高速开关磁阻电机用纳米晶定子铁心磁特性研究

以1台4/2极结构高速开关磁阻电机(SRM)为研究对象,研究纳米晶铁心磁特性及其对电机性能的影响。将采用叠块切割法制备的纳米晶定子铁心与传统硅钢冲片铁心做对比测试。搭建电机测试系统,对分别装配两种定子铁心电机的静态特性和负载运行性能做对比分析。结果表明:纳米晶合金铁心具有高磁导率、低矫顽力及低损耗特性,在1 kHz、1 T条件下,其损耗仅为35W300硅钢铁心的1/20;纳米晶合金铁心提高了SRM在铁心不饱和区的相电感峰值,并在转速25 000 r/min负载运行下显著降低了电机温升和输入功率。研究结果可为高效、高速SRM设计提供参考。     

高速电机用非晶、纳米晶定子铁心研究

采用铁基非晶和纳米晶合金带材分别制作定子铁心,并将纳米晶定子铁心与非晶定子铁心和硅钢定子铁心的磁性能与噪声进行了对比分析。结果显示,与硅钢相比,在相同频率和磁通密度下非晶、纳米晶定子铁心的损耗大幅度降低,非晶定子铁心的损耗仅为硅钢定子铁心的10%左右,纳米晶定子铁心的损耗仅为硅钢定子铁心的3%左右。当工作频率在400 Hz以下时,硅钢定子铁心的噪声最低,非晶定子铁心的噪声最高;当工作频率在400 Hz以上时,非晶定子铁心的噪声最高,纳米晶定子铁心的噪声最低。     

非晶电机机械性能与电磁特性的数值分析

基于某公司提供的Metglas2605SA1非晶合金材料相关性能参数,利用商用软件Ansoft研究了非晶合金Metglas2605SA1作为电机定子铁心对电机电磁性能及输出特性的影响。分析了气隙及定子轭部磁密的时空分布,并与相同结构参数的硅钢D23_50电机进行了对比分析。结果表明,采用非晶合金Metglas2605SA1定子铁心的三相异步电机相比硅钢D23_50三相异步电机具有以下优势:电机总重量减少4.0%,总损耗降低16.8%,效率提高了1.8%,功率因数提高了0.015,起动性能得到了显著改善。     

非晶合金电机空载铁耗研究

为了体现非晶合金低损耗性能的优越性,对1台15 k W、1 000 Hz电机进行空载铁耗仿真计算分析。电机定子铁心为非晶合金材料,定子铁心采用浸漆、固化加工工艺。电机空载铁耗的计算主要包括非晶定子基本铁耗的分离以及空载杂散损耗的计算,得出了非晶合金电机杂散损耗是基本铁耗的6.03倍;并与定子为50DW310时进行对比,得出空载运行时,非晶合金空载铁耗约为硅钢片50DW310的18.82%,电机的效率可以提高3.48个百分点。     

高速电机用非晶合金定子铁心的损耗特性研究

采用热处理后浸漆、固化、切割的方法将非晶态合金带材制作成电机定子铁心,研究了尺寸相同的非晶合金定子铁心与硅钢定子铁心的磁性能.结果表明,在频率为1 kHz、磁通密度为1.0 T时非晶定子铁心的损耗为42W/kg,在相同测试条件下,硅钢定子铁心的损耗为102 W/kg,非晶定子铁心在1 kHz、1.0 T时的损耗比相同尺寸的硅钢定子铁心的损耗降低了58.8%.     

高速开关磁阻电动机用非晶定子铁心及磁性能

为了分析非晶电机铁心磁特性及其对开关磁阻电动机性能影响,分别用叠块法和冲片法试制了800W,35000r/min高速开关磁阻电动机用非晶定子铁心并测试其磁特性,将具有非晶叠块定子铁心的电机静态性能和负载运行性能与硅钢电机做了对比测试。结果表明,非晶合金铁心具有高磁导率、低损耗特性,但受材料性能及加工过程影响,其饱和磁密及叠压系数均低于硅钢铁心。非晶铁心可提高开关磁阻电动机在高频下的相电感峰值,并显著降低电机在高速运转条件下铁心损耗及温升。该研究结果可为高效、高速非晶开关磁阻电动机设计和优化提供参考。     

永磁同步电动机定子铁心采用非晶与硅钢的性能对比

非晶合金具有高磁导率、低矫顽力、低损耗的优势,将其应用于电磁装置以提升性能成为当前的研究热点。针对非晶材料在高速电机中的效率提升已有许多研究,为研究较低转速下非晶材料对电机性能的影响,制作了两台电动汽车转向泵用1.5 kW永磁同步电动机,其中一台的定子铁心采用非晶材料,另一台采用普通硅钢材料。采用电磁场有限元法求解了两台电机在低速下的磁场分布、定子铁心损耗分布和效率。计算结果表明,非晶材料同样能够提升低速电机性能。然后在不同供电频率下进行了计算,结果表明:频率越高,非晶电机的效率高于硅钢电机越多。搭建了实验平台,测试结果表明,在100 Hz、1200 r/min时非晶合金电机效率比硅钢电机高1.4%,与仿真结果一致。     

不同叠片式转子结构高速感应电机综合分析

针对叠片式高速感应电机,转子铁心难以承受巨大离心力的问题,本文基于一台280 k W,12000 r/min的高速感应电动机,设计了3种转子结构,并对3种转子结构的电磁特性、转子强度、温度分布进行了综合的比较分析,同时设计了风风冷和风水冷两套冷却方案,分析了两种冷却方案下电机温度分布,分析结果表明:圆形槽转子结构转子损耗远大于平行槽和水滴槽,但转子强度较好,水滴槽的转子强度最差;风风冷冷却结构的电机最高温度集中在定子铁心,而风水冷集中在转子铁心;圆形槽转子结构的转子温度约比平行槽和水滴槽高18°C。     

非晶合金在永磁同步电机的应用

基于非晶合金Metglas官网提供的Metglas2605SA1非晶合金材料的相关性能参数,利用Ansoft Maxwell分析定子铁心材料采用非晶合金Metglas2605SA1,且单频率激励下的永磁同步电动机的电磁性能与输出特性,同时分析了气隙及定子轭部磁密的空间分布,以及永磁电机存在的齿槽转矩问题,并与具有相同结构和控制参数的定子铁心采用硅钢D23-50永磁电机进行对比分析。仿真结果表明,采用定子铁心采用非晶合金永磁电机相比于硅钢D23-50永磁电机有以下优势:电机重量轻,铁耗相对于硅钢电机更小,效率比硅钢电机高2.41%,磁场响应能力强。但其齿槽转矩的数值高于硅钢电机。     

非晶合金永磁同步电机空载损耗

为了研究电机铁心加工工艺对非晶合金材料磁化和损耗性能的影响,实验实测了非晶合金铁心的磁化性能和损耗性能,通过分析非晶合金铁心损耗测试结果,得出了铁耗计算模型中磁滞损耗系数随频率变化的修正方法。研制了两台相同结构尺寸和参数的永磁同步电机,定子铁心分别采用非晶合金材料和35W270硅钢片,对比分析了两台电机在正弦波和变频器供电情况下的空载损耗。结果显示,正弦波供电时,非晶合金电机的空载损耗仅为硅钢片电机的45%,但由于非晶合金电机在变频器供电时,时间谐波电流含量高于硅钢片电机,由此引起的谐波损耗大于硅钢片电机。     

三相感应电动机瞬间断电重新投入电网时的瞬态

首先列出三相感应电动机起动、断电和重新投入电网时的运动方程,然后着重研究了定子断电后转子电流初值的确定和转子电流、转速、转角的解答,以及最不利的重合时间。最后实例计算了一台三相感应电动机在1／3额定负载和额定负载两种工况下运行时,瞬间断电和重合后电磁转矩和定子电流的冲击峰值,得到了一些有用的结论。     

非晶材料在高空飞行器用高速电机中的应用研究

高空飞行器用无刷电机由于具有高速的要求,而传统的硅钢材料电机在高速下铁耗较大,电机效率低发热大,为了提升电机的性能,采用了非晶合金材料代替硅钢材料的措施。为了研究措施的可行性和有效性,本文对非晶合金材料和硅钢材料的特性进行了对比,分析电机定子铁心采用两种材料对其性能的影响,并通过实验测试结果对比,证明了非晶合金材料对高速高频电机的性能提升具有明显的效果。     

用有限元法计算永磁同步电动机的转子损耗

提出了数值分析中高速直接转矩控制的永磁同步电动机(PMSM)的转子损耗，利用DSP基仿真程序模拟实际的直接转矩控制永磁同步电动机的性能，计算空载和额定转矩时的定子电流。结果表明，相同转速下的中、高速直接转矩控制的永磁同步电动机空载运行时的转子损耗要比额定负载下运行时的转子损耗高很多，并将在7500r/min下运行的直接转矩控制的永磁同步电动机的转子损耗计算值与空载损耗测试值进行了对比。     

Novel high-speed induction motor for a commercial centrifugalcompressor

This paper describes the electrical, mechanical and metallurgical design, construction, and testing of a novel low-cost high-speed high-efficiency induction motor to drive a new type of small centrifugal compressor in industrial cooling applications. The 28-shaft-hp 50-kr/min motor features a unique laminated rotor with a multifunction high-strength copper-alloy cage brazed with a novel process. Relatively thin high-silicon steel laminations were used to achieve low losses and high mechanical strength at low cost, Different heat treatments for the stator and rotor laminations were used to optimize the mechanical and magnetic properties, The preprototype motors achieved about 94% (electromagnetic) efficiency at the rated point, including inverter harmonics, while meeting cost (less than one-tenth of aerospace practice) and produceability goals     

复合笼条转子感应电动机不同转子材料特性对起动性能的影响

利用电磁场理论和变分法建立了复合笼条转子感应电动机起动时二维电磁场的数学模型，给出了利用有限元法求解正弦时变场的方法。在计算过程中，以定子端电压为约束条件，对定子起动电流进行了迭代计算，得到了额定电压下的起动电流和起动转矩。以此为基础，改变转子槽形，计算转子不同材料时不同转子结构电机的起动性能。通过方案比较，选取合理的转子槽形和材料，进行样机的加工和试验，把计算结果与实测结果进行对比，表明复合笼条转子感应电动机起动性能的计算结果满足工程实际的需要。同时，将计算结果与普通感应电动机起动性能进行比较，证明复合笼条转子感应电动机具有良好的起动性能。     

航空高速起发电机转子永磁体预应力设计

航空高速起发电机在可靠性方面要求高,对于带护套的表贴式高速永磁起发电机,永磁体预应力是通过在永磁体表面过盈压装非导磁合金护套实现,因此转子结构设计时需要合理的预应力设计。本文建立一种温度补偿的航空高速起发电机转子永磁体预应力设计仿真模型。以一台最高转速55000r/min的无人机用表贴式起发电机为例,分析过盈量对永磁体静态预应力的影响,在此基础上,计算并总结转子各部分动态应力随电机转速、温度、永磁体分段等因素的变化规律,为同类型电机设计提供参考。最后对一台起动功率20kW、额定发电功率4kW、最高转速55000r/min的高速起发电机进行实验验证,证明计算结果的有效性。     

High torque induction motor with rotating magnets in the rotor

This paper describes a new type high torque induction motor which has the rotating magnets in the rotor. The motor basically consists of a usual stator, cylindrical rotor, and inner cylinder of which the surface is covered by a set of magnets. The rotor turns at somewhat less than synchronous speed. The inner cylinder with magnets can revolve freely against a rotor shaft. The magnets revolve synchronized by the rotating magnetic field induced by the stator current. The magnets make the flux in the rotor. Then we can expect torque increase by the increase of the flux. The results of magnetic field analysis indicate the flux is increased. In the experimental results of a test motor which is a 400 W prototype machine, we have obtained the torque increase by approximately 20 percent as anticipated in the magnetic field analysis. Moreover, test results show improvements of efficiency and power factor in the motor operations. The efficiency of the test motor is obtained as high as 10 percent at the rated output over those of a same size conventional induction motor. Although power factor of conventional induction motors is lagging at all times, the test motor can be operated with near unity, leading or lagging by adjusting the ac supplied source voltage.