基于耦合场的永磁电机损耗及温升分析

高密度永磁同步电机因其损耗及转子散热条件恶劣,会造成内部永磁体由于高温而产生高温退磁风险。本文利用电磁场与热场进行双向耦合仿真,分析永磁同步电机温升。在电磁仿真中进行永磁电机损耗计算,考虑定子电流谐波对电机损耗所产生的影响,以及考虑温度对电机材料属性的影响。将损耗输入温升计算模型,并不断进行电磁仿真的材料温度特性更新及损耗更新,从而得到更为准确的电机温升分布。并研究了利用流体流场因素对电机关键部位温升所产生的影响。通过样机进行温升实验,验证了仿真模型的准确性,为永磁同步电机的温升计算提供了依据。     

基于磁热耦合法的电机模型参数计算

基于有限元法与集总热网络法建立电机温升模型,仿真计算电机瞬态温升。针对电机温升模型参数繁多且计算复杂的问题,从损耗分布和热量传递的角度,系统研究了电机的电磁参数和热参数。根据电机的结构参数建立物理模型,通过电磁仿真结合解析计算修正漏感参数,计算配置端部及外壳换热系数,等效处理定转子气隙对流系数,采用磁热耦合法计算温升。通过试验与仿真对比电机主要部位温升,验证了电机参数计算的准确性。     

基于混合方法的PWM逆变器下永磁同步电动机的温升研究

提出一种新型基于等效热网络与有限元相结合的混合方法,建立了三维磁热耦合模型,对一台在脉宽调制（PWM）逆变器驱动下的30 kW/50 Hz表贴式永磁同步电动机进行了仿真研究。首先用场路紧密耦合方法分析电机的分布热源,包括涡流损耗、铁损和铜损。利用该热源分布,结合适当的热网络,研究了耦合温升问题。仿真结果表明,由于载波谐波的影响导致永磁体中涡流损耗的大量增加,其温升也非常显著。试验验证表明,磁块表面和机壳的测量温度与分析结果相吻合,因此该分析方法能准确预测永磁体温度。     

基于混合方法的PWM逆变器下永磁同步电动机的温升研究

提出一种新型基于等效热网络与有限元相结合的混合方法,建立了三维磁热耦合模型,对一台在脉宽调制(PWM)逆变器驱动下的30 kW/50 Hz表贴式永磁同步电动机进行了仿真研究.首先用场路紧密耦合方法分析电机的分布热源.包括涡流损耗、铁损和铜损.利用该热源分布,结合适当的热网络,研究了耦合温升问题.仿真结果表明,由于载波谐波的影响导敛永磁体中涡流损耗的大量增加,其温升也非常显著.试验验证表明,磁块表面和机壳的测量温度与分析结果栩吻合,因此该分析方法能准确预测水磁体温度.     

等效热网络法在永磁伺服电动机温度场研究中的应用

永磁伺服电动机是近年来发展较快的一种高效电机,具有高效节能、体积小、应用场合广泛的特点。针对一台10 k W永磁伺服电动机进行了研究,建立了热网络模型,计算得到各个节点间热阻;在电机额定运行工况下利用热平衡原理建立了热网络关键节点平衡方程组,对永磁伺服电动机内部主要位置的温升进行解析计算,获得了试验样机的温度场分布;结合有限元分析方法,分析了机壳散热面积的变化对电机内部温度场的影响,得到了机壳散热面积对电机内部温度分布的影响机理;最后通过上述分析,比较了热网络法与有限元法的优缺点,并结合相关实验,证明了热网络法在永磁电机温度场计算中快速、准确的优点,为永磁伺服电动机温度场方面的研究提供了一种快速有效的方法。     

永磁同步电机多故障损耗分析与磁热耦合研究

为了研究车用永磁同步电机在多故障状态下,电机的定子与磁钢温度场的变化,利用Maxwell建立了电机有限元模型,以不同故障条件下各部分损耗作为温度场热源载荷,与ANSYS Workbench进行联合仿真。利用磁热耦合的方法计算模型,得出损耗变化曲线与定子、磁钢的温度分布图,总结了永磁同步电机多故障类型之间损耗与温升的关系,分析了多故障下永磁同步电机各部件温升的变化。对比电机在多故障条件下各部分温升,总结了多故障条件下电机的温升规律,对电机故障的预防与诊断有一定的参考价值。     

PWM开关频率对转子损耗和温升影响探究

永磁电机转子损耗及温升分析对电机性能与安全非常重要。永磁电机转子损耗主要是由谐波引起的,且脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)供电下输入电流谐波对损耗影响很大。因此,探究PWM供电对转子损耗和温升影响探究可以为PWM开关频率的选取提供重要参考。为实现上述目的,首先建立了场-路耦合的电机有限元仿真模型,获取了不同开关频率下转子损耗的变化情况。然后,建立了磁-热耦合仿真模型,获取了多个工作点不同开关频率下的转子温升,最终结合电机性能需求和逆变器成本选择合适的开关频率,可以为电机及其控制器设计提供重要参考。     

电动机发热原因分析及防范措施

电动机正常运行过程中,存在着损耗,主要有铁损、铜损和机械损耗。这些损耗最终将转变为热,使电机温度升高。电动机正常运行时,其温升是不会超过温升限值的。对于各种绝缘等级的最高允许温度见表1,电机各部位的最高允许温升或温度见表2。只有电机在故障或处于电气     

电动车用永磁同步电动机温度场仿真与实验分析

对电动车用5.5 k W永磁同步电动机样机进行研究,采用有限元法作为温度场分析的主要方法,分析计算电机损耗、导热和散热系数,建立电机模型并进行简化,对永磁同步电动机稳定运行时的温度场进行仿真计算与分析。搭建了永磁同步电动机温升实验台,进行电机温升实验,得到的实验数据与仿真计算数据接近,验证了仿真分析方法的科学性、合理性。     

起重机用永磁电机等效热阻法瞬态温度场计算

对起重机用细长型外转子永磁同步电机瞬态温度场计算分析,由于细长型特殊结构,铜损耗约占总损耗的90%;同时定子绕组处于电机中心,散热能力差,温升计算成为永磁电机设计的关键环节。以采用S3工作制40%通电持续率对起重机用永磁电机进行温升考核,建立了起重机用永磁电机的瞬态等效热网络模型。重点分析了影响瞬态热网络准确计算温升的影响因素,提出了铜损耗热源时变加载方式。基于ANSYS有限元仿真和样机温升试验对比分析,验证了所建立的起重机用永磁电机瞬态等效热网络模型的正确性。     

皮带机直驱永磁电机设计和温度场计算

针对皮带机用直驱永磁电机存在的温升过高的问题,对皮带机直驱永磁电机的电磁设计、计算模型、损耗计算、温度场计算等方面进行了研究。利用ANSYS软件对永磁电机绕组铜耗、铁心损耗和涡流损耗进行计算,设计了电机水冷系统,通过Fluent对永磁电机三维模型进行稳态温升计算,获得了电机关键部分的温度场分布,最后进行样机的温升实验。研究结果表明,采用场路耦合方法能够准确计算电机损耗,采用三维稳态温度场仿真所得数据与样机实验数据吻合良好,求解方法正确,可为直驱电机的设计提供一定的参考。     

基于磁热耦合法车用永磁同步电机温升计算及影响因素的研究

针对温升计算过程中材料的温度特性对损耗产生影响的问题,在考虑损耗分布特征的基础上,采用电磁场-温度场的双向耦合计算方法,实现两场信息的反馈并进行迭代热计算。以一台7. 5 kW电动车用永磁同步电动机为例,建立电磁场和温度场三维耦合模型,运用磁热双向耦合方法计算了电机在额定转速下的温升分布状态。以温升实验测量值为基准,与传统温度场计算采用均匀生热率的计算结果进行对比,验证了双向耦合计算方法的准确性。基于磁热双向耦合的计算方法对车用永磁同步电机温升进行优化设计,针对永磁体温升过高问题,采用永磁体沿轴向分段技术,有效的降低了永磁体上的温升;对永磁体放置方式进行优化,采用V一型转子结构替代V型转子结构,计算得到前者杂散损耗比后者降低57%,通过磁热耦合方法计算得到优化后永磁体和绕组温升分别降低14 K和23. 3 K。     

基于场路耦合的机器人永磁电动机损耗及其温升分析

机器人永磁伺服电动机通常由变频器供电,相对于标准正弦波含有诸多的谐波,在电动机设计之初,一般采用正弦波供电的研究方式已经不能真实反映出永磁电动机的损耗,为更加真实的模拟永磁伺服电动机的运行情况,采用场路耦合的方法,对电动机的损耗以及温升进行研究。在Simplorer构建了Id=0的控制电路,并与Maxwell进行联合仿真,先以一台已有的2.1kW4000r/min的机器人永磁电动机样机为例,通过实验验证了场路耦合法相对于有限元法有很大的优越性,再分析一台1kW3000r/min表贴式机器人永磁电动机在不同转速和不同负载下的损耗,并建立三维分析模型利用有限元法对电动机在满载不同转速和额定转速不同负载情况下的温升进行分析。     

盘式交流永磁同步电机温升影响因素研究

首先根据510 kW盘式电机的电磁设计参数以及热物性参数建立了三维温度场流场耦合模型,分析了额定工况下电机发热部件的温度分布,接着对样机进行了温升实验。针对温升实验电机温度偏高进行了改进性研究探索。主动降温方面,建立了三维轴向磁通电机模型,从铁耗理论模型和电磁仿真模型角度分析了不同牌号硅钢片,在空载和负载工况下,铁耗瞬态变化趋势。被动降温方面,基于建立的三维耦合模型,分析了入口流速、端盖材质、额定负载和过载对电机定转子最高温度影响。接着分析了不同水道模型、不同入口流速条件下,对壁面对流换热系数以及入口和出口压力损失变化规律。通过以上温升影响因素的分析,为后续盘式电机散热冷却改进设计提供理论依据。     

大功率盘式交流永磁同步电机温度场流场耦合分析

根据510 k W盘式电机的电磁设计参数及热物性参数建立了三维温度场流场流固耦合模型,分析了额定工况下电机发热部件的温度分布,接着对样机进行了温升试验。针对温升试验电机温度偏高进行了改进性研究探索,从主动降低损耗和被动降低损耗两方面,研究了影响盘式电机温升的因素。主动降耗方面,建立了等效的二维直线电机模型,从铁耗理论模型和电磁仿真模型角度分析了不同牌号硅钢片在空载和负载工况下,铁耗瞬态变化趋势。对于供电频率较高的电机,尤其在弱磁区,铁耗往往成为影响电机温升的主要因素,对于卷绕定子铁心,建议采用沿着卷绕方向易于磁化、高磁感应强度、低损耗的晶体取向超薄硅钢片来降低高频铁耗。被动降耗方面,基于建立的三维耦合模型,分析了水道不同入口流速对电机定、转子最高温度影响、额定负载和过载工况下的定子绕组最高温度随入口冷却液流速变化趋势,最后将端盖端面水道流体单独建模,通过以上温升影响因素的分析,为之后盘式电机热管理的改进设计提供理论依据。     

盘式交流永磁同步电机温升影响因素研究EI北大核心CSCD

首先根据510 kW盘式电机的电磁设计参数以及热物性参数建立了三维温度场流场耦合模型,分析了额定工况下电机发热部件的温度分布,接着对样机进行了温升实验。针对温升实验电机温度偏高进行了改进性研究探索。主动降温方面,建立了三维轴向磁通电机模型,从铁耗理论模型和电磁仿真模型角度分析了不同牌号硅钢片,在空载和负载工况下,铁耗瞬态变化趋势。被动降温方面,基于建立的三维耦合模型,分析了入口流速、端盖材质、额定负载和过载对电机定转子最高温度影响。接着分析了不同水道模型、不同入口流速条件下,对壁面对流换热系数以及入口和出口压力损失变化规律。通过以上温升影响因素的分析,为后续盘式电机散热冷却改进设计提供理论依据。     

面向电机模拟器的永磁同步电机模型研究

为提高电机模拟器对实际电机的模拟精度,针对磁饱和、交叉耦合效应和转子磁场谐波3个电机磁特性以及损耗、温升两个电机热特性因素分析永磁同步电机电磁参数变化规律,建立了能够同时体现永磁同步电机磁特性和热特性的变参数磁热耦合电机模型,对比了定参数建模电机模拟器、变参数建模电机模拟器与实际永磁同步电机三者的输出端口特性.根据仿真结果,所用定离散周期的电机离散模型具备良好的模拟精度,电机模拟器电流跟踪算法能够对电机模型输出指令电流进行快速跟踪.实验结果表明,基于所设计变参数建模的电机模拟器相较于实际电机端口特性模拟精度高,且准确性高于基于定参数建模的电机模拟器.变参数建模是高精度电机模拟器发展的正确方向.     

兆瓦级高压感应电机转子发热问题研究

为研究兆瓦级高压电机在额定工况运行时发热与冷却问题,结合电磁场理论,建立该电机不同气息长度下二维瞬态模型,并分析电机工况下的电磁性能和电磁损耗规律。通过流体场与温度场耦合的方法,建立三维流固传热模型,并对与电机双侧轴流风扇周围的空气域建立旋转空气域模型,在计算流体力学理论的基础上,对电机温度场初始边界条件进行合理假设,通过对流固耦合仿真的得到在双侧轴流风扇下电机内部各个器件的温升规律,为验证文中仿真结果的准确性与有效性,对兆瓦级高压异步电机转子铁心侧温度进行实测,仿真结果与温度实测结果一致,为改善兆瓦级电机冷却性能,提高其散热能力提供了理论基础。     

永磁交流伺服电动机温度场计算及冷却系统改进研究

永磁交流伺服电动机温升是影响电动机运行性能的一个重要因素。温度场计算可以准确地得到电机各部件的温升及其分布。建立了电机三维温度场的数学模型及有限元模型,得到电机整体的温度分布。在此基础上分析空气流动状态及机壳结构形式对电机冷却效果的影响规律,对电机冷却系统改进设计具有一定的指导意义。     

偏心永磁同步伺服电动机优化设计

为减小稀土永磁同步伺服电动机的转矩脉动,改善伺服电动机性能,本文研究永磁体偏心距离变化对永磁同步伺服电动机电磁特性的影响规律.利用ANSYS软件建立永磁同步伺服电动机的有限元结构模型,分析偏心距离变化时的空载相反电势、气隙主磁通、电磁转矩和电感等电磁特性.研究结果表明,偏心距离变化对伺服电动机电磁特性有较大影响;当偏心距离变化使电机气隙主磁通接近正弦函数分布时,伺服电动机转矩脉动较小,整体性能较好,有待在实际应用中进一步验证.