考虑磁化及磁致伸缩特性各向异性的 感应电机铁心电磁应力分析

感应电机铁心电磁应力主要来源于硅钢片的磁致伸缩以及定转子间麦克斯韦电磁应力,在正弦及谐波激励下,硅钢片均具有较强的磁各向异性。因此,为了准确计算电机铁心电磁应力,在该文首先对无取向硅钢片在正弦及谐波激励下的磁化和磁致伸缩特性曲线进行测试;然后,建立考虑磁化及磁致伸缩特性各向异性的感应电机电磁-机械耦合振动模型,并计算电机铁心电磁应力分布;最后,通过对比有无考虑磁各向异性的电机模型计算结果,分析电机铁心的应力分布的各向异性,同时,计算了5次谐波和7次谐波注入下电机定子铁心电磁应力曲线及频谱,发现在100 Hz和200 Hz频率时,谐波对应力幅值的影响较大。     

负磁致伸缩材料对电机振动噪声抑制的分析

针对硅钢片磁致伸缩效应造成电机振动噪声问题,研究在电机定子硅钢片上打孔并填充负磁致伸缩材料来减小电机振动噪声。建立电磁-机械耦合数值模型,用有限元方法计算并分析了由磁致伸缩效应引起定子结构的振动,得到在电机定子铁心的齿根和齿尖处的振动较大;选择在应力集中的地方打孔,分别计算了填充负磁致伸缩材料Ni和SmFe_2时的应力和振动情况,计算结果显示电机定子应力和振动减小。     

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。     

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。     

高速永磁电机铁耗的分析和计算

高速电机由于高频供电,定子铁心内磁场变化频率的增高,导致铁耗增大,准确的铁耗计算显得尤为重要.本文通过实际测量有取向电工钢片不同频率和不同轧制方向的铁心损耗,对实验数据进行回归分析,确定铁耗计算模型中磁滞和涡流损耗系数.通过有限元分析,根据定子铁心不同区域磁场的变化规律,综合考虑电机中交变与旋转磁场的影响,对一台额定转速为60000r/min的高速永磁电机的铁耗进行了分析计算,并与试验结果进行了比较.结果表明,考虑旋转磁场及谐波磁场分量影响时的铁心损耗更接近实际测量值.     

轴向磁通非晶合金永磁电机空载铁耗的解析计算方法

非晶合金材料具有出色的低损耗特性,利用非晶合金替代硅钢片制作轴向磁通永磁电机铁心可有效降低电机铁心损耗,但替代后的非晶合金电机的损耗结构也将发生改变。在电机初始设计阶段,快速准确计算出电机的空载铁耗是轴向磁通非晶合金电机设计及优化的关键。该文针对3D时步有限元计算耗时长的问题,改进现有多环等效模型计算方法,推导了气隙磁密、定子铁心损耗和永磁体涡流损耗的解析解,构建了空载铁耗的解析计算模型。利用3D有限元对解析模型计算值进行了验证,结果显示解析计算模型计算误差仅为9.42%。利用该解析模型分析槽口和气隙长度对空载铁耗的影响,结果显示采用减小槽口宽度降低空载铁耗的效果更为明显。     

考虑磁致伸缩效应的电机应力数值仿真与实验

电机振动噪声的来源之一是电机定子铁心硅钢片的磁致伸缩效应。首先建立电磁-机械耦合数值模型,并在有限元分析软件中进行计算,研究磁致伸缩力单独作用与电磁力单独作用对电机定子硅钢片的影响。数值仿真结果表明:电机定子结构中磁致伸缩力为主要应力来源,定子铁心硅钢片中低频振动频率为供电频率的1倍频率与2倍频率。根据仿真思路设计实验,取出电机转子以保证主磁路通过电机定子,通过振动测量设备采集电机定子表面的振动信号进行分析,对仿真结果进行证明。计算理论与实验方法对分析磁致伸缩效应对电机定子振动噪声的影响具有重要的指导意义,对电机低噪声化的研究具有一定的学术意义和参考价值。     

混合定子铁心再制造电机三维温度场分析

针对混合定子铁心再制造电机的温度场计算问题,依据热传导及有限元理论方法,采用等效热网路法和有限元仿真法计算了再制造电机的三维温度场。分析了混合定子铁心磁密轴向分布情况,提出一种混合定子铁心铁耗的精确计算方法,计算得到混合定子不同材料段铁耗;建立了混合定子铁心再制造电机热网络模型,利用等效热网络法计算得到节点温度;计算了混合定子铁心轴向生热率,利用定子铁心按损耗分布加载的精确温度场仿真方法对再制造电机和原电机的温度场分布进行研究,得到了再制造电机的温度分布规律,并分析了原因。制造了混合定子铁心再制造电机样机并进行了温升实验,验证了计算结果的正确性。     

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。     

铁心应力对永磁电机性能的影响

针对应力引起电工钢电磁特性和电机性能参数变化的问题,依据铁磁学理论,研究电工钢应力—磁性能的变化规律与产生机理。建立电工钢法平面应力—磁性能测试平台,并通过实验测试研究,提出计及应力影响因素的铁耗计算模型。研究永磁电机转子离心与定子过盈装配应力的解析方程,并给出考虑定转子铁心应力—磁性能的永磁电机仿真计算方法。以一台车用内置式永磁同步电机(IPMSM)为算例,仿真比较电机在考虑和不考虑定转子铁心应力影响时的转矩、损耗、d-q轴电感等性能变化。通过样机试验与结果对比,验证该方法的有效性与准确性。     

探讨各种工艺因素对定子铁耗及片间绝缘电阻的影响

定子铁心是电机磁路的主要组成部份。因此除设计选材外,在制造时应合理的选择工艺参数,尽可能地减少铁心损耗,从而降低电机总损耗,提高效率,节约能源。影响定子铁耗的因素很多,除硅钢片材料本身的性能外,冲剪质量,片间绝缘状况,叠装压力等都直接影响到定子铁心的铁耗。为了定量地找出各种工艺因素对铁心损     

机械应力对取向硅钢片综合磁性能影响的实验研究

变压器铁心在运行时长期承受外施应力和高频激励的影响,由此导致的振动噪声和铁损问题日益严峻。为深入研究取向硅钢片在不同频率和应力下的综合磁性能,该文搭建了软磁材料综合磁性能测量平台,首先利用单片磁特性测量装置和应力施加装置,得到了工频下拉应力和压应力对取向硅钢片磁致伸缩、磁滞回线及铁损特性的影响。进一步研究了应力和不同激励共同影响下硅钢片综合磁性能的变化趋势,得到了不同激励、应力对取向硅钢片磁特性、磁致伸缩特性及噪声特性的影响规律。测量结果及其分析表明,拉应力对硅钢片的磁性能影响相对较小,而压应力对其影响较大;在压应力作用下,随着频率的升高取向硅钢片的磁致伸缩量有所减小,但频率、谐波含量、谐波次数和压应力的增大均导致取向硅钢片噪声增大。     

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。     

定子开口槽相对槽宽(bs1/t1)设计参数分析

根据电机气隙磁密、齿磁密等分布的相对合理性,以及电机铁心体积最小及定子槽中铜耗、齿部基本铁耗以及附加铁耗的总和最小的原则,分析定子开口槽相对槽宽bs1/t1的合理范围.     

谐波对感应电机振动影响研究

为了研究实际工况下感应电机的振动情况,对不同谐波参与下硅钢片的磁化特性和磁致伸缩特性进行测量。基于测得的本构关系,建立电机铁心的电磁-机械多场耦合模型。考虑电磁力和硅钢片的磁致伸缩效应,进行感应电机在不同谐波参与下电磁场和机械场的数值计算,以得到磁密、应力和振动的分布情况,进而分析谐波对电机铁心振动的影响,为减少感应电机的振动噪声提供有力的理论依据与计算方法。     

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。     

潜油永磁同步电机铁耗分析与计算

以潜油永磁同步电机为载体,基于磁密谐波以及旋转磁化分析电机铁耗,通过有限元计算得到两种模型在不同速度下的铁心损耗,并通过实验对电机模型进行了验证,结果表明电机损耗计算考虑磁密谐波以及旋转磁化的影响更接近于测量值。在计算类似潜油永磁同步电机铁耗时用2号铁耗模型计算。     

过盈配合对非晶合金电机铁耗影响的实验研究

为了研究过盈配合加工对非晶合金永磁电机铁耗的影响,采用实验方法测试了多种过盈量时非晶合金材料的损耗特性,并对实验结果进行了分析。给出了考虑过盈配合加工的非晶合金电机铁耗计算方法,并通过样机实验对铁耗计算结果进行了验证,进而分析了不同过盈量时非晶合金电机铁耗的变化规律。结果显示,过盈配合加工会导致非晶合金材料涡流损耗增加,非晶合金电机轭部损耗增加、温升升高、效率降低。在非晶合金电机定子铁心装配时应采用尽可能小的过盈量或不采用过盈配合工艺。     

永磁电动机不同运行条件下的损耗研究

自起动永磁同步电动机,由于其运行条件经常发生变化,致使电机内部的损耗随之改变,为了研究影响其损耗的主要因素及其在不同运行条件的变化规律,在充分考虑谐波磁场与电流的情况下,利用时步有限元方法对电机各部分损耗密度进行了准确计算,从而得到不同电压及负载条件下的定、转子铜耗与铁耗.通过对定子电流、导条电流密度以及铁心磁密的谐波分析,研究了损耗的谐波含量,进而得出了影响永磁电机损耗的主要因素及其在不同运行条件的变化规律,揭示了空间齿谐波磁场对转子损耗的重要影响.通过仿真结果与实测数据进行对比,验证了损耗计算的合理性.     

基于三相全桥电路控制的开关磁阻电机铁耗计算

基于三相全桥电路控制的开关磁阻电机为双凸极铁心结构,采用脉冲式电源供电,铁心磁密波形严重非正弦,且不同铁心部分的磁密特征有明显差异,增加了开关磁阻电机的铁耗计算难度,为此提出一种考虑直流偏置和小磁滞回环影响的开关磁阻电机铁耗计算方法。