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.     

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。     

畸变磁通作用下变压器铁心模型损耗的实验研究与模拟分析

对畸变磁通条件下产品级变压器铁心模型的损耗进行了实验研究,考察了谐波相位差变化对铁心损耗的影响。给出了一种能够考虑畸变磁通条件下铁心损耗的工程计算方法,该方法可有效地考虑局部磁滞回环对铁心损耗的影响。结合MagNet电磁分析软件,计算了产品级变压器铁心模型的铁心损耗,通过对比实验结果证明了方法的有效性。     

谐波激励条件下变压器铁心磁性能研究

为考察复杂激励条件下变压器铁心的磁性能,文中搭建了一种磁通密度可控的实验平台。基于变压器铁心模型,通过采用可产生任意波形的谐波电源对励磁电压波形调整的方法,实现了对变压器铁心模型中磁通密度的控制。文中分别从谐波相位、谐波阶次以及谐波含量三方面考察和分析了对变压器铁心损耗的影响,发现随着谐波阶次和谐波含量的增加铁心损耗逐渐增大,且谐波相位差的增加使局部磁滞回环扩大,从而导致铁心损耗的增大,而在谐波阶次足够高时,相位对其影响减弱,因此可忽略谐波相位对铁心损耗的影响。所得结果和结论为谐波激励条件下变压器铁心电磁场数值计算提供了数据支持,有助于通过优化设计提高变压器产品的性能。     

谐波激励下铁心等效磁路长度及接缝区损耗特性

为了研究谐波对变压器铁心等效磁路长度与接缝区域损耗的影响,文中基于完全按照电力变压器的标准设计和制作的叠片铁心模型,在不同谐波激励条件下,对铁心模型的等效磁路长度与接缝区域的损耗特性进行试验研究。研究表明:谐波阶次与谐波相位对铁心的磁路长度影响不是很大,在谐波条件下分析计算铁心的磁滞回环或磁化曲线时,可近似选择铁心的几何平均长度作为有效的磁路长度;不同谐波阶次与不同谐波相位激励下,铁心接缝区域比总损耗特性的变化规律大致相同:当磁通密度小于0.5 T时,接缝区的损耗近似为零;当磁通密度高于1 T时,接缝区的损耗出现明显的上升趋势。文中所用方法和所得结论对变压器产品的电磁分析和优化设计具有一定的指导意义。     

基于改进损耗分离模型的铁磁材料损耗特性研究

为了在较宽频率和磁通密度范围内实现铁磁材料损耗的准确预测,为电力变压器的优化设计提供参考,该文以经典Bertotti损耗分离模型为基础,提出一种既能考虑铁磁材料非线性,又能准确模拟谐波激励条件下材料损耗的计算模型.首先,基于正弦激励下测量的铁损数据,采用二频率法计算低频低磁通密度条件下的磁滞损耗,并求得磁滞损耗表达式.然后,根据磁通密度变化率的有效值提出动态损耗因子以计算剩余损耗,实现了铁损分离.在此基础上,考虑到磁通密度较高时铁磁材料的非线性,引入非线性修正项对损耗进行修正.最后,针对铁磁材料的实际工作条件,计算1000Hz频率范围内以及不同谐波激励工况下的损耗.结果表明,损耗计算值与实验测量值吻合度较高,验证了模型的有效性.     

考虑磁滞与谐波特性的开关磁阻电机铁损分析

非晶合金开关磁阻电机(SRMA)的双凸极结构和脉冲供电方式决定了电机内磁场分布的非正弦性,并且不同部位磁通密度波形具有较大差别,导致难以准确计算SRMA的铁心损耗。考虑到非正弦激励下铁心损耗难以用传统的Bertotti损耗分离模型进行计算,本文提出一种耦合Play磁滞模型与变修正系数动态损耗模型的SRMA铁损有限元分析方法。首先,构建非晶合金磁特性测量平台,测量了不同工况下的磁滞回线与损耗特性;其次,根据测量得到的准静态磁滞回线对Play磁滞模型进行参数辨识,并用该模型计算SRMA的磁滞损耗;引入与磁通密度和频率相关的变修正系数,对含高次谐波的SRMA铁心动态损耗进行准确计算;最后,将Play磁滞模型与变系数傅里叶分解损耗计算方法应用于SRMA铁心损耗的有限元分析之中,并进行了实验验证。结果表明,所提方法在SRMA铁损计算中具有较高的精度。     

基于非线性复数磁导率模型的叠片铁心损耗计算

为实现频域计算中电力变压器损耗分布特性的快速计算,本文基于非线性复数磁导率模型,在保证计算精度的同时,提出了一种正弦稳态服役条件下叠片铁心损耗分布的快速计算方法。首先,基于磁滞回线面积等效原理,在考虑基本磁化曲线非线性特性的基础上,得到复数磁导率的实部与虚部;其次,为了验证本文所提出模型对变压器铁心损耗预测的有效性,耦合铁心叠片均匀化方法,建立了单相叠片铁心的频域有限元仿真模型,对变压器铁心中损耗与磁通密度分布进行计算;最后,制作了单相变压器铁心实验模型,搭建单相变压器铁心损耗实验平台,对本文所提出的方法有效性进行验证。结果表明,基于非线性复数磁导率叠片等效的变压器铁心损耗计算方法具有参数辨识过程简单、计算精度较高等特点,在变压器长期正弦稳态服役条件下的损耗计算与温升预测中具有一定应用前景。     

正弦及谐波激励下铁磁材料损耗模型的改进和验证

通过搭建爱泼斯坦方圈磁特性测量系统,首先对铁磁材料在宽频率范围内的正弦磁损耗进行实验研究,综合考虑材料动态损耗的特性,在经典损耗分离模型的基础上提出动态损耗系数,建立改进的正弦磁损耗模型并进行实验验证。在此基础上,为了解决铁磁材料在谐波激励工况下磁损耗的建模方法问题,综合考虑磁通密度波形畸变后的特征,将谐波磁通密度波形分解为主磁通和局部反转磁通,并进行正弦化近似处理,之后结合外推磁滞损耗法、经典涡流损耗公式以及上述动态损耗系数,建立谐波激励下铁磁材料的损耗计算模型。最后对谐波激励下实验数据和计算数据进行对比分析,结果表明,引入动态损耗系数的损耗计算模型在任意谐波激励下均可获得较高的预测精度,从而验证所提损耗模型的有效性和可行性。     

高速永磁无刷直流电机损耗优化设计研究

为提高便携式电动检修工具的续航能力并减少其发热，需要降低电动工具驱动用高速永磁无刷直流电机的损耗。本文提出一种通过结合定子裂比和铁心磁通密度优化实现损耗最小的BLDCM设计方法。构建了BLDCM的电磁模型，推导出铜耗、铁耗等损耗与定子裂比及铁心磁通密度的解析关系，求解使总损耗最小化的定子裂比与铁心磁通密度最佳组合。以一台20000 r/min的高速无刷直流电机为例，通过有限元仿真和实验测试对所提优化方法的准确性进行了验证。仿真和试验结果表明，所提BLDCM优化设计方法可以有效获取最优定子裂比和磁场强度，进而确定电机最优方案，使电机损耗最小。     

Transformer magnetizing current and iron-core losses in harmonicpower flow

The problem of modifying the harmonic power flow analysis to permit the inclusion of nonlinear anisotropic transformers and computation of their iron-core (and copper) losses are discussed. The nonlinear model used for transformers is capable of simulating saturation of iron-cores, anisotropy of laminations, and the iron-core and copper losses associated with anisotropic transformers, but simple enough to be included in the harmonic power flow algorithm without deteriorating its convergence properties. The dependency of iron-core losses on the maximum value of the total (fundamental and harmonic) flux density and the fact that iron-core losses are a function of the waveform of the induced voltage-that is its harmonic phase shifts with respect to the fundamental phase angle-are included. The induced voltage is transformed from frequency domain to time domain: the instantaneous induced voltage and the computed λ-i characteristics are employed to compute the instantaneous magnetizing and core-loss currents. Thereafter a transformation is made from time domain back to frequency domain to compute the fundamental and harmonic components of the above-mentioned currents. Therefore, transformer harmonic couplings are properly modeled and included in the analysis. The modified harmonic load flow formulation is applied to a balanced three-phase feeder consisting of a grounded-wye, grounded-wye nonlinear anisotropic transformer and linear and nonlinear loads     

材料饱和特性对永磁电机性能的影响研究

针对非晶材料饱和磁密低,非晶永磁电机性能易受铁心饱和作用影响的问题,本文提出了饱和磁密解析模型用以分析定子铁心齿部饱和作用产生的影响,该模型的特点是利用饱和前后气隙磁密的比率代替实验实测的电压比率求解出饱和系数,从而实现在电机初始设计阶段饱和效应对电机性能影响的分析与研究。基于该饱和磁路解析模型分析了定子铁心饱和对非晶永磁电机绕组电感、谐波电流以及逆变器供电情况下由载波引起的损耗的影响规律。     

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。     

不同占空比下功率变换器磁芯损耗分析与建模

功率变换器中磁芯损耗与励磁波形密切相关。为了有效地评估和预测不同占空比的磁芯损耗,以铁氧体磁芯材料为研究对象,分析影响磁芯损耗的两个重要因素——交流磁通密度峰值和励磁频率,进一步研究磁芯损耗与磁通密度变化率的关系,引入矩形波励磁下磁通密度变化率波形系数的概念,在占空比为0.5时磁芯损耗模型的基础上,对不同占空比工况下磁芯损耗进行建模。最后,采用Origin数据统计分析软件对比了实验数据和所提出模型的计算结果,验证了模型的准确性。     

开关磁阻电机铁损的双频法有限元计算研究

文中对1台三相12/8结构开关磁阻电机进行了四分之一域的二维(2D)电磁场有限元分析,得到了大小和方向都随时间变化的铁心磁密矢量的X和Y分量,从而更细致地描述了电机铁心各单元磁密随时间(转子位置角度)的变化周期和规律。在无需知道电机铁心材料的损耗系数(即涡流修正因子和局部磁滞回线因子)的情况下,以磁密的计算信息和铁心材料单位体积的铁损密度数据为基础,通过双频法分离出铁损中的涡流损耗和磁滞损耗,再用频率分解法和最大磁密法分别计算这2种损耗,并对占电机铁心铁损较大比例的涡流损耗进行了离散傅里叶分解,比较各次谐波分量对铁损的影响。由间接法计算出铁损的实验值,近似地分离了铁损和杂散损耗,实验验证了该铁损计算方法的准确性。     

基于SVPWM的时间谐波对永磁电机损耗的影响

针对在变频器驱动永磁电机因时间谐波引起的附加谐波损耗大小及分布问题,对基于SVPWM变频器电路输出的电流波形,采用傅里叶计算方法,分析不同变频器参数下的各次电流时间谐波分布规律及波形畸变程度,与SPWM对比发现SVPWM优化谐波程度高,且直流母线电压利用率较优。以一台5kW、3000r/min表面式永磁同步电动机为例,运用场路耦合联合仿真方法,研究附加谐波损耗在永磁电机中的分布特性,计算电机定子铁心各区域的磁通密度变化情况,附加谐波损耗以永磁体涡流损耗为主,其次集中于定子齿顶。参考电机损耗计算的国家标准搭建样机试验平台,通过有限元计算与试验结果的对比分析,校核附加谐波损耗计算结果。     

用于电机损耗精细化分析的分段变系数铁耗计算模型

提出一种用于电机损耗精细化分析的分段变系数铁耗计算模型,该模型以经典Bertotti三项常系数铁耗模型为基础,引入涡流损耗附加磁通密度高次项及磁滞损耗附加磁通密度低次项,用于考虑磁路饱和导致涡流损耗增加及谐波磁场引起局部磁滞损耗增加的现象,同时,该模型中主要系数均随磁通密度幅值和频率变化,能很好地反映基波及谐波磁场对铁耗的影响,并对磁滞、涡流及异常损耗进行准确分离,实现铁耗精细化分析。为了验证该文所提模型的有效性及准确性,以Y132S-4、5.5k W和YX3-250M-4、55 k W两台感应电机为例,利用文中模型与经典Bertotti三项常系数模型对两台电机在不同电压下的空载铁耗进行实测和计算对比,结果表明该文所提模型在较宽范围内与实测值吻合程度较高。