变速往复周期运动模式下横向磁通圆筒型永磁直线电机损耗

作为一种新型的圆筒型直线电机,横向磁通圆筒型永磁直线电机与传统永磁直线电机相比,定子齿槽与电枢绕组空间上相互垂直,实现了电负荷与磁负荷的解耦,易于实现高力密度,在高推力密度领域具有广泛的应用前景。本文针对在变速往复周期运动模式下横向磁通圆筒型永磁直线电机的铜耗、定子铁心损耗以及动子侧永磁体内涡流损耗展开研究。首先,研究电机按正弦规律往复运动即推力正弦变化时的铜耗计算方法。其次,计算其在变速往复周期运动模式下的定子铁心损耗,为了验证计算方法的准确性,设计了铁心损耗测试方法,并对测试结果和计算结果进行了对比分析。最后,计算其在变速往复周期运动模式下的永磁体内涡流损耗。     

高频轴向磁通永磁电机永磁体涡流损耗三维解析模型

针对现有二维解析模型在计算轴向磁通永磁电机永磁体涡流损耗存在精度不足的问题,该文提出一种能够精确计算该类电机永磁体涡流损耗的新型三维解析模型。该模型利用精确子域法和电阻网络模型,能够同时考虑定子开槽、定子谐波电流、涡流反作用和涡流三维分布的影响。利用有限元法验证了精确子域模型计算得到的空载和电枢磁场分布,并在理想空载下,验证了解析模型永磁体表面涡流密度和永磁体涡流损耗值,分析电机在高频运行下涡流反作用对永磁体涡流损耗的影响。最后,对1台7kW、4000rpm的轴向磁通永磁电机进行空载脉宽调制(pulsewidthmodulated,PWM)电压供电实验和空载正弦波电压供电实验,得到因PWM谐波电流引起的永磁体涡流损耗,将实验结果,有限元结果与解析结果作对比,验证了该解析模型的正确性。     

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.     

双向交链横向磁通圆筒型直线永磁同步电机的基础研究

提出双向交链横向磁通圆筒型直线永磁同步电机的方案,克服了传统横向磁通永磁电机初级空间利用率不高的缺陷。初级铁心单元加工方便,能够充分利用次级永磁体,提高电机的空载感应电动势。介绍电机的结构并阐述其工作原理,利用磁路法建立了电机的三维等效磁网络模型,获得了空载主磁通和空载反电动势表达式,推导出了电机的推力表达式,通过三维有限元方法计算了电机磁场,研制了一台实验样机,进行了空载感应电动势和静态推力的测试实验。理论分析与实验结果基本吻合,验证了理论分析的有效性。     

双向交链横向磁通平板型永磁直线同步电机

提出双向交链横向磁通平板型永磁直线同步电机的方案,克服了传统横向磁通永磁电机初级空间利用率不高的缺陷.初级铁心单元加工方便,能够充分利用次级永磁体,有效减小次级永磁体的极间漏磁,增加与绕组相交链的磁链,提高电机的空载感应电动势.文章介绍了电机的结构并阐述了其工作原理,利用磁路法建立了电机的三维等效磁网络模型,推导出了电机的空载主磁通和空载感应电动势表达式,将次级永磁体等效成面电流,获得了推力表达式,通过三维有限元方法计算电机磁场和推力.研制了一台实验样机,测得了空载感应电动势和静态推力.理论分析与实验结果基本吻合,验证了理论分析的有效性.     

新型斜气隙圆筒型横向磁通切换直线电机及其建模分析

该文提出一种斜气隙圆筒型横向磁通切换直线电机(oblique air-gap tubular transverse flux switching permanent magnet linear motor,OATTFS-PMLM)的方案,该新型直线电机综合磁通切换永磁直线电机和横向磁通永磁电机的优点,电枢绕组和永磁体均位于电机初级,次级结构只有铁心,且电负荷和磁负荷在结构上互相解耦,采用斜气隙和圆筒型结构,减小气隙磁阻和避免横向端部效应,具有次级结构简单、可靠性高且带负载能力强的优点。介绍该种电机的基本结构和运行原理,建立基于磁导的电机数学模型,并推导出空载主磁通、空载反电动势、电磁力与主要尺寸之间的关系式。分别通过二维和三维有限元法(finite element method,FEM)仿真计算电机磁场,并通过与传统圆筒型初级永磁直线电机对比研究,分析所提电机结构的合理性和有效性。研制一台实验样机,进行空载感应电动势和静态推力的测试实验,通过对比实验和仿真结果,验证理论分析的有效性和新结构电机原理的正确性。     

轴向磁通永磁同步电机气隙磁场解析计算

针对双定子单转子表面嵌入式轴向磁通永磁同步电机的气隙磁场进行了解析研究。建立了气隙磁场的解析模型,将轴向磁通电机等效成直线电机并建立了等效面电流模型来求解空载工况下的气隙磁场。根据电磁场理论中的唯一性定理,给出了满足泊松方程的边界条件,并将分离变量法应用于泊松方程的解析解来计算电机三相定子电枢绕组作用下的气隙磁场。通过将空载下的气隙磁场与电枢绕组作用下的磁场叠加来预测电机负载工况下的气隙磁场。最后用三维有限元仿真计算结果与解析模型的计算结果相比较,证明了解析法可以有效地计算轴向磁通电机的气隙磁场,为轴向磁通永磁同步电机的解析分析和优化设计提供了基本手段。     

PMSM定子铁耗与磁极涡流损耗计算及其对温度场的影响

采用二维有限元法对交流永磁同步电动机(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以及磁极区域涡流场的分布规律.在此基础上,综合考虑电机中交变与旋转磁场的影响,计算了电机定子饱和铁心损耗与磁极涡流损耗,并将此计算结果应用于电机的三维温度场计算中,分析了两类损耗对电机温升的影响.通过计算结果与实测值的对比分析,验证了损耗与温度场计算方法的正确性.     

横向磁通永磁电机设计与分析

横向磁通永磁电机定子齿槽和电枢线圈在空间上相互垂直,克服了传统电机齿和槽大小相互制约的矛盾,具有转速低、容错性好和转矩密度高等优势,得到了快速发展。基于独特的定子铁心结构,提出了一种结构较为简单的新型模块化横向磁通永磁电机,有效提高了定子空间利用率。介绍了该电机的结构及运行原理,在此基础上,推导了电机功率尺寸方程,给出了电机初步设计方法。采用三维有限元方法,对横向磁通永磁电机进行电磁分析,给出了空载磁链和空载反电势波形以及定位力矩和最大铁心磁通随不同气隙长度的变化波形。     

轴向磁通无铁心永磁电机多层矩形扁线绕组涡流损耗解析计算及优化

轴向磁通无铁心永磁电机的定子为无铁心结构，采用扁线绕制的定子绕组盘，具有槽满率高、平整度好、加工简单等特点。但是相对于圆形导线，矩形扁线具有截面积较大、涡流损耗大的缺点，导致电机损耗偏高、效率偏低。该文根据轴向无铁心电机磁场的三维分布特性，针对矩形扁线涡流损耗分布不均匀的特点，推导了定子无铁心扁线绕组特有的涡流损耗快速计算方法。在此基础上，基于涡流损耗的产生机理并以绕组铜耗最小为优化目标，建立了扁线绕组最优参数的求解公式。采用三维有限元软件仿真及样机测试的方法，验证了涡流损耗解析计算方法的有效性和准确性。结果表明，该文提出的涡流损耗计算公式以及导线参数优化方法可以实现扁线绕组的低损耗及电机的高效率，所得结论可为轴向无铁心电机定子绕组的设计及优化提供理论依据。     

盘式感应电动机铁耗的计算

由于盘式电机的结构不同于常规电机，使它们的磁密转换系数、铁重以及铁耗的计算也不同。本文根据盘式感应电动机的结构特点，提出铁耗计算的较优方法和试验值相吻合。     

定子开口槽感应电机空载损耗分析

论述感应电机空载损耗产生的原因,重点对电机的表面损耗和脉振损耗进行了分析,并对电机定子采用半闭口槽和开口槽两种情况下的转子表面损耗和脉振损耗增加倍数进行了计算。最后结合工程实践经验,对定子开口槽感应电机的设计提出了一些有益的建议。     

永磁电动机的高效率化技术

介绍了日产PMM-ED系列永磁电动机降低损耗(主要为铜损与铁损)、提高效率的具体方法.以及实现高效率化以后的节能效果.不仅有利于环境的保护和改善,而且可望达到显著的经济效益.     

空调压缩机中永磁同步电机的损耗分析

在空调系统中,电能主要用于压缩机运转,因此提高效率对于开发高效压缩机非常关键。为了提高永磁电机的效率,需要减少各种形式的电机损耗。永磁同步电动机其运行频率经常发生变化,致使电机内部的损耗随之改变。本文分析了影响永磁电机损耗的主要因素及其变化规律,得到一些对电机参考设计具有指导意义的结论。     

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.     

车用永磁同步电机的铁耗与瞬态温升分析

为了提高车用永磁同步电机的短时过载能力和功率密度,利用有限元方法进行了综合考虑电磁、热和控制策略的损耗和瞬态温升的非线性仿真分析.损耗分析指出了铁耗由于弱磁的原因在基速附近就达到了最大;峰值工况下的铜耗在整个速度范围内基本不变;连续工况下的铜耗最大值也同样因弱磁的需要而出现在最大工作转速.瞬态温升分析表明绕组端部温度最高而成为薄弱环节;短时工作时永磁体的温度比绕组低但连续或循环工作时两者温度相差不大;增加水流量对绕组温升的影响有限,特别是短时峰值工作的影响就更小,水冷电机加强散热能力的方法在于加强材料应用和工艺改进.     

用流固耦合方法计算充油式潜水电机性能

准确计算潜水电机的损耗对计算潜水电机的运行性能具有重大意义。通过对潜水电机气隙流场域的计算来较精确计算潜水电机的机械损耗。采用流固耦合方法对潜水电机正常工作时转子因气隙流场所产生的粘性摩擦力进行计算,进而得出潜水电机的粘性摩擦损耗。再用电磁计算软件对潜水电机进行磁场分析,计算出电机的铁耗和铜耗,同时得出电机的起动性能。与实验数据相对比,误差在工程误差允许的范围之内,验证该方法对充油式潜水电机机械损耗计算的有效性。     

低速直驱外转子永磁同步电机的设计

永磁同步电机具有转矩密度高、功率因数高的特点,极对数的增加也不会降低功率因数,但齿槽转矩的存在,影响输出转矩的稳定性。本文设计了一台72槽60极400kW的直驱外转子永磁同步电机,利用ANSYS Maxwell建立的二维有限元仿真模型,分析空载反电势、齿槽转矩、气隙磁场、同步电感和负载转矩,验证了电机结构和参数的合理性。重点研究了齿槽转矩和转子损耗的优化,采用优化定子齿槽宽度和开辅助槽的方法,削弱齿槽转矩,采用转子磁极分块的方法,限制涡流通过路径,以降低转子损耗。仿真结果表明,所设计的电机能够满足性能指标,为电机的设计、齿槽转矩和转子损耗的优化提供了依据。     

异步电动机铁耗对直接转矩控制性能的影响及补偿方法

传统直接转矩控制器没有考虑异步电动机铁耗,造成转矩控制性能下降.在两相静止αβ坐标系下建立了考虑铁耗的异步电动机动态等效数学模型.基于不考虑与考虑铁耗的电机模型,对传统DTC控制器控制性能进行了对比分析,结果表明铁耗导致传统转矩估算结果与输出转矩存在偏差,造成输出转矩无法达到参考给定转矩.本文基于考虑铁耗的异步电动机动态等效数学模型,提出一种铁耗补偿器,以校正传统转矩估算结果,使估算转矩更接近于实际输出转矩,提高了转矩控制性能.实验结果验证了改进后的DTC控制器的有效性,可提高造纸业卷绕传动等的张力转矩控制性能,进而提高产品质量.     

两相无轴承电机开关损耗抑制算法

针对全桥功率拓扑以及传统SVPWM驱动算法在两相无轴承电机控制中存在的问题,本文研究采用两相三桥臂功率拓扑方案配合开关损耗抑制算法实现两相无轴承电机的驱动控制。首先,理论推导两相三桥臂功率变换器SVPWM算法。其次,在两相三桥臂SVPWM算法基础上,提出适合于高载频控制条件下的开关损耗抑制算法。第三,从开关器件工作损耗及相电流谐波含量等方面对传统SVPWM算法和开关损耗抑制算法进行对比。最后,在一台两相无轴承电机实验平台上验证所提开关损耗抑制算法的有效性。