表贴式永磁同步电机转子涡流损耗解析计算

针对谐波电流引起的转子涡流损耗在某些表贴式永磁同步电机中可能会引起很高的温升的问题,研究了一种永磁同步电机转子涡流损耗的解析计算方法,该方法考虑了转子电枢反应和电机有限长的影响.在二维直角坐标系下,建立电磁场方程,通过对电磁场方程的解析求解得到转子涡流损耗的解析表达式.通过一个端部系数来等效电机有限长的影响.针对转子涡流损耗测量困难的问题,采用了一种能准确分离出转子涡流损耗的间接测量方法.实验结果表明所提出的解析计算方法可行.     

基于转子凸极跟踪的无位置传感器永磁同步电机矢量控制研究

在分析高频电压信号激励下永磁同步电机数学模型的基础上,研究了一种基于凸极跟踪的转子位置自检测方法.文中讨论了高频电压信号的注入方式、提取,包含转子位置信息的高频负序电流的外差解调算法以及转子位置跟踪观测器的构成,并对一台内插式永磁同步电机采用旋转高频电压信号注入方式检测转子空间凸极的信号提取全过程进行了实验研究,成功地实现了该电机的无位置传感器矢量控制运行.实验研究表明,基于凸极跟踪的转子空间位置检测方法能准确地观测出转子的空间位置和速度,以此机理实现的永磁同步电机无传感器矢量控制也具有良好的静、动态运行性能.     

PWM控制永磁同步电机电压偏差下的损耗研究

永磁同步电机通常采用变频器进行驱动,长线路运行时易受供电质量影响出现电压偏差。为探究电压偏差对永磁同步电机损耗的影响,本文以一台50k W永磁同步电机为例,采用有限元法对其在变频驱动PWM控制时额定负载下电压发生偏差情况进行了数值计算与分析。着重研究了定子与转子铁心磁密及绕组电流的基波和谐波分量,得出了定转子铁耗、绕组铜耗以及永磁体涡流损耗的分布特性;同时,选取A相电流进行仿真并与实验测量相对比,以验证研究方法的正确性。结果表明,随着PWM控制时电压的增大,定转子铁耗、永磁体涡流损耗以及绕组铜耗均呈增加趋势。数值计算结果与实验数据相吻合。此研究可为电机设计优化提供一定参考。     

新型PMSM最小功率损失控制及铁损电阻辨识方法

针对考虑铁损电阻的表贴式永磁同步电机的损耗问题,提出了一种新型的铁损电阻辨识方法。通过分析,建立了包含铁损电阻的电机数学模型。对电机d-q轴等效电路和电流节点的分析后,推导出了一种基于搜索法的铁损电阻辨识方法。并针对该辨识方法,提出了一种基于电机损耗模型的最小功率损失控制策略,推导出了在损耗最小时d-q轴电流的关系。最后,对这种辨识方法和最小功率损耗控制策略进行了实验验证,实验结果表明该方法实现了对铁损电阻的辨识,并验证了这种新型的最小功率损耗控制策略的有效性,提升了永磁同步电动机的效率。     

脉振高频电压注入PMSM凸极特性实验检测研究

针对传统方法在研究永磁同步电机不同工作点下的凸极特性及分析其受交叉饱和效应影响的程度时通常采用耗时巨大的有限元仿真分析或复杂繁琐的实验方法的问题,提出了一种较为简便的永磁同步电机凸极特性实验检测方法。依据旋转坐标变换理论,通过向转子锁死的永磁同步电机注入脉振高频电压信号,解调高频响应电流信号,可以快速测得不同工作点下电机的凸极特性。通过对一台内置式永磁同步电机的实验研究验证了该方法的可行性,实验结果表明该方法能够准确检测不同工作状态下电机的凸极特性并分析由交叉饱和效应造成的交叉饱和角的大小。     

内置式永磁同步电机转子初始位置检测方法

针对无位置传感器内置式永磁同步电机的转子初始位置检测问题,提出一种基于旋转高频电压注入法和恒定磁场定位法的永磁同步电机转子初始位置检测方法。基于凸极跟踪的原理,通过注入旋转高频电压信号的方法获得估计转子位置,在此基础上,采用恒定磁场定位法对估计转子位置的磁极极性进行判断,实现对估计转子位置的极性校正,并且补偿估计转子位置的偏移误差,从而得到转子初始位置。在实验平台上进行了实验验证,实验结果表明文中提出的方法能够快速且准确地检测出转子初始位置,实现永磁同步电机无位置传感器可靠起动。     

储能飞轮用大功率高速永磁同步电机电磁设计

储能飞轮用高速电机的工作状态包括电动机、发电机及空载三种。提高储能飞轮的能量转换效率、降低电机在各种运行状态的损耗成为其电磁设计的主要任务。从工程应用的角度,对储能飞轮用大功率高速永磁同步电机的绕组损耗、铁心损耗及涡流损耗进行了分析,重点分析了定转子间隙对转子构件涡流损耗的影响,同时提出了一种阶梯式转子永磁体结构,可满足永磁同步电机(PMSM)对空载反电动势的低谐波要求,并提出了转子护套材料的选取原则。最后通过一个算例介绍了电机的设计分析及性能参数的计算。     

永磁起动/发电机在弱磁条件下磁场与涡流损耗分析

涡流损耗是导致永磁同步电机热退磁的主要原因,同时电动汽车应用场合常处于弱磁状态,对比不同转子结构的永磁同步电机在弱磁状态时的涡流损耗具有研究意义。本文选取内置式V型和双V型两种转子结构的35 kW的永磁同步电机为研究对象,在永磁体用量与分块相同的前提下,建立二维有限元模型,分析不同弱磁条件下的两种转子永磁同步电机磁场变化规律与永磁体涡流损耗之间的关系。结果表明,在相同弱磁条件下,双V型转子结构的电机凸极率大28%,弱磁性能好,永磁体磁体涡流损耗小40%。最后,制作V型转子集成起动/发电机样机,并采用空载反电势压降法进行实验,实验结果与仿真结果趋势相同,验证了仿真分析的有效性。     

轴向磁通永磁电机转子支架涡流损耗研究

对轴向磁通永磁电机转子支架的涡流损耗进行分析,研究了几种不同电导率的转子支架材料对涡流损耗的影响,提出了通过优化转子支架的材料来抑制转子涡流损耗的具体策略。以一台样机为例,通过建立的理论公式对模型损耗的理论推导,运用ANSYS Maxwell进行有限元分析,得出转子支架的涡流损耗,样机实验验证了优化转子支架材料对抑制转子涡流损耗的作用。结果表明,优化转子支架材料可以有效抑制转子上的涡流效应、降低转子温升,该研究对实际工程应用具有积极意义。     

永磁同步电机磁钢涡流损耗模型及其衡量指标

针对高功率密度永磁同步电机在高转速下,所存在的较为严重的转子磁钢涡流损耗及其失磁风险问题,采用涡流场理论及麦克斯韦方程提出一种改进型的磁钢涡流损耗数学模型,可以对表贴式永磁同步电机涡流损耗进行定量分析;并根据分析结论,总结了与涡流损耗相关的关键影响因素,提出衡量磁钢内涡流损耗的技术指标。利用该指标可以指导电机极槽配合、磁钢厚度等电机设计关键参数的设计。同时有限元分析结果表明,该指标也可以用于内置式永磁电机磁钢涡流损耗的衡量;利用此指标对几种极槽配合电机结构进行了对比研究,验证了涡流损耗指标的有效性。     

永磁同步电机转子位置辨识研究

传统脉振高频电压信号注入法在估计永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,简称PMSM)转子位置时,因无法辨识转子N/S极而存在位置估算可能相反的问题。利用电机磁场的饱和效应,提出了一种新型转子位置辨识方法,通过分析包含转子位置误差信息的二次高频电流分量,对转子永磁体磁极极性进行判别,结合传统方法,准确辨识出转子位置。对一台凸极式PMSM进行了转子位置估计实验,验证了该方法的有效性。     

PWM逆变器供电引起的轴向磁通非晶电机谐波损耗的解析计算

非晶合金材料具有出色的低损耗特性,适于用作高频电机的铁心,但PWM逆变器供电会导致高频电机谐波损耗严重增加。在电机初始设计阶段,快速准确计算出谐波损耗是轴向磁通非晶合金永磁电机设计及优化的关键。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的计算方法,推导了考虑PWM逆变器供电高次谐波电流影响的气隙磁通密度解析计算方法,并在此基础上推导了定子铁心损耗及考虑涡流反作用影响的转子涡流损耗的解析计算方法。将谐波损耗的解析计算值与样机实验值以及3D有限元计算值进行对比,结果显示谐波损耗的平均计算误差仅为9.69%,解析模型具有较高的计算精度。     

磁性槽楔对永磁电机转子损耗及温度场影响

针对实心转子高压永磁电机定子铁心开槽会导致气隙磁导不均匀,气隙中谐波磁场引起电机转子温度升高,影响永磁体的电磁性能的问题,以一台315 k W,6 k V实心转子高压永磁电机为例,建立了样机的二维电磁场时步有限元模型及三维全域流体与固体耦合传热数学模型,给出了求解域及边界条件,通过求解计算模型,将计算数据与实验数据进行了对比,验证了所建模型的正确性。在此基础上研究了槽楔相对磁导率分别为3、5、7、9时对转子表面涡流损耗的影响,分析了磁性槽楔相对磁导率为不同值时电机转子及定子各部分的温度分布,计算结果表明定子槽楔相对磁导率数值的增加,电机的起动转矩降低,转子铁心涡流损耗逐渐减小,电机定子各部分温度先减小后趋于稳定。     

永磁同步电动机DTC的初始转子位置估计方法

高性能的永磁同步电动机直接转矩控制需要准确知道电机的初始转子位置,如果初始转子位置估计误差超过了30°电角度,会导致电机起动失败。在永磁同步电动机数学模型的基础上,利用注入高频信号的方法来实现对凸极式永磁同步电动机初始转子位置的准确估计。该方法通过向定子绕组注入高频电压信号,对产生的高频电流分量进行分析和处理,并加入电机的磁极检测,从而实现对永磁同步电动机转子初始位置的准确估计。仿真结果证明了该方法可以准确地估计出永磁同步电动机初始转子位置,具有较好的鲁棒性。     

紧圈对无刷直流电动机转子损耗及温升的影响分析

表贴式无刷直流电动机的永磁体和紧圈如果采用电导率较高的材料,在时间和空间谐波的影响下可能会产生明显的涡流损耗。利用有限元法计算了紧圈分别采用不锈钢和碳纤维两种电导率不同材料表贴式无刷直流电动机的转子涡流损耗,基于计算得到的涡流损耗利用解析集总参数热网络法对两台电机进行了热场分析,并通过实验验证了仿真结果。通过研究发现,采用碳纤维紧圈的电机转子涡流损耗明显减小,转子发热有效改善。     

高频信号注入无速度传感器永磁同步电机控制系统

介绍了一种基于脉振高频电压信号注入的永磁同步电机转子位置和速度估算方法,并以此为基础实现了永磁同步电机的无速度传感器矢量控制系统.无论是内埋式还是表面贴式永磁同步电机,其交直轴高频阻抗都可以表现出凸极效应,当脉振高频电压信号注入到定子线圈中时,相应的高频电流信号将包含有转子的位置信息,用一种合适的算法可以提取这一信息.在高速和低速(包括零速)运行时,这种方法都可以精确地估算出转子的位置.最后,以内埋式永磁同步电机为例,给出了这种方法的仿真结果,验证了这种方法的有效性.     

实心笼型异步电机转子涡流分析与计算

使用ANSYS软件建立实心笼型异步电机二维有限元模型，分析考虑磁路饱和情况下电机起动时转子中涡流的分布情况，计算转子笼条和实心体中的涡流损耗。通过场分析方法对该种电机进行研究，为电机参数的计算、结构的改进及控制系统的设计提供可靠依据。     

实心笼型异步电机转子涡流分析与计算

使用ANSYS软件建立实心笼型异步电机二维有限元模型,分析考虑磁路饱和情况下电机起动时转子中涡流的分布情况,计算转子笼条和实心体中的涡流损耗。通过场分析方法对该种电机进行研究,为电机参数的计算、结构的改进及控制系统的设计提供可靠依据。     

卡尔曼滤波用于低速下PMSM检测转子位置

将卡尔曼滤波理论和高频信号注入法结合起来,利用高频信号注入法检测电机凸极效应跟踪转子位置,设计卡尔曼位置观测器,消除系统噪声和测量噪声的影响,来准确观测低速及零速情况下无位置传感器永磁同步电机的转子位置。通过仿真验证表明,在有系统噪声和测量噪声的情况下,基于卡尔曼位置观测器的脉动高频信号注入法能够有效去除干扰噪声,精确地跟踪转子位置。