逆变器供电永磁直线同步电动机谐波分析

以脉宽调制电压型逆变器供电的永磁直线同步电动机（PMLSM）为求解对象，用分离变量法求解电动机的电流解析表达式，在此基础上分析了电动机的谐波磁场特性及逆变器供电电源产生的推力谐波分量。分析表明，电源的非正弦畸变引起电动机磁场畸变并使电动机推力产生波动。解析结果与有限元方法结果有较好吻合。     

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。     

空压机用高速永磁电机铁心和磁钢损耗的影响因素

高速电机具有电流频率高、定子铁耗和转子涡流损耗大等特点。针对额定功率10 kW、额定转速100 000 r/min空压机用高速永磁电机,对比分析了平行充磁和径向充磁、脉冲振幅调制(PAM)方波驱动和基于SiC的正弦波驱动时对损耗的影响。分析结果表明,平行充磁气隙磁密谐波小,空载定子铁心损耗比径向充磁低约40%;驱动方式对电机损耗尤其是转子损耗影响较大,正弦波驱动时转子损耗几乎可忽略,方波驱动时转子损耗占比可达总损耗的20%。针对方波驱动转子损耗大的问题,在转子表面增加一层铜屏蔽层,分析结果表明可以有效降低转子涡流损耗。对同一台带压缩机负载的高速电机对比测试了2种驱动器控制下的母线输入的有功功率,验证了驱动方式对电机损耗的影响。     

Basic Study on Loss Factor Evaluation of Concentrated Winding Permanent Magnet Synchronous Motor

This paper describes the influence of pulse width modulation (PWM) inverter harmonic loss on concentrated winding interior permanent magnet synchronous motor characteristics by using finite element method (FEM) analysis and several measurements. In the measurements, the PWM inverter harmonic loss was evaluated by using a PWM inverter and a sinusoidal power supply. By using the FEM analysis, it was confirmed that the PWM inverter harmonic mainly caused an increase of eddy current losses in the magnetic steel sheet and the permanent magnet. The results indicate that higher inductance of the motor is effective in reducing the harmful effects of PWM inverter harmonics.     

线电压脉宽调制逆变器供电异步电机性能仿真

介绍了一种线电压脉宽调制技术(LVPWM),分析了其调制原理。与传统的SPWM技术不同,这种新型的脉宽调制技术是以线电压为参考波形的。讨论了采用LVPWM方法三相桥式电压型逆变器的电压输出能力。建立了仿真模型对LVPWM进行了仿真研究。研究表明,从线电压出发控制逆变器是可行的。仿真结果证明了这种脉宽调制方法的有效性。     

PWM型逆变器输出谐波对异步电机损耗的影响分析

借助有限元法对PWM型逆变器供电的异步电机进行了损耗分析。由于逆变器整流方式的不同,产生了不同的电压波形,文中结合有限元法和异步电机的模型,对异步电机由于谐波作用产生的损耗进行了分析。通过把磁场分布分割为若干谐波分量,以找出谐波磁场的作用和主要的损耗因素。由此证明了转子表面的损耗大多由谐波产生。高次谐波使电动机产生脉动转矩,使输出机械特性变差,同时降低了传动系统运行的稳定性,并由于谐波损耗的产生,使电动机附加损耗增加,从而降低传动系统的能量转换效率。所以对异步电机必须考虑高次谐波的影响。     

变频器供电永磁直线同步电动机谐波特性分析及计算

研究了变频器输出谐波电源对永磁直线同步电动机的磁势、电流、损耗、效率等的影响,分别计算了同台永磁直线同步电动机在传统正弦波电源与变频器输出非正弦电源下的效率、功率,分析了谐波问题的影响。给出了补偿变频器输出谐波的方案,采用基于瞬时无功功率理论的ip-iq的谐波电流检测法对谐波进行检测,仿真结果为提高变频器供电电机的绝缘及永磁直线同步电动机的推广应用提供了依据。     

PWM逆变器供电磁阻电动机起动过程仿真

建立了ＰＷＭ逆变器供电磁阻电动机的数字模型，用四阶龙格－－库塔法对电机起动过程进行数字仿真计算，得到了磁阻电动机的起动特性曲线，并分析了电机和系统参数对起动过程的影响。     

逆变器供电的潜油电机的损耗分析

针对逆变器供电对潜油电机损耗的影响,利用Manab建立了逆变器的仿真电路,得到了逆变器输出高次谐波的电压频谱,并计算出了潜油电机的高次谐波作用下的铜耗铁耗.研究发现,高次谐波对电机损耗影响很大,会直接导致效率下降.     

定子无铁心轴向磁场永磁轮毂电机损耗分析及效率优化

减速装置的引入使得轮毂电机分布式驱动系统对电机本体的效率提出了更高的要求。为了实现定子无铁心轴向磁场永磁轮毂电机在其常用工况下的高效率,该文分析了利兹线和扁线对定子槽满率的影响规律,建立了不同线型绕组的交流损耗计算模型,对不同线型绕组电机的交直流铜损进行了计算与对比分析,并基于损耗产生机理提出扁线绕组分股和换位的交流损耗抑制方法。在此基础上,针对轮毂电机驱动系统的常用工况,对不同线型绕组电机的损耗和效率进行全面对比。结果表明,采用该文提出的效率优化方法可以实现扁线绕组的低损耗及电机的高效率,使用改进型扁线绕组的定子无铁心轴向磁场永磁电机适合作为减速驱动轮毂电机应用,尤其是对转矩需求较高的轮毂电机。试验结果验证了理论和仿真分析方法的正确性。     

高速永磁电机的转子涡流损耗分析

在高速永磁电机中,转子涡流损耗会使转子温度升高,影响电机效率等性能,甚至导致永磁体过热退磁.针对高速永磁电机中的转子涡流损耗问题,进行了解析分析和有限元计算,分析了产生转子涡流损耗的谐波来源,研究了不同定转子结构电机的转子涡流损耗,分析了定子槽数、槽口宽度、气隙长度、屏蔽层、定子齿开辅助槽对转子涡流损耗的影响.结果表明,增加定子槽数、减小槽口宽度、增加气隙长度可以减小转子涡流损耗;在护套和永磁体中间加一层高电导率屏蔽层能有效减小永磁体的涡流,且选择合适的屏蔽层厚度能够进一步减小转子涡流损耗;提出了使用合适宽度、深度、角度和槽型的辅助槽来减小转子涡流损耗、帮助电机散热的新方法.对高速永磁电机的研制具有重要的理论研究和工程应用价值.     

计及高次谐波影响的高密度永磁同步电机铁耗计算

在经典Bertotti三项式常系数铁耗计算模型的基础上,基于谐波分析原理,引入涡流损耗、磁滞损耗和附加损耗补偿系数,提出了一种计及高次谐波影响的高密度永磁同步电机(PMSM)铁耗计算模型。该模型中的补偿系数均随磁密幅值、频率和畸变率变化,能较好地反映基波及谐波磁场对铁耗的影响。为了验证该模型的有效性及准确性,以48槽/8极内转子和36槽/48极外转子两台PMSM为研究对象,将模型的计算值、有限元仿真结果和试验数据进行对比分析。结果表明,铁耗计算模型有较高的精度,特别适用于磁密幅值与频率变化范围大的场合。     

基于SPWM逆变器供电的电主轴电机铁损特性改进预测模型

适合电主轴电机工程设计的铁损分析预测问题目前尚未圆满解决:如谐波分析法计算繁琐,效率低,而且由于硅钢片特性实验数据的不足,难以对电主轴电机的铁损进行有效预测;神经网络预测法计算精度与可靠性依赖于实验训练的样本数;现有参数估计预测模型对谐波涡流损耗项的界定不合理,计算误差大。针对现有方法的不足,建立基于正弦脉宽调制SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation,SPWM)电压源逆变器供电的电主轴电机铁心软磁材料铁损特性改进的参数估计预测模型,对模型中谐波涡流损耗系数进行重新定义、推导和修正。对比分析了该模型、现有模型和谐波分析法的计算结果,并对电主轴电机铁心软磁材料的铁损特性进行了理论预测与实验研究。仿真与实验证实了改进模型的正确性和有效性。     

永磁同步电动机驱动系统的故障工况分析

研究了逆变器供电的永磁同步电动机驱动系统在故障状态下的运行特性 ,仿真分析了PWM逆变器开关元件断路、短路故障工况下的电流及转矩波形 ,通过对故障状态下的电流及转矩波形特征的分析可进一步实现驱动系统的故障检测与诊断。     

永磁体分割降低永磁电机涡流损耗的分析和应用

永磁体分割可有效降低表贴式永磁同步电机(SPMSM)永磁体涡流损耗,且对电机性能影响最小。分析了永磁体轴向分割和圆周向分割与永磁体涡流损耗的关系,推导了SPMSM永磁体涡流损耗解析解。影响永磁体涡流损耗的因素,包括气隙磁密、齿谐波频率(转速和槽数)、齿距、永磁体电阻率和永磁体磁导率等。根据分析结果可知,永磁体圆周向分割对降低永磁体涡流损耗起主要作用,并通过试验验证了解析解的准确性。     

基于槽极比选择的切向永磁同步电机永磁体涡流损耗抑制措施

为抑制切向永磁同步电机的永磁体涡流损耗,基于麦克斯韦方程和本构方程,对永磁体形状进行近似假设,构建了永磁体涡流损耗的估算模型。使用一种基于卡特系数概念的磁导函数来估算由于定子开槽引起的槽下磁感应强度变化。基于五台槽极比分别为1.05、1.20、1.30、2.40和3.60的电机设计方案对理论分析结论进行了验证。在负载电流和两倍负载电流下,分析永磁体损耗,得到了每台电机的径向气隙磁密曲线及其谐波含量。考虑到增加槽极比对定子铁耗和永磁体涡流损耗的削弱效果,给出了电机槽极比选择策略。研究结果表明,增加槽极比能减弱定子槽下磁感应强度变化,从而抑制气隙磁场中低次谐波含量,减小永磁体涡流损耗,使电机运行更加可靠,但也会引入更多高次谐波,从而增加定子铁耗。     

车用永磁同步电机定子铁耗的分析与优化

依据新欧洲驾驶循环工况,以减小电机中高速运行区间的铁耗为目标,对车用永磁同步电机（PMSM）的铁耗进行分析和优化。以一台额定功率35 kW的新能源汽车驱动用PMSM为对象,从电机成本和加工难度角度出发选择转子开辅助槽优化电机的铁耗;对比分析车用电机不同工况下的气隙磁密谐波含量,结合定子特征点处磁密轨迹的观测,分析高速磁场畸变对铁耗的影响;通过转子开辅助槽设计减小气隙磁密谐波,降低涡流损耗,优化齿顶铁损密度;优化后电机铁损最大可减小16%。通过负载试验验证了理论分析的正确性。     

电缆长度对PWM逆变器驱动电机端电压的影响

在建立PWM逆变器－电缆－电机高频模型基础上，通过仿真电机端子上的PWM脉冲反射波瞬间电压，建立了反射波峰值电压与电缆长度之间的关系，并给出了不同电缆长度情况下电机端电压的仿真及实验波形。     

高速永磁电机转子涡流损耗解析计算

高速永磁同步电机采用变频器供电含有大量谐波、频率高等特点导致转子涡流损耗升高,从而使电机温度上升,给散热带来困难,影响电机效率、永磁体性能等指标。针对表贴式高速永磁电机,推导转子涡流损耗的解析计算,该方法在极坐标系下建立物理模型,考虑气隙长度、护套、永磁体等子域,并为了提高模型的计算精度,考虑了涡流反应影响和定子的开槽效应。以一台15kW表贴式高速永磁电机为例,采用正弦波供电和PWM供电两种供电方式,分析气隙长度、槽开口宽度以及护套材料对转子涡流损耗的影响。将解析法的计算结果和有限元法结果进行比较,验证解析方法的准确性。     

Iron Loss Calculation of AC Filter Inductor for Three‐Phase PWM Inverters

In recent years, remarkable advancement of new power semiconductor devices, such as SiC and GaN, enables the increase of switching frequency of power converters, and hence the volume of passive components, such as ac filters and transformers, can be reduced. However, temperature rise caused by the inductor loss is increasing, and hence iron loss evaluation of the inductor is one of the most important issues to realize high power density converters. Conventionally, an improved generalized Steinmetz equation (iGSE) has proposed in order to calculate the iron loss under a pulse voltage magnetizing condition. However, accurate iron loss calculation of the ac filter inductor used in a PWM inverter cannot be realized. The authors have proposed two methods of iron loss evaluation of ac filter inductors. The first one is a loss map method which can calculate the iron loss without using a real PWM inverter. Another one is an ILA (Inductor Loss Analyzer) which can measure the iron loss in every switching period in a real PWM inverter. In this paper, comparisons of the iron loss between the ILA and the loss map method on both the single‐phase and three‐phase inverters are studied. It is found that iron loss of the ac filter inductor in the three‐phase PWM inverter which is calculated by the loss map method cause a large error on a specific condition. In order to prevent the calculation error, the authors proposed a revised loss map method and proved the effectiveness of the method.