绕组产热温度值自适应调整给定器(控制装置)，实现对电枢绕组的加热温度进行控制。

以上具体实施方式包括了初始值获取步骤，计算值获取步骤，并在此基础上逐步进行迭代步骤、修正步骤，最大程度地提高了干燥控制方法的控制准确度，能够在提高电枢绕组的加热温度的同时，保证磁极、第一粘接剂工作稳定性。

下面进一步设置上述步骤S13的具体过程：

第一种方案中，所述步骤S13可以具体根据各算计值建立准稳态关系：

根据所述电枢绕组的加热温度T₁、所述转子磁轭防护层外侧的环境温度T_f、所述各部件的导热热阻初始值，以及气隙两侧凸、凹壁面辐射热阻等效折算成导热传递方式的导热热阻计算值获取磁极的表面温度计算值：

进而获取

和/或

根据所述电枢绕组的加热温度T₁、所述转子磁轭防护层外侧的环境温度T_f、所述各部件的导热热阻初始值，以及气隙两侧凸、凹壁面辐射热阻等效折算成导热传递方式的导热热阻计算值获取第一粘接剂的温度计算值

进而获取

所述步骤S2中将由计算值获取的第一准稳态关系式(a)和/或由计算值获取的第二准稳态关系式(b)作为依据进行控制。

在此基础上，可以将第一控制方案延伸为：步骤S2结合由计算值获取的第一准稳态关系式(a)和/或由计算值获取的第二准稳态关系式(b)，以及风电场的太阳总辐射照度G控制电枢绕组的加热温度，此为第二控制方案。

第三种控制方案中，所述步骤S13可以具体根据各迭代值建立准稳态关系：

具体根据磁极的表面温度迭代值T_in(n)、第一粘接剂的温度迭代值T_7(n)获取：

和/或

所述步骤2)中将由迭代值获取的第一准稳态关系式(c)和/或由迭代值获取的第二准稳态关系式(d)作为依据进行控制。

在此基础上，可以将第三控制方案延伸为：步骤S2结合由迭代值获取的第一准稳态关系式(c)和/或由迭代值获取的第二准稳态关系式(d)，以及风电场的太阳总辐射照度G控制电枢绕组的加热温度，此为第四控制方案。

第五种方案中，步骤S13可以进一步根据修正值建立准稳态关系：

所述步骤13)具体通过磁极的表面温度修正值T_in(nδ)、第一粘接剂的温度修正值T_7(nδ)获取：

和/或

所述步骤2)中将由修正值获取的第一准稳态关系式(e)和/或由修正值获取的第二准稳态关系式(f)作为依据进行控制。

在此基础上，可以将第五控制方案延伸为：步骤S2结合由修正值获取的第一准稳态关系式(e)和/或由修正值获取的第二准稳态关系式(f)，以及风电场的太阳总辐射照度G控制电枢绕组的加热温度，此为第六控制方案。

综合上述六种控制方案，第六种控制方案的准确度最高、因此将其作为最优选实施例。

请参考图8，图8为本发明所提供监控永磁电机磁极温度的干燥控制系统的一种具体实施方式的结构框图。

在一种具体实施方式中，如图8所示，本发明还提供一种监控永磁电机磁极温度的干燥控制系统，该干燥控制系统基于上述干燥控制方法而设立，包括：

检测装置5，用于检测转子磁轭防护层的温度T_w、转子磁轭防护层外的自然环境温度T_f，并将检测结果发送至控制装置7；

输入装置6，用于将磁极33的安全耐受温度和/或第一粘接剂32的安全耐受温度输送至控制装置7；

控制装置7，与检测装置5、输入装置6连接，且内置有第一准稳态关系式和/或第二准稳态关系式，用于根据各给定值获取避免磁极33和/或第一粘接剂32温度过高而损坏的电枢绕组21的目标加热温度；

输出装置8，与控制装置7连接，用于将电枢绕组21的加热温度调整至目标加热温度。

采用上述干燥控制系统，控制装置7接收检测装置5、输入装置6输入的各参数，根据输入的参数、准稳态关系获取电枢绕组21的目标加热温度，并通过输出装置8输出指令。这样，既能保证较高的烘潮效果，又避免永磁磁极33由于受热过度而磁性降低，和/或第一粘接剂32受热过度而损坏。

具体方案中，上述检测装置5包括用于检测转子磁轭防护层36的温度T_w的多个第一感温件51，多个所述第一感温件51与转子磁轭防护层外壁面接触。

由于转子磁轭防护层36直接暴露在空气中，因此，通过直接设置感温件的方式对其表面温度进行测量，最为简单、直接地获取转子磁轭防护层36的温度T_w，从而提高上述计算过程的准确度。

进一步地，如图6所示，上述检测装置5还包括覆盖于所述第一感温件51外侧的第一绝热层53。

这样，第一绝热层53能够将感温件的热量与外部空气的热量隔离，避免第一感温件51吸收太阳辐射的热量而温度升高，而在检测过程中将这部分温升算作转子磁轭防护层36的温度，进而保证了检测的准确性。

更进一步地，检测装置5还包括覆盖于所述第一绝热层53外侧的避免第一感温件51的温度受其周围自然环境温度影响的发射材料。

具体的方案中，如果第一感温件51安装在向阳的一侧，该发射材料可以为高反射率材料。由于向阳一侧的第一感温件51会受到太阳的辐射，该覆盖于第一感温件51外侧的高发射率材料能够将收到的太阳辐射发射出去，避免第一感温件51受到太阳辐射温度升高而将这部分温升算作红外线热源的温度。如果第一感温件51安装在背阴的一侧，该发射材料可以具体为低反射率材料。由于背阴一侧的自然环境温度相对较低，该低发射率材料能够避免第一感温件51向其周围空气发散热量，避免感温件因此而温度降低而将降低之后的温度算作红外线热源的温度。

由此可见，该发射材料的作用与上述第一绝热层53的作用类似。也就是说，该发射材料能进一步避免第一感温件51受到外界的干扰，降低对红外线热源21温度的测量误差。

上述发射材料可以有多种多样，例如铝箔，反射率高且造价较低。

当然，还可以为其他材料，例如还可以在铝箔的表层镀反射膜，进一步提高反射率，但造价稍高。

在另一种具体实施方式中，上述检测装置5还包括用于检测转子磁轭防护层36的温度T_w的多个第二感温件52，多个所述第二感温件52安装于距离转子磁轭防护层36预定距离。

这样，通过直接设置感温件的方式对其表面温度进行测量，最为简单、直接地获取转子磁轭防护层36外部的环境温度T_f，并且取多次测量的平均值，能进一步保证获取准稳态关系的准确性。

此外，上述转子磁轭防护层36与第二感温件52的预定距离范围可以为5mm～20mm。

对于第二传感器的设置，如果太远，则转子磁轭防护层36与第二传感器之间的空气接收不到转子磁轭防护层36的热量传递；如果太近，则转子磁轭防护层36的热量传递会穿过该段空气层、继续向外传递，第二传感器也就不能完全接收转子磁轭防护层36向外传递的热量。

在本申请中，上述第二传感器到转子磁轭防护层36的距离可以为5mm～20mm，经多次试验表明，这个距离段的空气既足够近、能够与转子磁轭防护层36外部的空气进行热传递，又足够远、能够接收转子磁轭防护层36大部分甚至全部热量的传递。

进一步的方案中，获取转子磁轭防护层36外部的环境温度T_f的步骤中，可以在所述第二感温件52的外侧、内侧均设置第二绝热层54。

第二绝热层54能够将第二感温件的热量与转子磁轭防护层的热量隔离，保证了检测的准确性。以内侧的第二绝热层具体说明其作用：当转子磁额防护层的温度较高时，能避免第二感温件52接收转子磁轭防护层传递的热量而温度升高，而在检测过程中将这部分温升算作转子磁轭防护层36的温度；当转子磁轭防护层的温度较低时，能避免第二感温件52向转子磁轭防护层发散热量而温度降低，而在检测过程中将这部分温度降低算作转子磁轭防护层的温度。外侧的第二绝热层的作用类似，在此不再赘述。

在另一种具体实施方式中，上述干燥控制系统中：

所述控制装置还内置有风电场太阳总辐射照度的计算方法；所述输入装置6还用于输入计算风电场太阳总辐射照度所需的参数；

且所述控制装置7还用于根据接收的风电场太阳总辐射照度G所需的参数值计算风电场太阳总辐射照度G，并

根据风电场太阳总辐射照度G、第一准稳态关系式、所述磁极33的安全耐受温度控制电枢绕组21的加热温度，以使磁极33的温度低于其安全耐受温度；

和/或根据第二准稳态关系式，所述第一粘接剂32的安全耐受温度控制电枢绕组21的加热温度，以使第一粘接剂32的温度低于其安全耐受温度。

本申请发现，对于转子磁轭防护层36来说，其除了接收转子磁轭35从内到外的热传递之外，同时还收到太阳辐射的热传递，以及天空辐射的热传递，与此同时，转子磁轭防护层36与风电场的自然环境进行对流而散失热量，以及向天空辐射也会散失热量。基于此，上述控制装置7根据准稳态关系、风电场的太阳总辐射照度G获取的电枢绕组21的加热温度更加准确。

具体的操作过程中，上述控制装置在太阳总辐射照度较大时降低电枢绕组的加热温度，在太阳总辐射照度较小时升高电枢绕组的加热温度。

例如，白天太阳辐射较多，得到的太阳总辐射照度G就大，控制过程应当适当减小电枢绕组的加热温度，避免电枢绕组接受过多的太阳辐射而温升较高，从而导致磁极或第一粘接剂烧坏；夜晚太阳辐射较少，得到的太阳总辐射照度G就小，控制过程应当适当增大电枢绕组的加热温度，避免电枢绕组的温度太低起不到烘潮绝缘漆和导磁部件的效果。

进一步的方案中，控制装置可以与风力发电机的偏航系统10连接，控制装置还用于根据风电场太阳总辐射照度实时控制偏航系统10，以使所述转子始终与太阳保持相同的照射角度。

这样，能够保证检测装置对温度的检测环境始终相同，从而保证检测过程准确。

在另一种具体实施方式中，上述干燥控制系统还设有温度测量反馈装置9，包括：

第三感温件91，与所述电枢绕组21接触，用于实时检测所述电枢绕组21的当前温度；

比较器92，用于接收所述当前温度，并获取当前温度与目标加热温度的差值，并将该差值发送至所述输出装置8；

所述输出装置8，还用于根据所述差值调整所述电枢绕组21的加热温度，以使所述差值减小至零。

控制过程中，第三感温件91将实时监测的电枢绕组21的当前温度值输送给比较器92，比较器92将当前电枢绕组21的当前温度、目标加热温度的差值发送至输出装置8，输出装置8根据该差值调整电枢绕组21的当前温度，使其与目标加热温度相等。

由上述过程可知，该温度测量反馈装置9能够实时调节电枢绕组21的加热温度，形成闭环控制，从而进一步保证控制准确性。

以上对本发明所提供的监控永磁电机磁极温度的干燥控制方法、干燥控制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 (28)

1.监控永磁电机磁极温度的干燥控制方法，所述干燥控制方法通过向永磁电机的电枢绕组通电，对电枢绕组表面的绝缘防护层和导磁部件烘潮；其特征在于，所述干燥控制方法包括如下步骤：

1)获取所述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/或所述电枢绕组的加热温度与所述磁极、磁极防护层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；

2)根据所述第一准稳态关系式、所述磁极的安全耐受温度控制所述电枢绕组的加热温度，以使所述磁极的温度低于其安全耐受温度；

和/或，根据所述第二准稳态关系式、所述第一粘接剂的安全耐受温度控制所述电枢绕组的加热温度，以使所述第一粘接剂的温度低于其安全耐受温度；

所述步骤1)具体包括：

11)仅计入气隙内导热、不计入气隙两侧凸、凹壁面之间辐射传热的前提下，确定从所述电枢绕组到自然环境空气温度的径向热传递过程中各部件的导热热阻初始值；

并根据所述电枢绕组的温度(T₁)、转子磁轭防护层外侧的环境温度(T_f)、所述各部件的导热热阻初始值获取铁心槽楔绝缘防护层的温度初始值(T₃₍₀₎)、磁极防护层的温度初始值(T₆₍₀₎)；

12)既计入气隙内导热、又计入气隙两侧凸、凹壁面辐射传热的前提下，根据步骤11)的结果获取气隙两侧凸、凹壁面辐射热阻等效折算成导热传递方式的导热热阻初始值(R₅₍₀₎)；

13)根据步骤11)和步骤12)的结果获取所述第一准稳态关系式和/或所述第二准稳态关系式。

2.根据权利要求1所述的监控永磁电机磁极温度的干燥控制方法，其特征在于，所述永磁电机的定子沿径向由内到外依次设有所述电枢绕组、铁心槽楔、铁心槽楔径向防护绝缘漆、所述铁心槽楔绝缘防护层；所述永磁电机的转子沿径向由内到外依次设有所述磁极防护层、所述第一粘接剂、所述磁极、第二粘接剂、转子磁轭、所述转子磁轭防护层；所述定子和转子之间设有气隙；所述步骤11)确定从所述电枢绕组到自然环境空气温度的径向热传递过程中各部件的导热热阻初始值的方法具体包括：

根据传热学均质圆筒壁的导热热阻数学模型获取所述铁心槽楔的热阻模型(R₁)、所述铁心槽楔径向防护绝缘漆的热阻模型(R₂)、所述铁心槽楔绝缘防护层的热阻模型(R₃)、所述磁极防护层的热阻模型(R₆)、所述第一粘接剂的热阻模型(R₇)、所述磁极的热阻模型(R₈)、所述第二粘接剂的热阻模型(R₉)、所述转子磁轭的热阻模型(R₁₀)，以及所述转子磁轭防护层的热阻模型(R₁₁)。

3.根据权利要求2所述的监控永磁电机磁极温度的干燥控制方法，其特征在于，所述步骤11)中确定所述转子磁轭防护层的外壁表面对流换热的热阻模型的方法具体为：

以风电场无风、永磁电机转子磁轭外壁与附近空气以自然对流方式换热为前提，确定转子磁轭外壁与附近空气进行自然对流的表面传热系数，进而获取转子磁轭外壁表面对流换热的热阻模型(R₁₂)。

4.根据权利要求3所述的监控永磁电机磁极温度的干燥控制方法，其特征在于，所述步骤11)中，

根据所述转子磁轭防护层外侧的环境温度(T_f)、所述电枢绕组的温度(T₁)预估所述气隙内的空气平均温度值，并获取所述平均温度下气隙的导热系数(λ(T))；

通过获取所述气隙内的导热热阻模型(R₄)；或者，

通过获取气隙内的导热热阻模型(R₄)；

其中δ为气隙径向高度，r₄为气隙外半径，r₃为气隙内半径，π(r₃+r₄)L为气隙径向表面积均值，L为气隙轴向长度。

5.根据权利要求1所述的监控永磁电机磁极温度的干燥控制方法，其特征在于，所述步骤11)中：根据类比电路的电阻串联分压的原理，获取磁极防护层温度初始值(T₆₍₀₎)、铁心槽楔绝缘防护层的温度初始值(T₃₍₀₎)。

6.根据权利要求1所述的监控永磁电机磁极温度的干燥控制方法，其特征在于，所述步骤12)确定气隙两侧凸、凹壁面辐射热阻等效折算成导热传递方式的导热热阻初始值(R₅₍₀₎)的具体步骤为：

基于斯蒂芬-玻尔兹曼定律，确定气隙两侧凸、凹壁面的辐射传热量表达式：

其中，σ为玻尔兹曼常数，E_b3是与定子铁心槽楔绝缘防护层表面等温的黑体辐射力，ε₃是定子铁心槽楔绝缘防护层的黑度，A₃是定子铁心槽楔绝缘防护层的表面积；E_b6是与磁极防护层表面等温的黑体辐射力，ε₆是磁极防护层表面的黑度，A₆是磁极防护层的表面积，T₃是铁心槽楔绝缘防护层的温度，T₆是磁极防护层表面温度，X_3-6是离开铁心槽楔绝缘防护层的所有辐射能中被磁极防护层表面拦截的辐射能所占的百分比；

基于能量守恒原理，联合气隙两侧凸、凹壁面之间热辐射、气隙导热，确定气隙径向热传递的速率表达式：

在物质迁移规律通律的指导下，将气隙径向热传递的速率表达式转化为如下表达式：

最后获取气隙两侧凸、凹壁面辐射热阻等效折算成导热传递方式的导热热阻初始值：

7.根据权利要求1-6任一项所述的监控永磁电机磁极温度的干燥控制方法，其特征在于，所述步骤12)中，获取各初始值之后还包括迭代步骤：

根据所述电枢绕组的加热温度(T₁)、所述转子磁轭防护层外侧的环境温度(T_f)、所述各部件的导热热阻初始值，以及所述气隙两侧凸、凹壁面辐射热阻等效折算成导热传递方式的导热热阻初始值(R₅₍₀₎)获取铁心槽楔绝缘防护层的温度计算值(T₃₍₁₎)、磁极防护层表面温度计算值(T₆₍₁₎)；

并利用所述铁心槽楔绝缘防护层的温度计算值(T₃₍₁₎)、所述磁极防护层表面温度计算值(T₆₍₁₎)反复迭代计算气隙导热系数气隙的导热热阻迭代值(R_4(n))、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迭代值(R_5(n))、磁极的表面温度迭代值(T_in(n))、第一粘接剂的温度迭代值(T_7(n))，直到本次温度值与前一次温度值的偏差在预设偏差范围内。

8.根据权利要求7所述的监控永磁电机磁极温度的干燥控制方法，其特征在于，所述步骤12)中，在所述迭代步骤之后，还包括对转子磁轭防护层的温度(T_w)的修正步骤：

将第一感温件与转子磁轭防护层接触，并获取所述第一感温件检测到的不同时段的最大温度值T_wmax，计算T_w(n)-T_wmax＝δ；

并获取磁极的表面温度修正值T_in(nδ)＝T_in(n)-δ、第一粘接剂的温度修正值T_7(nδ)＝T_7(n)-δ。

9.根据权利要求8所述的监控永磁电机磁极温度的干燥控制方法，其特征在于，所述对转子磁轭防护层的温度(T_w)的修正步骤还包括：在所述第一感温件的外侧覆盖第一绝热层。

10.根据权利要求9所述的监控永磁电机磁极温度的干燥控制方法，其特征在于，所述对转子磁轭防护层的温度(T_w)的修正步骤还包括：在所述第一绝热层的外侧覆盖避免第一感温件51的温度受其周围自然环境温度影响的发射材料。

11.根据权利要求10所述的监控永磁电机磁极温度的干燥控制方法，其特征在于，所述发射材料为铝箔。

12.根据权利要求8所述的监控永磁电机磁极温度的干燥控制方法，其特征在于，所述步骤11)中，获取所述转子磁轭防护层外侧的环境温度(T_f)的具体方法为：

在转子磁轭防护层相距预定距离的位置设置多个第二感温件，并获取多个所述第二感温件检测到的多个温度值的平均值，将其确定为所述转子磁轭防护层外侧的环境温度(T_f)。

13.根据权利要求12所述的监控永磁电机磁极温度的干燥控制方法，其特征在于，所述步骤11)还包括在所述第二感温件的外侧、内侧均设置第二绝热层。

14.根据权利要求8所述的监控永磁电机磁极温度的干燥控制方法，其特征在于，还包括风电场的太阳总辐射照度的获取步骤，具体包括：

获取所述转子磁轭防护层对太阳辐射吸收的热量、所述转子磁轭防护层对天空热辐射转化得到的热量、所述转子磁轭防护层与风电场自然环境对空气对流散失的热量、所述转子磁轭防护层向天空辐射散失的热量，并通过对转子磁轭防护层作热平衡计算获取风电场的太阳总辐射照度；

所述步骤2)根据所述第一准稳态关系式、风电场的太阳总辐射照度、所述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/或根据所述第二准稳态关系式、风电场的太阳总辐射照度、所述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。

15.根据权利要求14所述的监控永磁电机磁极温度的干燥控制方法，其特征在于，所述步骤13)中：

获取所述电枢绕组的加热温度(T₁)与所述磁极的表面温度计算值(T_in(1))的对应关系形成的由计算值获取的第一准稳态关系式；

和/或，获取所述电枢绕组的加热温度(T₁)与所述第一粘接剂的温度计算值(T₇₍₁₎)的对应关系形成的由计算值获取的第二准稳态关系式；

所述步骤2)中将所述风电场的太阳总辐射照度、所述由计算值获取的第一准稳态关系式和/或所述由计算值获取的第二准稳态关系式作为依据进行控制。

16.根据权利要求14所述的监控永磁电机磁极温度的干燥控制方法，其特征在于，所述步骤13)中：

获取所述电枢绕组的加热温度(T₁)与所述磁极的表面温度迭代值(T_in(n))的对应关系形成的由迭代值获取的第一准稳态关系式；

和/或，获取所述电枢绕组的加热温度(T₁)与所述第一粘接剂的温度迭代值(T_7(n))的对应关系形成的由迭代值获取的第二准稳态关系式；

所述步骤2)中将风电场的太阳总辐射照度G、所述由迭代值获取的第一准稳态关系式和/或所述由迭代值获取的第二准稳态关系式作为依据进行控制。

17.根据权利要求14所述的监控永磁电机磁极温度的干燥控制方法，其特征在于，所述步骤13)中：

获取所述电枢绕组的加热温度(T₁)与所述磁极的表面温度修正值(T_in(nδ))的对应关系形成的由修正值获取的第一准稳态关系式；

和/或，获取所述电枢绕组的加热温度(T₁)与所述第一粘接剂的温度修正值(T_7(nδ))的对应关系形成的由修正值获取的第二准稳态关系式；

所述步骤2)中将风电场的太阳总辐射照度、所述由修正值获取的第一准稳态关系式和/或所述由修正值获取的第二准稳态关系式作为依据进行控制。

18.基于权利要求1-17任一项所述的监控永磁电机磁极温度的干燥控制方法的干燥控制系统，其特征在于，包括：

检测装置(5)，用于检测转子磁轭防护层的温度(T_w)、转子磁轭防护层外的自然环境温度(T_f)，并将检测结果发送至控制装置(7)；

输入装置(6)，用于将所述磁极(33)的安全耐受温度和/或第一粘接剂(32)的安全耐受温度输送至控制装置(7)；

控制装置(7)，与所述检测装置(5)、输入装置(6)连接，且内置有所述第一准稳态关系式和/或所述第二准稳态关系式，用于根据各给定值获取避免所述磁极(33)和/或所述第一粘接剂(32)温度过高而损坏的电枢绕组(21)的目标加热温度；

输出装置(8)，与所述控制装置(7)连接，用于将所述电枢绕组(21)的加热温度调整至目标加热温度。

19.根据权利要求18所述的干燥控制系统，其特征在于，所述检测装置(5)包括用于检测所述转子磁轭防护层的温度(T_w)的多个第一感温件(51)，多个所述第一感温件(51)与所述转子磁轭防护层(36)接触。

20.根据权利要求19所述的干燥控制系统，其特征在于，所述检测装置(5)还包括覆盖于所述第一感温件(51)外侧的第一绝热层(53)。

21.根据权利要求20所述的干燥控制系统，其特征在于，所述检测装置(5)还包括覆盖于所述第一绝热层(53)外侧的避免第一感温件(51)的温度受其周围自然环境温度影响的发射材料。

22.根据权利要求21所述的干燥控制系统，其特征在于，所述发射材料为铝箔。

23.根据权利要求19所述的干燥控制系统，其特征在于，所述检测装置(5)还包括用于检测转子磁轭防护层外侧的自然环境温度(T_f)的多个第二感温件(52)，多个所述第二感温件(52)安装于距离转子磁轭防护层(36)预定距离。

24.根据权利要求23所述的干燥控制系统，其特征在于，所述检测装置(5)还包括设于所述第二感温件(52)外侧、内侧的第二绝热层(54)。

25.根据权利要求24所述的干燥控制系统，其特征在于，所述预定距离为5mm～20mm。

26.根据权利要求18-25任一项所述的干燥控制系统，其特征在于，

所述控制装置还内置有当地风电场太阳总辐射照度的计算方法；

所述输入装置(6)还用于输入计算风电场太阳总辐射照度所需的参数；

且所述控制装置(7)还用于根据接收的风电场太阳总辐射照度所需的参数值计算风电场太阳总辐射照度，并

根据所述风电场太阳总辐射照度、所述第一准稳态关系式、所述磁极的安全耐受温度控制电枢绕组的加热温度，以使磁极(33)的温度低于其安全耐受温度；

和/或，所述根据风电场太阳总辐射照度、所述第二准稳态关系式，所述第一粘接剂的安全耐受温度控制电枢绕组(21)的加热温度，以使第一粘接剂(32)的温度低于其安全耐受温度。

27.根据权利要求26所述的干燥控制系统，其特征在于，所述控制装置(7)与风力发电机的偏航系统(10)连接，所述控制装置还用于根据所述风电场太阳总辐射照度实时控制所述偏航系统(10)，以使所述转子始终与太阳保持相同的照射角度。

28.根据权利要求18-25任一项所述的干燥控制系统，其特征在于，还设有温度测量反馈装置(9)，包括：

第三感温件(91)，与所述电枢绕组(21)接触，用于实时检测所述电枢绕组(21)的当前温度；

比较器(92)，用于接收所述当前温度，并获取当前温度与目标加热温度的差值，并将该差值发送至所述输出装置(8)；

所述输出装置(8)还用于根据所述差值调整所述电枢绕组(21)的加热温度，以使所述差值减小至零。