大功率永磁同步电机磁热耦合分析

本文以一台160kW永磁同步电机为研究对象,根据电机的结构参数在电磁仿真软件中建立了电机的有限元仿真模型,计算出电机在额定工况运行下的电磁场及铁耗和铜耗的分布情况。将三维模型导入到温度场仿真软件中并计算出各主要部分的体积,结合铁耗和铜耗的计算结果求出电机各主要部分的生热率,进而求出电机在额定工况下稳定运行后电机各部分的温度分布情况。在此基础上对电机进行温升实验,将两者结果进行对比,二者结果基本一致,证明磁热耦合仿真在分析电机内部温度场分布时准确性满足要求。     

永磁同步电机损耗分离方法研究

永磁同步电机的性能优化是变频空调能效提升的重要手段,而电机各项损耗的准确预估及规律探究是电机性能优化的基本条件。通过对电机进行二维有限元计算,分别获得铁耗和电流,电流经过后处理得到铜耗,更进一步,通过加载实测电流波形计算出谐波影响下的铁耗。设计并优化损耗分离试验,用实验法测得各项损耗值,并与有限元计算结果分析对比,分析仿真与实测结果之间的修正系数,指导电机的性能优化设计。     

考虑铁耗电阻的感应电机参数在线辨识技术

传统感应电机高性能控制方案中,电机模型忽略了电机铁耗的影响,与实际物理模型有一定的偏差。基于包含铁耗等效电阻的感应电机模型,建立新的励磁电流计算方法,对电流和电压信号进行高精度的采样和离散处理,并对电机模型进行数学推导,得到基于递推最小二乘法(RLS)的辨识模型,实现了对铁耗电阻、转子电阻等重要电机参数的在线辨识。建立了MATLAB仿真模型,对参数辨识算法进行验证。仿真试验结果表明:所提方法可以在不同工况下实现较高精度的辨识,并可以快速地跟随待辨识参数的变化,为感应电机高性能控制奠定了基础。     

电动汽车驱动非晶开关磁阻电机静态测试与性能仿真

试制了1台8 k W电动汽车驱动非晶开关磁阻电机(SRM),并对其进行了静态性能测试。使用有限元方法对电机在低速大扭矩及高速小扭矩共计4种工况下的铁耗、铜耗、扭矩和效率等性能进行了仿真计算。结果表明,相对于硅钢,非晶合金的高磁导率特性可有效保持SRM在高频激励条件下的相电感值;非晶合金的低损耗特性可有效降低电机铁耗值,尤其在铁耗为电机主要损耗的高速小扭矩工况下,可显著提升电机效率(3%~9%)。然而,非晶合金的饱和磁密较低,非晶电机的磁链-电流曲线相对于硅钢电机会有区别,应在其工作磁密、结构尺寸及控制参数上进行调整和优化以获得最佳性能。     

基于 场路耦合的调速永磁同步电机损耗及温度场分析

基于ANSYS/Maxwell、Simplorer和MATLAB/Simulink仿真平台搭建了调速内嵌式永磁同步电机（IPMSM）场路联合仿真模型,进行了最大转矩/电流（MTPA）和弱磁调速控制策略下电机场路耦合仿真,得到了不同控制策略及不同负载状况下电机动态特性;采用三项铁耗分离模型,计算了不同工况下考虑谐波时的定子铁耗、转子铁耗、永磁体涡流损耗;搭建样机三维温度场有限元模型,通过有限元电磁场与温度场双向耦合仿真,分析了电机在不同工况下的温度场分布;实验结果验证了损耗及温度场分析结果的正确性。     

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.     

绕线方式对永磁同步电动机温度场的影响分析

定子绕组铜耗是引起电机温升的主要原因之一,绕组绕线方式的不同产生的绕组铜耗不同,进而对电机温升的影响不同。为研究绕线方式对永磁同步电动机温度场的影响,以单层同心式绕组和双层叠式绕组为例,采用Ansoft软件建立了两种绕线方式的永磁同步电动机模型并仿真计算电机铜耗和铁耗,利用Ansys Workbench软件仿真计算了两种绕线方式的电机温度场,通过对比温度场结果数据,得出在额定载荷下双层叠式绕组对永磁同步电动机温升影响较大。     

永磁同步电动机铁耗计算方法分析

铁耗是永磁同步电动机的主要损耗之一。相对于其他损耗,铁耗是较难准确计算的,因此选择合理的铁耗计算方法就显得尤为重要。详细地讨论了影响铁耗时域计算方法准确度的主要影响因素,铁耗系数的提取方法,对于多种电机铁耗的时域有限元计算方法进行了对比。结果显示,采用电机与控制联合仿真的方法计算值与实测值较为接近。     

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。     

基于铁耗占比的混合励磁电机速度分区损耗最小控制策略

为了进一步提高混合励磁同步电机运行效率,该文提出一种基于铁耗占比的速度分区损耗最小控制新方法,通过电枢和励磁电流的协调控制实现电机损耗最小运行。首先运用有限元仿真计算铁耗与电枢电流、励磁电流和转速之间的响应关系,其次采用逐步回归法得到铁耗的三元三次多项式回归模型。在此基础上,引入铁耗占比概念,提出一种新的速度分区方案。接着基于自抗扰控制思想对转矩进行观测,通过转速估算所需电磁转矩,为电流分配提供更加合理的依据。最后对电机不同工况下损耗最小优化模型分析并进行仿真和实验验证。结果表明,与传统混合励磁电机控制方法相比,所设计的基于速度分区的损耗最小控制新方法能够有效地降低电机损耗。     

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。     

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。     

单相串励电动机稳态和瞬态性能分析

分别采用等效磁路法和瞬态有限元法,分析与研究了一台食物搅拌机用单相串励电动机稳态性能和瞬态性能。首先给出了该电机等效电路和等效磁路,采用等效磁路法得出电机稳态性能参数。然后采用二维瞬态有限元法优化定子结构,得出电机输入电流、电磁转矩和输入功率等瞬态性能参数以及电机起动过程曲线。为精确获得铁耗,对铁耗进行分解,用二维瞬态有限元法计算得到各项铁耗,并与三维瞬态有限元法计算结果进行比较。最后对电机进行性能测试。电机实测结果与计算结果的一致性验证了计算结果的正确性。     

大功率电动摩托车驱动用高功率密度永磁同步电机损耗分析与计算

高功率密度永磁同步电机由于其体积小、功率密度大、效率高、调速范围宽等诸多优点,特别适合作为大功率电动摩托车驱动电机。然而,大功率电动摩托车工况多变,作为大功率电动摩托车驱动电机,电机的负载以及转速变化剧烈,电机的损耗情况复杂。针对不同负载以及转速下的电机的电磁损耗计算显得尤为重要。本文以一台大功率电动摩托车用高密度永磁同步电机为例,基于对损耗的理论分析,利用时步有限元法,对不同负载下的电机铜耗,不同供电情况下的定转子铁耗以及永磁体涡流损耗进行了详细分析与计算。研究了变频器产生的时间谐波对铁耗以及永磁体涡流损耗的影响。随着转速的增加,时间谐波产生的附加铁耗占总铁耗的比例逐渐增大,电机高速运行时,附加铁耗是总铁耗的主要部分。时间谐波是产生永磁体涡流损耗的绝对因素。随着转速增加,附加涡流损耗的比例逐渐减小。本文的研究对高密度电机的效率分析、散热设计以及损耗优化提供了理论依据。     

考虑铁耗的感应电机模型及对矢量控制的影响

为了探讨感应电机铁耗所造成矢量控制器控制性能下降的主要因素,从感应电机的定、转子铁耗出发,得到d-q同步旋转坐标系下,考虑铁耗的感应电机串联等效电路,并建立了考虑铁耗的感应电机状态模型.在电机参数辨识准确的情况下,借助电机状态模型,分析得到铁耗对感应电机矢量控制的磁场定向角产生偏差,电机实际输出转矩减小,电机转速的动态响应变慢.通过Matlab/Simulink仿真,验证了分析的正确性,体现了铁耗补偿对提高感应电机矢量控制性能的必要性,并为感应电机矢量控制器的铁耗补偿算法设计提供了理论参考.     

转子轴向通风孔对高压感应电机性能的影响

为了有效降低电机温升对空空冷却方式的高压感应电机转子轭部开轴向通风孔,但原来基于磁路的算法计算出的电机铁耗、功率因数、额定电流等电磁性能与实际偏差较大;针对此问题提出基于有限元的场—路—运动耦合分析方法,以YXKK355-4、355 kW电机为例,利用电机的基本数学模型和实际的物理模型,对不同通风方式的电机建模,分析电机谐波磁场、气隙磁密等电磁参数;基于有限元的方式改进了传统三项式计算铁耗的模型,得到与试验值相近的结果;最后,基于轴向通风孔对转子磁场影响的分析结果,给出一种改进型通风孔的方案,为今后转子轴向通风孔设计提供理论依据。     

开关磁阻电机磁-热耦合仿真分析

采用有限元法对三相18/12开关磁阻电机进行了电磁场与温度场的耦合仿真。应用Ansoft Maxwell软件建立了样机的有限元仿真模型和驱动控制电路,通过瞬态场仿真得出电磁场和铁耗、铜耗分布情况,作为热源耦合到温度场分析模块。采用ANSYS Workbench软件的耦合分析功能,计算了样机的稳态温度场及各主要部件的瞬态温度曲线,并将仿真结果与实验结果进行对比。二者结果基本一致,表明磁热耦合仿真能够准确地分析电机内部的温度分布情况,为今后开关磁阻电机的设计与优化提供了基础。     

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.     

电动汽车用开关磁阻电机温度场分析研究

对一台电动汽车用110 k W水冷式12/8极开关磁阻电机工作时的温度场进行数值分析,为其在实际应用中提供可靠理论依据。利用Solid Works软件建立了开关磁阻电机三维实体模型;采用ANSYS Maxwell软件计算了电机在额定状态下的铜耗和铁耗,确定了损耗热源;借助有限元方法对电机三维磁热耦合仿真模型进行了数值分析计算,深入分析了额定运行状态时的电机温度场分布规律。分析结果表明,在额定工况下,电机内部温度符合电机的热设计要求,为该类电机应用在电动汽车上提供了可靠的理论依据。     

高速电机绕组交流铜耗的计算与测量

高速电机具有体积小、功率密度高、运行效率高等优点,但在高频电流和磁场的作用下绕组的交流铜耗会显著增加,特别是大功率高速电机,由于导线较粗,交流铜耗效应更明显,对电机性能产生较大影响。影响交流铜耗大小主要有3个因素:集肤效应、临近效应和外部磁场。本文首先通过有限元仿真确定了外部磁场对交流铜耗的影响远大于集肤效应和临近效应。接着,本文搭建了实验装置,测量外磁场作用下多股线中产生的交流铜耗,并将实测值与有限元仿真结果进行对比,结果能够较好的吻合,为高速电机绕组损耗的精确计算和优化提供了参考。