车用永磁同步电动机的铁耗分析与效率优化

电动汽车用永磁同步电动机在设计时不仅需要计算额定工况的性能,还应对每个转速点都进行性能计算,从而得到电机的效率图谱。为了满足车用永磁同步电动机高效率区的要求,先通过分段式变系数正交分解法研究了铁耗的变化规律,然后通过调整永磁体尺寸来实现电机效率的优化。     

XTD132S-4永磁同步电动机的性能与铁耗分析

根据样机试验报告,从5个方面介绍其主要性能;从永磁同步电动机气隙谐波磁场特点入手,分析气隙长度对气隙谐波磁场的影响;通过样机与同功率异步电动机的铁耗比较,揭示永磁同步电动机空载杂耗大的原因,并提出降低的具体办法。     

考虑铁耗的永磁同步电动机矢量控制系统的优化

工程中永磁同步电动机矢量控制系统基速以下广泛应用单位电流最大转矩的控制策略,由于忽略了电机的铁耗,控制系统的动态调速性能和效率都有一定程度的下降.本文根据永磁同步电动饥的结构特点建立考虑铁耗的永磁同步电动机的数学模型和等效电路,分析了铁耗产生的机理和特点,使模型和等效电路的铁耗符合电机的实际运行,在此基础上提出基于最小损耗的优化控制策略.仿真结果表明控制系统在动态调速性能和效率两方面比单位电流最大转矩控制策略都有一定程度的提高,具有矢量控制中进行工程推广应用的必要性.     

基于MAXWELL2D的永磁同步电动机空载特性的仿真

以永磁同步电动机作为分析模型,应用Ansoft的Maxwell 2D有限元分析软件对永磁同步电动机空载条件下的特性进行分析计算,获得了PMSM的反电动势曲线、磁链曲线以及气隙磁密曲线,结果可以用来指导电动机的优化设计。     

表面磁钢低速永磁电动机铁耗的计算

表面磁钢式低速永磁电动机的铁耗主要为定子铁损,与磁滞损耗相比,涡流损耗计算较为困难,本文基于平均涡流损耗正比于平均磁密变化率平方这一概念,对一台极弧宽度为π的表面磁钢式低速电动机铁耗进行计算,计算结果与实验值较好吻合。     

基于有限元的永磁无刷直流电动机铁耗分析与计算

建立了基于Bertotti铁耗分离理论,全面考虑交变磁化条件和旋转磁化条件下的永磁无刷直流电动机的铁耗计算模型。通过结合时步有限元方法,精确计算出了一台30 kW、4极3相表贴式永磁无刷直流电动机在额定转速为8 000 r/min时的定子铁心损耗。相较于传统的铁耗计算经验公式,本模型提高了永磁无刷直流电动机铁耗计算的精度和准确度,对电机的优化设计具有指导意义,有较好的工程应用价值。     

基于有限元法和傅立叶变换求解稀土永磁同步电动机空载反电势

本文用有限元方法计算了烯土永磁电机的气隙磁场，并用傅立叶变换代替传统的傅立叶级数是磁场的波形分析，准确快速地得到了烯土永磁电机气隙磁场的基波，较准确地计算出了烯土永磁电机的空载反电势，最后对800W的试验样机进行了实际测试，得到了令人满意的结果。     

盘式永磁同步电动机研究

研制开发了一种新的三相盘式永磁同步电动机，研究了如何确定永磁体尺寸，讨论了均匀分布转子笼型绕组参数在ｄ－ｑ坐标下的折算，设计了一套完整的ＣＡＤ程序，并给出了试验和计算结果。     

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。     

内置式永磁同步电动机的等效电路

内置式永磁同步电动机的结构，决定其交轴同步电抗大于直轴同步电抗，稳态铁耗较大；铁耗既与电机端电压有关，又与定子电流有关。本文提出的等效电路引进了通过试验易于确定的新参数，使等效电路可以比较准确地描述电机的凸极效应及稳态铁耗的电压分量和电流分量。样机的测试数据验证了分析计算的正确性。     

永磁电动机不同运行条件下的损耗研究

自起动永磁同步电动机,由于其运行条件经常发生变化,致使电机内部的损耗随之改变,为了研究影响其损耗的主要因素及其在不同运行条件的变化规律,在充分考虑谐波磁场与电流的情况下,利用时步有限元方法对电机各部分损耗密度进行了准确计算,从而得到不同电压及负载条件下的定、转子铜耗与铁耗.通过对定子电流、导条电流密度以及铁心磁密的谐波分析,研究了损耗的谐波含量,进而得出了影响永磁电机损耗的主要因素及其在不同运行条件的变化规律,揭示了空间齿谐波磁场对转子损耗的重要影响.通过仿真结果与实测数据进行对比,验证了损耗计算的合理性.     

一种削弱永磁同步电动机齿槽转矩的方法

为了研究实心转子永磁同步电动机的削弱措施,结合永磁电机永磁体极弧系数和永磁体不对称放置的方法,提出了一种仅改变实心转子非磁性槽楔的齿槽转矩削弱方法.通过非磁性槽楔的变化改变一个磁极的极弧宽度,其余磁极宽度不变,同时保持各个非磁性槽楔的宽度相同,通过合理的选择槽楔的形状和宽度,可以非常有效地削弱齿槽转矩.通过解析法研究了采用该方法后实心转子永磁同步电动机齿槽转矩的表达式,得到了永磁体剩磁平方的傅立叶分解表达式.据此得到了磁极的两种极弧宽度和磁极间距大小与齿槽转矩的关系式和磁极极弧宽度的确定方法.该方法仅改变了槽楔的形状,对电机结构影响较小,且合适极弧宽度组合较多,有限元验证表明该方法可有效地削弱齿槽转矩.     

考虑铁芯损耗的内置式永磁同步电机模型参数测量

提出一种计及铁芯损耗的内置式永磁同步电机模型参数测量方法。基于实验室常用的永磁同步电机驱动控制平台,详细阐述永磁磁链、定子电阻、等效铁损电阻和d、q轴电感参数的测量原理及实现方法。所提方法具有理论概念清晰、实现简单、通用性强的特点。通过对内置式永磁同步电机进行实际测试,验证所提方法的有效性和可行性。     

永磁体分散性对自起动永磁同步电动机的影响

由于批量生产的永磁材料在性能上存在不可避免的分散性,会造成永磁同步电动机性能的差异,采用理论分析与性能计算相结合的方法,研究了永磁材料性能的分散性对永磁同步电动机起动性能、空载性能和额定性能的影响,并以380V、22kW、6极永磁同步电动机为例进行了实验验证.结果表明:永磁体性能的分散性影响起动过程中的最小转矩,对电机的起动有较大影响;永磁体分散性对空载电流、空载功率因数、负载功率因数和过载能力影响较大,而对额定运行时的效率、电流影响不大.     

Technical evolution of permanent magnet synchronous motors for home appliances

This paper reports on the highly efficient motor technologies used in home appliances in Japan. The permanent magnet synchronous motor (PMSM) is especially suitable because the use of permanent magnets does not require any extra current to produce magnetic power in the rotor, or any other kind of energy. In Japan, there has been a rapid shift from induction motors to PMSMs, and in this paper we will show several examples of PMSMs as applied to the home appliance field. It can be seen that great improvements have been made in high‐efficiency motor technologies. Copyright © 2007 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

车用永磁同步磁阻电机转子的优化设计

永磁同步磁阻电机充分利用磁阻转矩,有效提高了电机功率密度和降低电机成本。本文首先对永磁电机的磁阻转矩影响因素进行分析,建立了3种不同结构转子模型,利用二维有限元法对电机的重要参数进行了计算和对比分析。综合比较后,对其中一种转子结构进行了优化,通过调整直轴和交轴磁路,提高了电机磁阻转矩的比例及弱磁性能。     

自起动永磁同步电机转子铜耗分析的时步有限元优化离散策略

利用时步有限元方法对永磁同步电机进行转子铜耗分析计算时,由于空间中高次谐波磁场的作用,使得导条中的电流与损耗在集肤效应的影响下呈非均匀分布,于是有限元模性的空间离散方案将直接对计算精度产生影响。首先通过理论推导得出导条电流密度的解析表达式;在此基础上,通过建立不同形式的目标函数,研究等间距与不等间距条件下离散密度对于损耗计算精度的影响,及其所对应的最优离散方案;最后,针对转子实际槽形结构,在考虑交界面处强制引入节点的约束条件下,提出了采用分区域循环引用最优离散点的方法,求解全局优化离散策略。通过与时步有限元计算结果进行对比,验证了方法的合理性。     

内置式永磁同步电机的效率最优直接转矩控制

为提高内置式永磁同步电机驱动系统的运行效率,提出了一种内置式永磁同步电机的效率最优直接转矩控制方法。在建立计及定子铁心损耗的内置式永磁同步电机模型的基础上,分析了电机损耗与转矩、转速和定子磁链的关系,导出了不同运行工况条件下效率最优定子磁链幅值的计算式。通过动态调节定子磁链给定值,实现了内置式永磁同步电机直接转矩控制系统的效率最优控制。实验结果表明,给出的优化控制策略在保持直接转矩控制快速动态响应特性的同时,可有效提高电机的运行效率。     

静止边界法在永磁同步发电机旋转磁场及铁心损耗计算中的应用

旋转磁场分布是永磁同步发电机铁心损耗计算的基础。目前,对于旋转磁场计算一般都是通过建立转子处于不同位置时有限元磁场模型来实现,即模型重构法。这种方法对于每一个转子位置的磁场分析都要重复建模-划分网格,从而使得整个分析过程效率低下。基于此,本文提出一种高效计算同步永磁发电机旋转磁场数的静止边界法,该方法通过改变静止边界节点磁位的耦合顺序来等效转子的旋转,克服了模型重构法电磁计算过程中需反复建立模型所导致效率低下的缺点。通过比较两种方法的计算结果,验证了静止边界法在电机旋转磁场计算中的正确性和高效性。同时静止边界法保证了在旋转磁场的计算过程中,定、转子模型中有限元单元的形状、位置及构成节点信息的一致性,为永磁同步电机铁耗分布的准确计算提供了单元磁密时域解。     

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.