变频器驱动下异步电机铁心损耗的研究

本文介绍了一种计算变频器驱动下异步电机铁心损耗的方法。该方法在分立铁耗模型的基础上,结合贝塞尔函数,推导出了变频器供电下异步电机铁耗的计算模型。在考虑变频器参数对铁心损耗的影响的情况下,建立了变频器供电时和标准正弦供电时铁心损耗的数量关系。分析了变频器供电时电机铁心损耗与变频器调制比和载波比的变化关系。并针对一台4500kW变频电机铁心损耗进行了计算分析。     

变频供电条件下感应电机空载铁耗分布特点及其精细化分析

变频供电条件下电源谐波与电机内部谐波共同作用下损耗产生机理及分布特点更为复杂,使得电机铁耗准确计算及精细化分析对于高效变频电机设计至关重要。以一台5.5 k W变频感应电机为例,分析了变频供电时电机定转子主要位置磁密变化情况;为了准确计算铁耗,提出一种损耗系数随磁密幅值和频率变化的两项式分段变系数铁耗模型,该模型在经典两项式常系数铁耗模型基础上引入两个附加磁密项,用于考虑非线性特性及谐波磁场对磁滞和涡流损耗的影响;进一步利用该模型对变频供电时电机铁耗进行了精细化分析,揭示了定转子铁心磁滞和涡流损耗的分布规律,并获得了谐波磁场在定转子铁心产生附加铁耗的变化特点。通过对不同电压及开关频率下的空载铁耗进行实测对比,验证了文中模型及分析结果正确性。文中研究成果可为高效变频电机设计提供重要理论支撑。     

用于游梁式抽油机电动机系统能耗分析的实用模型

受变工况动态负荷及复杂机械环节等多种因素影响,游梁式抽油机电动机系统能耗准确分析长期以来都是油田采油系统节能技术研究面临的难点问题。针对这一问题,以电流、电压、磁链方程为基础,推导出计及铁耗的电机标准形式微分方程,进一步结合曲柄轴运动方程及抽油杆波动方程,建立了用于抽油机电动机系统能耗分析的实用模型,可用于分析不同负荷大小及动态变化、平衡配重情况、抽油杆摩擦及井下动液面等多种电气及机械因素对系统能耗的影响。以一台驱动12型抽油机的37k W电机系统为例,利用文中损耗实用模型研究了电机各项损耗随井下动液面及平衡度的变化规律;通过与抽油机标准井测试平台的监测数据进行对比,验证了文中模型的正确性和实用性;进一步利用文中模型分析得出油田常见典型负荷条件下电机各项损耗的分布情况,揭示了铁耗在总损耗中所占比例可达50%以上,将这一理论成果应用于油田现场,实测节电率可达5%~15%。     

水下电机损耗加载方式及温度场耦合分析

温度场研究对水下电机稳定运行至关重要。本文考虑旋转磁场和谐波磁场的影响,分析定子不同区域铁耗密度分布规律,考虑绕组和导条的电阻、润滑油黏度与电机温度的关系,分析铜耗和油摩损耗的变化规律,由此采用一种铁耗空间分布加载与油摩损耗和铜耗变量加载的方式对水下电机温度场计算模型进行耦合分析,得出的电机温度结果明显小于采用损耗均布加载方式所得结果,最高温度下降70.4%,设计正交试验得出各因素影响温度场的重要性次序,通过水池试验验证此加载方式对水下电机温度场研究的合理性。     

纯电动客车用高速永磁轮边电机损耗分析方法研究

针对纯电动客车用高速永磁轮边电机进行损耗分析方法研究。通过有限元模型对定子齿部、轭部以及转子铁耗进行计算,分别对不同工况下的电磁损耗进行分析,并考虑非正弦激励的影响,建立电磁损耗计算模型。通过设计损耗分离实验,利用无磁体转子电机分离机械损耗与空载铁耗,并对机械、杂散损耗分别建模,完善全工况点电机损耗计算模型。通过样机实验验证,该方法能够对同平台电机损耗进行准确分析。     

浅谈高次谐波和集肤效应对变频电机发热的影响

变频器供电的变频调速三相异步电动机(以下简称变频电机)电压和电流为非正弦波，其中含有的高次谐波会使变频电机产生附加的铜耗、铁耗以及杂散损耗。尤其中心高在355毫米以上的变频电机在高频下运行时，转子中会产生明显的集肤效应。附加损耗和集肤效应使变频电机稳定运行时的温升显著增加，本文通过试验去研究它们对变频电机发热的影响。     

VVVF变频器驱动高功率密度异步电机的电源谐波研究

为了探讨电源谐波对VVVF变频器驱动高功率密度异步电机运行性能的影响，采用异步电机的谐波等效电路法分析了谐波对电机损耗和转矩的影响，建立了变频器驱动高功率密度异步电机的系统模型，给出了不同电源下电机损耗和转矩的仿真结果及电机和变频电源最佳匹配的方法。仿真结果表明，电源谐波加剧电机发热，降低电机的带栽能力和功率密度。     

高压高效三相异步电动机空载附加损耗分析与计算

对高压高效三相异步电动机空载附加损耗产生的原因以及计算方法进行分析。并以一台1000k W电动机为例,建立求解高压高效三相异步电动机的二维瞬态场有限元模型,准确计算了电动机空载运行时的气隙磁密。在二维瞬态场计算结果的基础上,计算电机空载运行状况下的附加损耗。最后通过铁耗分离试验得到电机空载附加损耗的试验值,并与计算值进行对比分析,验证了该计算方法的准确性。     

PWM激励下异步电机铁耗等值电阻模型

通过分析PWM激励下异步电机铁耗变化的特点,提出了一种综合考虑电机运行工况和PWM波形特性的铁耗等值电阻模型。基于铁耗分离原理,使用三个电阻分别等效电机铁耗的磁滞分量、经典涡流分量和异常涡流分量,并推导了正弦激励下各个电阻分量的表达式;进而通过分析PWM激励与正弦激励下铁耗间关系,对正弦激励下铁耗模型进行修正,获得PWM激励下铁耗模型;最后提出了确定该模型参数的实验方案。所建模型中各个电阻分量随电机运行频率和PWM波形的调制系数变化而变化,且变化规律各不相同,提高了电机铁耗计算的准确性。仿真和实验验证了该模型的正确性和有效性。     

基于损耗分析的变频电机系统能效在线评估方法

变频供电条件下谐波电流和电压会在电机中产生额外的损耗,这对电机的运行状态和效率会产生不利的影响,因此研究变频供电下电机系统的能耗对于提高系统效率至关重要。对目前工程实际中常用的能效评估方法进行了分析,提出了一种可应用于工程现场的无转矩传感器变频电机系统的能效评估方法,并以一台5.5 kW异步电机为例进行了试验对比验证     

基于直流供电技术的电压暂降保护系统研究

变频器在软启动、变频调速、优化设计、经济运行等方面具有明显优势,得到广泛应用。在电压暂降期间,变频器会因低压保护而跳闸,造成连续性生产企业非计划停运,带来巨大的经济损失和事故。根据变频器交-直-交的特性,结合电力电子技术,研究开发了两种基于直流供电技术的电压暂降保护系统。两种保护系统分别利用电网残压和蓄电池组作为能量来源,通过Boost DC/DC变换器,输出恒定的直流电压,为变频器直流母线提供恒定的直流电。实验数据和现场应用表明,该两种电压暂降保护系统可以确保变频器在电压暂降期间正常运行,大大提高了供电可靠性,为用户避免了大量的经济损失。     

高速储能永磁无刷直流电动机铁耗研究

高速电动机中，随着铁心内磁场变化及频率增大，铁耗也在增大。给出了永磁电机铁心损耗的计算模型。该模型结合二维时步有限元法进行分析计算，对一台20000r／min的高速储能永磁无刷直流电动机进行了分析计算，给出其不同位置的损耗密度；最后对计算结果和测量结果进行了分析比较，验证了此分析模型的有效性。研究为进一步对电动机进行优化设计和减少损耗奠定了基础。     

考虑铁损的感应电机直接转矩控制的效率优化

建立了考虑铁损时的感应电机数学模型,在分析电机损耗和定子磁链的关系的基础上,提出了一种通过优化定子磁链实现感应电机直接转矩控制变频调速系统的效率最优控制策略。研究了不同负载转矩和转速条件下电机损耗与定子磁链之间关系,推导出电机损耗与负载转矩和定子磁链的表达式,进而确定了损耗极小时的最优定子磁链幅值。仿真结果表明该策略能明显降低感应电机直接转矩控制系统的功率损耗,提高运行效率。     

基于TMS320F2812的SVPWM变频调速的研究

文章论述了一种基于DSP的双PWM变频调速系统,设计了双PWM变频调速系统的硬件电路,该系统与传统的模拟型调速系统相比,具有控制灵活、功率因数高、回馈节能、谐波污染小、维护方便、成本低等特点。文章利用TMS320F2812的强大运算能力和快速实时处理能力,使得变频器中复杂的控制算法更加容易编程实现,完全实现了异步电动机高性能控制,仿真表明系统具有优良的动态特性和抗干扰特性。基于产生异步电机圆形磁场的SVPWM控制,减少了电机的转矩脉动和铁损。     

基于博弈论的电动汽车轮毂电机热源损耗优化

为降低具有高功率、高转矩密度等特点的电动汽车轮毂电机热源损耗,提出了基于博弈论的外转子式永磁同步轮毂电机的多目标优化设计方法。首先应用磁路法推导了电机各项损耗的解析表达式;其次以定子槽形的尺寸为设计变量,以定子铁耗、绕组铜耗、永磁体涡流损耗和电机效率为优化目标,建立电机优化设计数学模型;最后应用基于博弈论的多目标优化算法(Game Theory Optimization Algorithm,GTO),同时结合改进粒子群算法(Advanced Particle Swarm Optimization Algorithm,APSO)对电机定子槽型进行优化设计,并借助有限元仿真软件进行了辅助计算。研究结果表明：相较于原设计方案,优化后电机功率损耗减少32.6%,效率提高6.12%。     

开关磁阻电机铁损的双频法有限元计算研究

文中对1台三相12/8结构开关磁阻电机进行了四分之一域的二维(2D)电磁场有限元分析,得到了大小和方向都随时间变化的铁心磁密矢量的X和Y分量,从而更细致地描述了电机铁心各单元磁密随时间(转子位置角度)的变化周期和规律。在无需知道电机铁心材料的损耗系数(即涡流修正因子和局部磁滞回线因子)的情况下,以磁密的计算信息和铁心材料单位体积的铁损密度数据为基础,通过双频法分离出铁损中的涡流损耗和磁滞损耗,再用频率分解法和最大磁密法分别计算这2种损耗,并对占电机铁心铁损较大比例的涡流损耗进行了离散傅里叶分解,比较各次谐波分量对铁损的影响。由间接法计算出铁损的实验值,近似地分离了铁损和杂散损耗,实验验证了该铁损计算方法的准确性。     

电动汽车用感应电机最小损耗Hamilton控制

针对电动汽车电驱动系统的非线性特点,采用端口受控Hamilton系统理论研究了考虑铁损的电动汽车用感应电动机系统的最小损耗控制问题.首先,根据基于损耗模型的感应电机能量优化控制策略得到系统稳态时的优化结果,然后在这一稳态目标下,利用系统的互联和阻尼配置以及能量成形对考虑铁损的感应电机进行Hamilton控制,最后通过仿真实验,验证了在相同的稳态目标下,采用本文的控制算法可使得电机能量损耗明显降低,同时本文采用的控制策略与基于矢量控制的优化控制策略相比,具有收敛速度快、转速波动小等优点,为高性能要求的电动汽车电驱动系统高效运行提供了新的途径.     

Modeling and control of a variable-speed constant-frequency synchronous generator with brushless exciter

This paper presents the modeling, control, and implementation of a novel variable-speed constant-frequency power generation system for renewable and distributed energy applications. The generation system consists of a wound-rotor generator, a brushless exciter and a low-rating controlled power converter. The main generator is a doubly fed induction machine which is operated as a synchronous generator. The advantages of the proposed system are reduced harmonic injection to power grid, wide speed operation range covering both subsynchronous and super-synchronous speeds, self var support, and increased reliability. It can be directly applied to wind power generators, small-scale hydroelectric generators, stand-alone diesel and gasoline generators, and aerospace and naval power generation systems where a variable speed turbine/engine is employed. An equivalent circuit model of a doubly fed generator was developed incorporating stator and rotor iron losses. Then the control of a standalone generation system is developed based on the mathematical model. Detailed implementation procedure is given. An experimental system and its control were implemented using an embedded real-time digital signal processor. Measurements of the experimental system validated the system design and readiness for prototyping in a relatively large power range.     

基于半导体功率损耗的小型风电变换器可靠性研究

基于半导体功率损耗,针对小型风电永磁电机常用的Boost(Intermediate boost converter,IBC)、Buck-boost(Intermediate buck-boost converter,IBBC)、背靠背(Back-to-back converter,BBC)、矩阵(Matrix converter,MC)变换器可靠性进行分析,确定变换器在特定风速下的失效周期和可靠性。在统计学基础上,建立了变换器元件的故障率统一计算模型。通过计算电力电子器件的开关损耗和导通损耗,确定Boost变换器相对其他变换器具有最高的失效周期。同时确定出变换器组件中,逆变器可靠性是影响变换器可靠性最重要的因素。通过现场数据比较四种变换器可靠性和使用寿命,证明理论分析是正确的。     

Offshore wind farm with a series multiterminal CSI HVDC

This paper presents an integrated design of an offshore wind farm and an interconnection circuit based on a series multiterminal HVDC link with current source inverters (CSI). The transmission converters are used to achieve variable speed operation for a group of generators, and this enables use of very simple generators. The series converter connection eliminates offshore transformers. The paper discusses the control systems for both, generator side and grid side converters. A 200 MW wind farm is simulated on PSCAD/EMTDC platform and the responses confirm satisfactory operation for a range of wind speed changes. It is shown that each generator group can operate with a different and optimal frequency and that wind variations on individual units cannot jeopardize system stability. The main challenges for the proposed topology are system insulation and management of transmission line losses, and the paper studies some possible solutions.