高功率密度永磁无刷直流电机铁耗计算分析

针对高功率密度永磁无刷直流电机铁心损耗的计算方法及其对电机参数设计的影响,对比分析了几种计算方法的结果,提出的基于磁密波形的正交分解-傅里叶分解法的计算结果最接近实测值。基于此方法,研究了3200W样机定子铁心损耗密度的分布及铁心损耗随负载转矩和转速的变化规律。结果表明定子铁心损耗的分布与磁密分布具有相似性;选用2对磁极和35WW230硅钢片材料,使得涡流损耗和磁滞损耗随转矩和转速变化的曲线交点分别出现在额定转矩和额定转速之后。对于高功率密度永磁电机,避免齿部磁密过分饱和、选用较小极对数和涡流效应较小的硅钢片材料,可减小额定工况下的铁心损耗,提高电机工作效率。     

角度位置控制时开关磁阻电动机的磁通波形及损耗计算

对开关磁阻电动机的磁场进行了分析,得到了电机铁心各部分的磁通密度波形及变化规律.在磁场分析所得数据的基础上,对磁密波形进行了傅里叶级数分解,把非正弦磁密波形分解和转化为一系列不同频率的正弦波形,由此计算出开关磁阻电动机铁损中的涡流损耗与磁滞损耗,并在传统数学模型分析的基础上加上了修正因子.最后对一台2.2 kW的开关磁阻电动机进行了铁耗和其它损耗计算,比较了电机磁场的谐波含量对铁心损耗的影响,为减少开关磁阻电动机铁心损耗、提高电机的效率及优化设计提供了理论基础.     

变频供电条件下感应电机空载铁耗分布特点及其精细化分析

变频供电条件下电源谐波与电机内部谐波共同作用下损耗产生机理及分布特点更为复杂,使得电机铁耗准确计算及精细化分析对于高效变频电机设计至关重要。以一台5.5 k W变频感应电机为例,分析了变频供电时电机定转子主要位置磁密变化情况;为了准确计算铁耗,提出一种损耗系数随磁密幅值和频率变化的两项式分段变系数铁耗模型,该模型在经典两项式常系数铁耗模型基础上引入两个附加磁密项,用于考虑非线性特性及谐波磁场对磁滞和涡流损耗的影响;进一步利用该模型对变频供电时电机铁耗进行了精细化分析,揭示了定转子铁心磁滞和涡流损耗的分布规律,并获得了谐波磁场在定转子铁心产生附加铁耗的变化特点。通过对不同电压及开关频率下的空载铁耗进行实测对比,验证了文中模型及分析结果正确性。文中研究成果可为高效变频电机设计提供重要理论支撑。     

横向磁通永磁直线电机损耗的研究

针对三维磁场下的横向磁通永磁直线电机定子铁心损耗和永磁体涡流损耗展开研究,百无给出了电机空载时的三维磁场分布图及各点的磁密波形变化规律,分析在匀速运动下速度大小、负载电流大小以及电流超前与滞后控制方式对电机定子铁心损耗的影响;其次给出了横向磁通永磁直线电机三维涡流场的数学模型,通过有限元数值计算分析空载、负载两种情况下涡流损耗随速度的变化规律;最后搭建了电机铁心损耗实验平台,通过样机空载实验与数值计算结果对比,验证铁心损耗数值计算的合理性.     

开关磁阻电机磁通波形与铁耗计算

对开关磁阻电机的磁通波形进行了分析,得到了电机各部分平均磁通的数学表达式;然后对平均磁密波形进行傅里叶级数分解,把非正弦磁密波形分解和转化为一系列不同频率的正弦磁密波形。对于磁滞损耗,采用考虑了小滞环的磁滞损耗计算数学模型进行计算。对于涡流损耗,在采用传统正弦磁通波形计算公式的基础上,加上涡流损耗修正因子计算。最后对一台6/4结构的开关磁阻电机进行了铁耗计算,同时将计算结果与采用有限元法的结果进行了比较,验证了该方法的正确性。     

开关磁阻电机磁通波形与铁耗计算

对开关磁阻电机的磁通波形进行了分析。得到了电机各部分平均磁通的数学表达式；然后对平均磁密波形进行傅里叶级数分解，把非正弦磁密波形分解和转化为一系列不同频率的正弦磁密波形。对于磁滞损耗，采用考虑了小滞环的磁滞损耗计算数学模型进行计算。对于涡流损耗，在采用传统正弦磁通波形计算公式的基础上，加上涡流损耗修正因子计算。最后对一台6／4结构的开关磁阻电机进行了铁耗计算，同时将计算结果与采用有限元法的结果进行了比较。验证了该方法的正确性。     

纳米晶铁心变压器空载损耗的研究

本文作者首先通过实验实测纳米晶铁心损耗曲线,然后基于纳米晶铁心损耗测试结果进行变损耗系数铁损计算模型的研究,得出纳米晶铁心磁滞损耗、涡流损耗和附加损耗系数随频率变化的修正模型,最后以SCB12-L-800/10干式变压器为例,对比分析了纳米晶铁心变压器空载损耗的解析计算与有限元结果。结果显示,变损耗系数铁损计算模型提高了变压器的铁损的计算精度,并且在相同尺寸下对比纳米晶和23RK100铁心材料下变压器的空载损耗,纳米晶铁心变压器空载损耗仅为硅钢片铁心变压器的9.5%,因此,采用纳米晶料替代传统硅钢片作为变压器铁心可有效降低变压器运行中的空载损耗,有利于提高大功率变压器的效率,降低变压器的体积和重量。     

铁芯损耗中的磁滞损耗和涡流损耗的区分

在铁芯损耗中包含着磁带损耗和涡流损耗,即: 铁损(P_(FC))=磁滞损耗(P_h)+涡流损耗(P_e) 通常的电机测试(如变压器铜铁损的测量)仅是测出总的铁损P_(FC),而不能进一步区分出其中的磁滞损耗分量和涡流损耗分量。 本文将简要地介绍一下我们用测试的方法来区分铁芯损耗中的磁带损耗和涡流损耗测试原理,采用测试装置,设计的测试方法以及测试结果的验证方法。     

双极性分块转子开关磁阻电机

针对单极性励磁时四相8/6结构分块转子开关磁阻电机的定子磁通冲突问题,把双极性励磁方法应用于四相8/6结构分块转子开关磁阻电机,基于2D有限元建立双极性分块转子开关磁阻电机的场路耦合模型,计算双极性分块转子开关磁阻电机的电流、转矩及铜耗,并在(r,θ)坐标系中细致描述定子铁心和转子铁心特征区域的磁密周期性变化规律,最后应用双频法分离铁损获得铁心的涡流损耗和磁滞损耗.计算结果表明,与同等双极性励磁的8/6结构双极性普通开关磁阻电机相比,8/6结构双极性分块转子开关磁阻电机的转矩脉动大,但铜耗减小约32%,铁耗减小约35%.     

高速永磁无刷电机电磁损耗的研究概况(英文)

高速永磁无刷电机得到越来越多的关注,其电磁损耗及抑制措施就是一个研究热点。首先,由于基波频率高(可达到1 kHz以上),定子绕组的集肤效应和临近效应产生附加铜耗。附加铜耗可以通过采用细导线并绕的方法来抑制。其次,定子铁心中的磁场交变频率高,导致铁耗明显增加。为降低定子铁耗,需要设计较少的电机极数、远低于常规电机的定子铁心磁密,并采用低损耗的铁心材料。再次,由于定子磁动势的谐波频率及气隙磁场的变化频率都数倍于基波频率,在转子中产生涡流损耗,而这种涡流损耗在中、低速永磁无刷电机中往往是忽略不计的。为抑制转子涡流损耗,应减小定子磁动势的谐波分量,也可采取减小定子槽开口、加大气隙长度、对永磁体进行轴向分块、采用转子导电屏蔽层、对转子保护套周向开槽等措施。此外,适当的控制策略(如永磁无刷直流电机超前触发、永磁同步电机弱磁控制)也有助于减小电磁损耗。     

考虑旋转磁通的PMSM铁心损耗数值计算

为了准确计算交流永磁同步电机(PMSM)铁心损耗,采用二维有限元法对PMSM定子与磁极区域电磁场进行了分析研究,阐述了定子铁心不同区域磁场的变化规律及磁极区域涡流场的分布规律.在此基础上,借助谐波分析的方法,综合考虑电机中交变与旋转磁场的影响,给出了一种较准确求解定子铁心损耗和PMSM转子涡流损耗的计算方法,并与传统的计算方法进行了比较.结果表明,考虑旋转磁场及谐波磁通密度影响时的定子铁心损耗计算值与传统的仅考虑交变基波磁通密度时的损耗计算值相比有显著增加,更接近于实际测量值,磁极涡流损耗值与定子槽口大小密切相关,占电机总损耗的比重较大,是不可忽略的.     

Modeling of losses in switched reluctance machines

Switched reluctance motor (SRM) performance prediction requires the modeling of iron losses. The iron loss model in this paper separates the iron losses into two components, eddy-current and hysteresis losses, and models the losses as a function of the derivative of flux density. The model is suitable for the nonsinusoidal flux densities in the SRM and predicts the iron losses as a function of time. The model is general and can be applied to any electromagnetic device with known geometry and material property. The equations of iron loss are verified and validated through experiments with two simple geometries (a transformer and a toroid) and two SRMs.     

A new approach to calculating core losses in the SRM

In switched reluctance motors (SRM), the flux waveforms are nonsinusoidal and different parts of the magnetic circuit have different waveforms. This paper presents a new approach of taking account of these flux waveforms in the calculation of core losses. Relations between the fluxes of different parts of the magnetic circuits are given in the form of matrix equations, where the fluxes are expressed in terms of normalized flux pulses. Rewriting the eddy-current loss term in the Steinmetz equation in terms of the square of dB/dt and combining it with the matrix equations, eddy-current losses for the complicated flux waveforms of the stator and rotor yokes are calculated. The effect of PWM is taken into account by considering the PWM voltage waveform as dB/dt. From the matrices, it is easy to count how many times full and minor hysteresis loops occur at each pole and yoke segment. The effect of the minor loop is taken into account based on experimental results. The proposed approach gives a systematic procedure for core loss calculation. The derived equations are simple and useful in the design of SRM     

开关磁阻电机磁场有限元分析与铁耗计算

本文采用有限元计算技术对四相开关磁阻电机（ＳＲ电机）磁场的磁场模式进行了分析研究，阐述了各部分铁心中磁场变化周期及规律，并借助谐波分析方法估算了电机铁心损耗。     

屏蔽电机定子屏蔽套损耗的计算与分析

利用Ansoft软件的瞬态场求解器对屏蔽电机进行建模计算分析,使用有限元法计算屏蔽套涡流损耗。根据此方法,对采用不同尺寸和不同材料时的屏蔽套损耗进行了计算分析,从而得出损耗随屏蔽套尺寸与材料特性变化的规律。得出的计算方法和规律可对屏蔽电机的设计与制造以及整机的优化设计起到作用。     

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。     

Loss Analysis of Permanent-Magnet Motors With Concentrated Windings—Variation of Magnet Eddy-Current Loss Due to Stator and Rotor Shapes

In this paper, we investigate losses, including magnet eddy-current loss of permanent-magnet synchronous motors with concentrated windings. A 3-D finite-element method that considers carrier harmonics of pulsewidth modulation inverters is utilized to calculate the losses in each part of the motor separately. A simple linear magnetic circuit model is also introduced in order to understand the mechanism of eddy-current loss generation in the magnet. First, the measured and calculated results are compared to verify the validity of the analysis. Next, the variation of the losses due to the stator and rotor shapes is investigated, for instance, concentrated and distributed stator windings and interior and surface-mounted permanent magnets. It is clarified that the eddy-current loss of the permanent magnet in the concentrated winding motor is much larger than that in the distributed winding motor. The difference of the loss generation mechanism due to the rotor shape is also clarified.     

高真空工况下开关磁阻电机温度场分析

开关磁阻电机(SRM)因其拓扑结构简单、效率高、体积小等优点,可用于飞轮电池领域,而高真空工况下电机温度场的准确分析对飞轮系统的使用寿命和安全性能至关重要。以12/8 SRM为例搭建二维有限元分析模型,对各部件典型位置磁密进行分析,介绍了铁损的计算模型并通过有限元验证计算结果。进一步利用磁-热单向耦合方法对SRM高真空工况下的温度场分析,分析了电机各主要部件温度的分布规律,为飞轮电池用SRM的温度预估及散热设计提供参考依据。     

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.     

磁性槽楔对高压感应电动机电磁参数和性能的影响

针对传统方法很难定量分析磁性槽楔对电机性能影响的缺点,提出采用场-路-运动耦合时步有限元分析磁性槽楔影响的方法.以一台使用磁性槽楔的710 kW的高压感应电机为例,通过建立二维瞬态场数学模型,准确计算了气隙磁密分布、槽漏抗及附加损耗等电磁量,并在此基础上,深入分析磁性槽楔相对磁导率的变化对电机电磁参数、相电流、转矩和径向电磁力等的影响.计算结果表明,磁性槽楔可以有效减小气隙磁密中的谐波含量,降低表面损耗和径向电磁力波.