开关磁阻电机定子铁损分布的时步有限元分析

以一台5.5 kW,12/8结构开关磁阻电机做为研究对象,结合转速电流双闭环驱动电路,建立二维瞬态电磁场-控制电路耦合计算模型,基于电磁场理论,采用时步有限元法,对不同负载转矩下的定子铁心损耗和磁密进行计算和分析。通过所建转速电流双闭环驱动电路,对比分析传统开环驱动电路在不同负载情况下开关磁阻电机定子铁心的磁密和损耗变化规律,研究电机在额定负载情况下,定子铁心不同区域的损耗的变化规律,结果表明在额定工况下,定子齿顶部分的铁心损耗密度最大,远大于其他3个定子所分区域,但定子齿顶部分的铁心损耗占定子铁心总损耗最少。开关磁阻电机在其他3种工况运行时,定子各区域分布规律与额定工况时相同。最后通过样机实验,将实验测量值与计算值进行对比,验证了计算方法的正确性。     

非晶合金永磁电机负载损耗及效率特性分析

为了研究采用非晶合金材料代替硅钢片材料制作铁心后,永磁电机在负载运行时的损耗与效率的变化规律,研制了两台相同结构尺寸参数的非晶合金永磁电机和硅钢片永磁电机。利用实验方法测试了两台电机在相同运行工况下的损耗与效率特性,并借助有限元方法对两台电机不同负载率时的损耗进行了对比分析。结果显示,轻载时,非晶合金永磁电机定子铁心损耗低于硅钢片电机,效率优势明显;但随着负载率的增加,非晶合金电机定子铁心饱和严重,导致绕组磁动势波形畸变,由绕组磁动势谐波引起的损耗高于硅钢片电机,非晶合金电机效率优势随负载率的增加逐渐减小。     

基于软磁复合材料的轴向磁通永磁电机的铁耗分析

无磁轭分块轴向磁通永磁电机具有体积小、径长比高、功率密度高、转矩密度大、铁心材料用量少、铁心磁路短等优点,尤其是应用于空间小的场合时,其技术优势更加明显。但随着电机频率的增大,电机铁耗也不断上升。为了降低电机铁耗,可选用软磁复合材料(SMC)取代传统硅钢片。与传统硅钢片相比,SMC具有涡流损耗低、易于成型等特点。将轴向磁通电机的定转子铁心分别选用SMC材料与硅钢片材料,通过仿真对比转矩和铁耗,并考虑不同频率的影响,验证了在高频率下SMC电机具有更为显著的低铁耗优势。     

损耗极小的内置式永磁同步电动机直接转矩控制

为解决永磁同步电动机驱动系统在轻载运行时效率偏低的问题,给出了一种损耗极小的永磁同步电动机直接转矩控制方案。该策略通过分析电动机损耗与转速、转矩和定子磁链的关系,建立了考虑铁心损耗的永磁同步电动机模型,根据该模型推导出了使电机电气损耗极小的最优定子磁链表达式,将最优定子磁链计算模块嵌入直接转矩控制系统,从而实现了永磁同步电动机直接转矩控制调速系统的损耗极小。实验结果表明该控制方法不仅保持了传统直接转矩控制动态响应快的特点,而且能够提高电机在轻载运行时的效率。     

高速永磁同步电动机铁耗分析

为分析高速永磁同步电动机定子各区域的铁耗分布情况,以一台额定功率为250 k W、额定转速为67 002 r/min的高速永磁同步电机为例,建立高速永磁同步电机的二维有限元计算模型,对定子区域进行划分,研究一个周期内各个区域径向磁密和切向磁密的变化规律,采用不同的铁耗计算模型计算出定子铁心各区域铁耗的分布特性,将定子铁耗计算结果与有限元计算结果相比较,并进一步分析高速永磁同步电机的铁耗密度分布特点。计算结果表明,高速永磁同步电机稳定运行在较高的频率时,定子铁心中的涡流损耗占总铁心损耗的比重最大,附加损耗占比最小。当考虑旋转磁场和谐波分量的影响时,定子铁心损耗的大小明显高于仅考虑交变磁场影响时的损耗,更接近有限元计算结果。虽然定子齿顶的铁耗最小,但该区域的损耗密度最大,此外,定子铁心的各个区域还存在大量的谐波铁耗。此研究可为后续高速永磁同步电机设计提供一定参考。     

内置式永磁同步电机的效率最优直接转矩控制

为提高内置式永磁同步电机驱动系统的运行效率,提出了一种内置式永磁同步电机的效率最优直接转矩控制方法。在建立计及定子铁心损耗的内置式永磁同步电机模型的基础上,分析了电机损耗与转矩、转速和定子磁链的关系,导出了不同运行工况条件下效率最优定子磁链幅值的计算式。通过动态调节定子磁链给定值,实现了内置式永磁同步电机直接转矩控制系统的效率最优控制。实验结果表明,给出的优化控制策略在保持直接转矩控制快速动态响应特性的同时,可有效提高电机的运行效率。     

新型外转子Halbach永磁阵列定子无铁心电机设计与分析

具有气隙磁密正弦、磁密高等优点的halbach阵列永磁外转子电机应用于飞轮储能系统的电动/发电机可以有效提升系统集成度,简化系统结构,提高系统功率密度。本文研究分析新型外转子halbach永磁阵列定子无铁心电机的转子结构和定子绕组设计方法;通过有限元方法分析了磁场分布和定子绕组损耗;研究定子绕组区域磁场分布变化特征,采用每匝绕组线圈内部导体换位技术有效抑制线圈导体内部之间的环流;最后,通过场路耦合方法分析定子绕组电流对转子永磁体涡流损耗影响。本文优化设计的200k W外转子halbach永磁阵列定子无铁心电机的机电能量转化效率高达99%以上。     

深海用永磁同步电机硅钢片磁特性及铁损研究

磁特性是反映硅钢片性能的一个重要指标.在深海用电机中,定子铁心承受巨大的深海应力,硅钢片的磁特性将发生变化,导致电机铁耗发生变化.针对深海用电机定子硅钢片磁特性发生变化而导致电机铁耗发生变化的问题,通过有限元方法计算定子铁心在不同压强下的应力分布,计算结果与电磁场耦合,计算了不同压强下定子的铁心损耗.通过实验,测试了硅...     

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。     

考虑转子异步损耗的永磁同步电机高效率控制研究

永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor）功率密度高、转动惯量小、动态响应快,广泛用于电动汽车的驱动、伺服系统和工业等场合。考虑了电机在加速、减速等动态工况工作时产生的转子异步损耗,实现永磁同步电机损耗最小控制,建立了考虑转子异步损耗的永磁同步电机模型,采用数值方法求解电机模型;以电机输入功率最小为目标函数,通过基于模型的黄金分割算法在线搜索当前工况下的最优定子磁链,避免搜索过程中电机的抖动。结果表明,与传统的最大转矩电流比和弱磁控制相比,在加速、减速时总损耗都有明显降低,在额定转速以上响应更快,转矩动荡小。所提出的控制策略实现了动态工况下电机损耗最小,达到了节能的目的。     

非晶合金铁心叠片导热系数测试与电机热分析

为了研究定子铁心采用非晶合金材料对永磁电机温度分布的影响,首先基于无限大平板层法对两种叠压系数非晶合金铁心试样轴向叠片的导热系数进行测试;然后利用电磁场软件对两台定子铁心分别采用非晶合金材料和硅钢片材料、其余结构尺寸完全相同的1.6 k W永磁同步电机的损耗进行计算,在此基础上对两台电机的三维温度场进行仿真分析,并对比分析了硅钢片电机和非晶合金电机的温度分布规律;最后对这两台电机进行了温升试验,并将试验数据与计算结果进行对比,验证了分析、计算的有效性。     

一种内置式永磁同步电机直接转矩控制系统的效率优化方法

提出了一种适用于内置式永磁同步电机(IPMSM)直接转矩控制驱动系统的效率优化方法。基于考虑铁心损耗的IPMSM模型,对电机损耗与运行转速、电磁转矩以及定子磁链三者之间的关系进行了研究分析。根据典型的IPMSM直接转矩控制不使用零电压矢量的特点,对电机功率损耗计算式进行了简化,推导得出在一定运行工况条件下IPMSM的效率最优定子磁链幅值。仿真结果验证了该方法不仅可以保持直接转矩控制动态响应的快速性,而且有效地提高了电机在稳态运行时的效率。     

取向硅钢片近极槽数永磁同步力矩电机转矩分析

现代装备制造需要力矩电机转矩密度进一步提升的同时抑制转矩脉动,结合近极槽永磁环形力矩电机的特点,提出一种应用取向硅钢片的拼块式定子铁心结构。利用取向硅钢片沿轧制方向导磁性能优异的特点,提升定子铁心磁通密度,继而提高电机的转矩密度。同时取向硅钢片垂直于轧制方向导磁率低,又更好地抑制了电机的齿顶漏磁,因而减小了电机的转矩脉动。对以上提出的方法进行了验证,有限元仿真结果与理论分析基本一致,证明了方法的合理性和有效性。     

基于裂比的非晶合金永磁电机设计技术

非晶合金材料电磁性能优异,应用于电机领域能显著降低电机铁心损耗,提高电机效率。针对非晶合金材料的特点,基于永磁电机基本设计理论,推导了非晶合金电机铜耗与铁心损耗的解析表达式。基于非晶合金永磁电机损耗的解析表达式对非晶合金永磁电机裂比(定子内外径之比)、磁密比值(气隙磁密与铁心磁密之比)的设计进行了研究,得出了非晶合金永磁电机裂比、磁密比值的设计规律。在对非晶合金永磁电机设计规律研究的基础上完成了一台非晶合金永磁电机的设计并进行了试验。所做的研究对非晶合金电机的设计及优化具有一定的参考价值。     

横向磁通永磁直线电机损耗的研究

针对三维磁场下的横向磁通永磁直线电机定子铁心损耗和永磁体涡流损耗展开研究,百无给出了电机空载时的三维磁场分布图及各点的磁密波形变化规律,分析在匀速运动下速度大小、负载电流大小以及电流超前与滞后控制方式对电机定子铁心损耗的影响;其次给出了横向磁通永磁直线电机三维涡流场的数学模型,通过有限元数值计算分析空载、负载两种情况下涡流损耗随速度的变化规律;最后搭建了电机铁心损耗实验平台,通过样机空载实验与数值计算结果对比,验证铁心损耗数值计算的合理性.     

永磁同步电机齿槽转矩的优化分析

基于有限元分析法,针对现有额定转速为80000 r/min的永磁同步电机,由于齿槽转矩是固有特性,在绕组不通电的情况下,计算了现有的高速永磁同步电机的电磁场分布情况及齿槽转矩的幅值;根据不同位置时电磁场磁密曲线的差异,分析了产生齿槽转矩的原因.接着针对通过改变电机永磁体的极弧系数和定子不同齿形、齿宽等相关参数,讨论不同...     

新型盘式横向磁通永磁风力发电机的设计与分析

横向磁通永磁电机具有电及磁负荷解耦、功率密度转矩密度高的优点，极适合低速直驱场合。本文基于小型风力发电提出一种新型盘式横向磁通永磁发电机，由于采用了软磁复合材料与叠片硅钢材料组合定子铁心盘式结构，电机在具有横向磁通电机优良性能的基础上，还具有低的轴向长度和很低的漏磁和较高的运行效率。本文首先介绍了该电机的结构和原理，并给出了尺寸方程的推导公式，基于此，利用三维电磁场有限元方法分析了该电机空载状态下的气隙磁密、磁链、空载反电势波形及负载输出转矩波形。最后，根据理论计算，设计研制了一台盘式横向磁通永磁发电机样机，并进行了初步试验，进一步验证了电机性能的优越性。     

电动汽车用永磁同步电机铁耗计算

为了研究电动汽车永磁同步电机损耗,借助有限元分析软件,依次用正弦等效法、径向切向法和傅里叶分解法逐渐精确分析了永磁电机的磁密波形,从而准确计算出铁心损耗值。用一台额定转速4 500 r/min的永磁电机进行损耗试验及分析,并将分离出的铁耗值与三种方法的计算值比较,验证了三种方法的计算值越来越接近实测值,为进一步进行电机优化设计、减少电机损耗和温升研究奠定了基础。     

材料饱和特性对永磁电机性能的影响研究

针对非晶材料饱和磁密低,非晶永磁电机性能易受铁心饱和作用影响的问题,本文提出了饱和磁密解析模型用以分析定子铁心齿部饱和作用产生的影响,该模型的特点是利用饱和前后气隙磁密的比率代替实验实测的电压比率求解出饱和系数,从而实现在电机初始设计阶段饱和效应对电机性能影响的分析与研究。基于该饱和磁路解析模型分析了定子铁心饱和对非晶永磁电机绕组电感、谐波电流以及逆变器供电情况下由载波引起的损耗的影响规律。     

定子无磁轭模块化轴向磁通永磁电机研究进展综述

定子无磁轭模块化(yokeless and segmented armature,YASA)轴向磁通永磁电机具有功率密度和转矩密度高、效率高、轴向结构紧凑、易于维修的优点,在电动汽车、风力发电等领域有广阔的应用前景,已有大量文献对YASA电机进行分析研究。该文基于国内外对YASA电机已开展的研究工作,介绍该类电机的典型拓扑结构,并从电机电磁特性计算方法与性能优化、损耗分析与抑制技术、温升与散热研究、齿槽转矩削弱技术、结构强度校核与制造偏差分析,以及定子铁心材料选取等方面进行综述,并对该类电机当前的应用情况进行整理。最后,基于YASA电机的研究现状,对未来研究的发展趋势进行展望。