短时高过载永磁同步电机电磁热研究

短时高过载永磁同步电机广泛应用于航空航天等应用领域,具有高过载倍数、高动态响应和高可靠性等特点。为提高电机的极限转矩输出能力,研究分析了电负荷和磁负荷对电机过载能力的影响以及恒转速条件下绕组匝数对极限功率输出的影响;分析了过载倍数对电机损耗分布规律的影响,并分析了在常温和高温环境下,电机运行工况为长时工作制、短时周期工作制和短时高过载工作制时温升变化情况以及机壳热容量对电机温升分布的影响;最后搭建了不同环境下电机实验平台,通过实验验证了电机在不同环境温度和不同工况下温升变化情况和极限转矩条件下电流的过载倍数情况,实验和仿真分析基本一致,从而验证了理论的正确性,为短时高过载电机的设计提供了一定的理论参考依据。     

高过载永磁同步电机的电磁特性

定子铁心饱和、电枢反应限制了永磁同步电机(PMSM)输出转矩的进一步提高,在一些应用场合电机的转矩密度无法满足需求。研究了永磁同步电机的转矩特性,提高了恒转速下的转矩过载能力。首先从PMSM的输出功率入手,分析PMSM的极限输出功率与输入电流、直交轴电抗和空载反电动势的关系。接着通过改变PMSM定子和转子结构参数,分析了不同槽、极比对电机转矩过载的影响;磁钢厚度对气隙磁密以及直交轴电感的影响;定子裂比对电机电磁转矩的影响;不同齿宽对电机输出转矩的影响。由此得到高过载永磁电机的设计方法。最后进行有限元分析和电磁设计,并研制了一台10倍转矩过载的PMSM。搭建了测功机实验平台,对比测试了高过载电机以及常规设计PMSM的电阻、电感与转矩-电流特性曲线。实验分析结果与有限元计算结果基本一致,验证了理论分析的正确性。     

车用液冷机壳电机定子绕组热性能直接设计法

电动汽车驱动电机极力追求高密度轻量小型化,不断推进电机的冷却散热与热传导技术的进步与发展。为此,开展车用驱动电机的电-磁-热一体化设计方法研究,通过构建一种工程化定子热路模型提出了定子绕组热性能直接设计法及其关键热参数,并直接融入电磁设计中,强化热性能设计的同时也弥补了传统电磁设计热负荷AJ值评估热性能的缺陷。通过快速评估电机的热传导能力和绕组温升,可评估比较不同设计方案的热性能,得到电-磁-热一体化设计的最佳解决方案,从而提升电机持续运行的输出转矩。采用定子绕组热性能直接设计法,改进设计了一台液冷机壳车用永磁同步驱动电机样机,显著降低了定子绕组温升。样机温升试验验证了定子绕组热性能直接设计法及其关键热参数评估热性能的有效性。     

基于遗传算法的高过载永磁伺服电机设计与优化

提出一种具有高过载能力的内置式永磁同步电机设计方案。首先分析了影响永磁同步电机过载能力的因素，从输出特性的基本公式出发，研究了电机交直轴电抗和空载反电动势对极限输出转矩的影响方式；其次，用有限元法对上述影响方式进行验证并对比分析出在同等约束条件下，不同定子齿宽比、磁钢用量的过载能力的大小；最后, 为进一步地提高转矩而提出可供优化的参数, 并通过遗传算法对该电机进行优化后，在提高极限转矩能力的同时降低了波形畸变率和转矩波动，由此研制出一台2kW具有5倍过载能力的IPMSM。     

基于SHAP XAI的高过载永磁同步电机优化设计*

提出了一种机器人高过载无框伺服电机方案,首先从表贴式永磁同步电机的电压转矩方程出发,探讨了影响表贴式永磁同步电机过载能力的因素,通过SHAPLEY模型可解释性框架对主要影响电机过载能力的永磁体厚度、气隙长度、极弧系数、定子裂比等设计因素进行分析,得到上述设计参数对电机过载能力贡献度随不同设计方案和自身数值改变的变化规律,然后利用该模型对科尔摩根TMB(S) 6051 A无框永磁同步电机进行优化设计,最终使电机过载能力达到4.6倍。     

多相永磁电动机定子绕组短路故障动态分析

定子绕组短路故障对多相永磁同步电动机的运行有非常严重的影响,因此有必要对其进行仿真分析以便为进一步研究其对永磁体工作点的影响奠定理论基础,同时也为电机结构设计提供一定的理论依据。本文利用场路耦合时步有限元法,建立了多相永磁同步电动机的数学模型;然后通过对电机定子绕组等效电路方程和电磁场方程联立求解,计算得到了单相对地短路、两相间短路以及三相短路三种突然短路状态下的定子相绕组暂态电流、端电压以及电磁转矩波形;最后将仿真波形与实验波形相对比,证明了该数学模型和计算方法的正确性,并得到了三种短路状态下,相绕组电流和电磁转矩随时间变化规律的一些结论。     

高过载永磁同步电动机设计研究

永磁同步电动机(PMSM)的过载能力受到铁心饱和、电枢反应的制约,常规设计PMSM无法满足一些高过载应用场合的需求。分析PMSM过载能力的影响因素,研究定子裂比和气隙长度等结构参数对其影响方式,进而分析得出相关结构参数对于PMSM过载能力的影响规律。设计了1台额定功率1 kW的高过载能力PMSM,有限元仿真结果显示该电机可达到5.26倍过载能力。     

双定子永磁电机内外定子绕组相轴相对位置确定方法

确定内外定子绕组相轴相对位置是双定子永磁电机设计安装过程中必须解决的问题.本文推导了永磁电机定子绕组相轴位置与电机设计参数关系的解析表达式,并分别以整数槽、分数槽绕组电机为例,将解析表达式求解结果与槽导体电势星形图分析结果进行对比;采用有限元方法分别计算了内外定子均为分数槽和内定子为整数槽外定子为分数槽两种情况下的双定子永磁电机电磁特性;最后测试了内外定子均为分数槽样机绕组的相电动势波形.研究结果表明:解析表达式分析结果与槽导体电势星形图分析结果完全一致,有限元分析结果与实验结果吻合很好,验证了理论分析的正确性.本文所得解析表达式能准确计算永磁电机定子绕组相轴位置,适用于三相60°相带分数槽双层分布式、集中式绕组电机及整数槽绕组电机.     

定子结构型式对高速永磁发电机电磁性能影响

为了研究定子结构型式对高速永磁发电机电磁性能影响,根据一台100 kW级高速永磁发电机的结构特点,建立高速永磁发电机的二维电磁分析数学模型和物理模型.采用时步有限元法对电机稳态工作时的电磁场进行计算分析,确定电机输出功率、端电压、涡流损耗和铁耗等运行数据,并与部分实测数据进行对比.通过分析采用传统绕组结构和背绕式绕组结...     

盘式无铁心永磁同步电机矢量控制技术分析

盘式无铁心永磁同步电机的定、转子均为无铁心结构,在同等输出功率和转矩条件下,电机重量较轻,并具有过载能力强、无齿槽转矩、气隙磁场分布正弦性好、电枢反应小、参数线性等优点。作为电动机应用时,特别适合对电机体积有特殊要求且低速性能好、响应速度快、过载能力强的场合。同样,因为无铁心结构,电机定子绕组电感很小,很小的电感导致通以绕组内的电流不连续,从而产生电磁转矩脉动。该文提出一种电机外部串电感的方法,增大定子绕组回路的电感值,设计了基于转子磁场定向的盘式无铁心永磁同步电机调速驱动系统。仿真和实验结果证实了控制方法的有效性,电机转速平稳且无静差,超调量小;能够获得较大启动转矩,响应速度快。     

集中绕组永磁无刷电机的转矩研究

集中绕组永磁无刷电机由于绕组结构与常规60°相带分布绕组不同,定子磁动势的谐波含量增加,定子齿、槽的影响也加大。本文采用电机磁能虚位移原理计算电机转矩,并编制了计算软件,不仅可以计算电机的平均电磁转矩,还可以得到由谐波磁场产生的谐波脉动转矩。通过实例计算,本文还比较了整数槽绕组和分数槽绕组产生谐波转矩的情况,采用分数槽绕组可以削弱谐波脉动转矩。     

背绕式定子绕组高速永磁电机电磁性能分析

为分析定子结构对高速永磁电机电磁性能影响,建立二维瞬态电磁场数学模型,电机磁场分布主要采用有限元法,分析传统绕组和背绕式绕组结构时的电机磁场分布和性能变化,研究高速永磁电机背绕式定子绕组感应电势的变化及轭部漏磁场对铁心磁密分布的影响,对比分析定子槽口对电机主磁路漏磁通影响及引起各种损耗分布变化。结果显示,背绕式绕组会增加绕组感应电动势,并使定子轭部负载磁密略微降低;通过合理设计槽开口,能有效减小转子涡流损耗。     

盘式永磁电机定子固有频率的研究

本文介绍了一种新的解析法来计算盘式永磁电机定子的固有频率,通过实验证明了利用该解析法估算盘式永磁电机定子固有频率的可行性。通过实验,分析了定子开槽、端盖和绕组对定子固有频率的影响。最后得到一些结论,为盘式电机的模态研究打下基础。     

风力发电机绕组分布参数对过电压分布影响研究

分析永磁风力发电机绕组分布参数对电机内部过电压分布的影响,对绕组绝缘设计具有重要意义。针对永磁风力发电机定子绕组的结构特点,利用有限元分析软件建立定子槽模型并计算其分布参数。对来自变流器的陡上升沿高频脉冲电压作用下的定子绕组过电压分布特性进行仿真分析,研究绕组分布参数对匝间过电压分布的影响,并讨论改变分布参数对优化过电压分布的效果。通过对绕组分布参数的研究,提出改善绕组过电压不均匀分布的初步措施。     

变速往复周期运动模式下横向磁通圆筒型永磁直线电机损耗

作为一种新型的圆筒型直线电机,横向磁通圆筒型永磁直线电机与传统永磁直线电机相比,定子齿槽与电枢绕组空间上相互垂直,实现了电负荷与磁负荷的解耦,易于实现高力密度,在高推力密度领域具有广泛的应用前景。本文针对在变速往复周期运动模式下横向磁通圆筒型永磁直线电机的铜耗、定子铁心损耗以及动子侧永磁体内涡流损耗展开研究。首先,研究电机按正弦规律往复运动即推力正弦变化时的铜耗计算方法。其次,计算其在变速往复周期运动模式下的定子铁心损耗,为了验证计算方法的准确性,设计了铁心损耗测试方法,并对测试结果和计算结果进行了对比分析。最后,计算其在变速往复周期运动模式下的永磁体内涡流损耗。     

基于永磁电机结构设计的起/发电机过载能力研究

永磁同步起/发电机是无人机起/发电系统的核心,其电磁性能影响着起/发电系统的运行。起/发电机需要在短时间内提供足够大的输出转矩拖动发动机点火,因此,其过载能力严重影响了发动机的起动过程。研究从电磁转矩的产生机理入手,推导出电磁转矩与电机电、磁负荷乘积的比例关系;接着建立了多种不同极槽配合的电机模型,对比分析了各种电机模型的电、磁负荷,并将不同极槽配合的电机模型的电、磁负荷的乘积与其极限转矩进行对比,并对产生误差的原因进行分析。结论为不同极槽配合下电机的过载能力主要受电机的电、磁负荷及电机铁芯饱和程度影响。仿真及样机实验验证了设计的合理性,为永磁同步起/发电机过载能力的研究提供了一定的参考价值。     

分数槽永磁电机定子绕组双相短路电磁场与温度场分析

定子绕组短路故障是永磁电机电气故障的主要组成部分。以一台14 k W分数槽永磁节能电机为例,基于时步有限元计算方法,对永磁电机电磁场进行了分析计算,研究了分数槽永磁电机两相绕组相邻线圈短路对电机电磁场的影响。通过对电机内电磁场的变化,分析了线圈短路对电机输出性能、运行参数的变化规律。进一步对比分析了相邻线圈不同位置短路对电机运行状态的影响,并给出了引起电机运行状态改变的机理。最后,结合电机温度场的计算分析,给出了分数槽永磁电机两相绕组相邻线圈短路对电机温度分布的影响,所得出的结论对永磁电机故障分析与诊断具有重要意义。     

基于多目标粒子群算法的异步起动永磁同步电机优化设计

为了降低牵引电机绕组温升及改进电机外风路的流动效率,以1台机车用永磁同步牵引电机为例,根据电机实际尺寸,建立了电机外风路及定子铁心及绕组模型。基于计算流体力学（CFD）原理,数值模拟了电机外风路流场,计算出电机外风路在不同定子通风孔下的流动情况,并对定子铁心及绕组进行流热耦合计算分析,计算并分析得到了定子通风孔的最佳设计方案,为该型电机定子通风孔的设计提供了参考。     

三相永磁同步电机断相容错控制

为了提高三相永磁同步电机(PMSM)控制系统的容错能力,减小定子绕组断路故障时电机电磁转矩的脉动,提出了三相永磁同步电机断相容错控制策略。基于故障后正常相绕组电流与电压之间的关系,建立了三相PMSM一相绕组开路时的数学模型。通过分析故障前后电机的电磁转矩,提出了电磁转矩输出不变的容错控制策略,通过调整非故障相电流的幅值与相位,计算前馈零轴电压,保证一相绕组开路故障时电机的正常运行。为了提升电机故障下电磁转矩输出的平稳性,提出前馈零轴电压与中线电流闭环修正相结合的容错控制策略,实现了电机控制系统故障条件下的无扰动运行。采用转子磁场定向的方法,通过在旋转坐标系下交直轴电流控制器上增加前馈零轴电压和中线电流闭环修正,实现了一相绕组开路时的转矩脉动的补偿。实验结果表明,该文提出的容错控制算法可以有效减小三相PMSM在定子绕组发生开路故障时的电机电磁转矩脉动,提高电机控制系统的容错性能。     

电动闸阀直驱永磁电机的设计与温度场分析

针对驱动电动闸阀的电机提出的转速低、转矩密度大、工作时间短的要求,以及工作在高温高压特殊环境中的特点,采用短时工作制直驱永磁电机代替低速性能差、转矩小的感应电机,并对电机的基本结构进行了设计。较高的热负荷会使电机温升问题变得突出,因此建立了永磁电机三维瞬态温度场求解模型,通过计算出的电机定子绕组铜耗、定子铁心损耗、永磁体涡流损耗和表面散热系数,得到电机三维瞬态温度场仿真结果。