考虑涡流反作用的永磁体涡流损耗解析计算

推导了一种新型表面式无金属护套永磁同步电机永磁体涡流损耗解析模型,该模型同时考虑涡流反作用、开槽引起的磁导谐波和涡流分布不均匀三种因素,可以计算任意定子电流波形的表面式无金属护套永磁同步电机的永磁体涡流损耗,并能分析任意次数时空谐波产生的永磁体涡流损耗。采用所推导的解析模型研究影响永磁体涡流损耗的因素,包括调制比、载波比和气隙长度。调制比和载波比的增加减小了电流时间谐波幅值二次方和,因此降低了永磁体涡流损耗;气隙长度的增加,由于削弱了谐波电枢反应而降低了永磁体涡流损耗。通过对电机的实验分析和有限元仿真,验证了解析计算的正确性和规律的适用性。     

考虑电流谐波的车用IPMSM振动仿真模型研究

为研究电流谐波对永磁同步电机振动的影响,搭建仿真平台,以一台48槽8极内置式永磁同步电机(IPMSM)为研究对象,分析了两种考虑电机电流谐波的振动仿真模型的异同。理论分析了引入电流谐波的永磁同步电机振动源,建立基于MATLAB-ANSYS的联合仿真模型和实测电流-ANSYS多物理场模型,并通过有限元法计算两种仿真模型的电磁激振力和振动加速度频谱,用振动实验验证了两种模型的有效性。     

逆变器供电永磁同步电机铁耗和永磁体损耗分析

为了模拟逆变器供电变频调速永磁同步电机铁耗和永磁体损耗的精确计算,采用非线性电感参数电机模型与矢量控制技术构建电机系统性能仿真平台,开展基于SVPWM矢量控制的高密度永磁同步电机损耗相关技术研究。以48槽8极高密度永磁同步电机为例,研究逆变器供电变频调速永磁同步电机电流时间谐波对铁耗和永磁体损耗的影响,仿真分析逆变器参数与定子电流畸变率之间的关系。仿真分析表明,电流时间谐波是产生永磁体涡流损耗的主要因素;电流时间谐波对铁心涡流损耗影响大,对铁心磁滞损耗影响小;在一定的范围内,当载波比和调制比增大时,电流畸变率减小,铁耗和永磁体涡流损耗也随之减小。与正弦波供电方式相比,用逆变器供电仿真计算得到的铁耗和永磁体损耗值更接近样机实验数据,进一步验证了仿真分析方法的准确性。     

高速电机系统电感对电磁损耗抑制效果的敏感度分析

高速永磁同步电机由于电磁气隙大、匝数少,自身的电枢电感较小,无法对电流时间谐波造成的电磁损耗进行有效抑制,通常需要串联电抗器运行.首先,采用解析法结合电机结构特点计算了电机的电枢电感;然后基于场路耦合仿真,分析串联电抗器增大系统电感的情况下,系统电感对电机电磁损耗抑制效果的敏感度.分析结果表明,转子涡流损耗对系统电感的变化最敏感,铜耗次之,铁耗最不敏感,当系统电感增大到一定值时,3种电磁损耗都不再随着系统电感的增加明显变化.通过实验验证了仿真结果的可靠性,为类似电机的设计和运行提供了参考.     

考虑电流谐波的永磁同步电机电磁振动和噪声半解析模型

提出了一种永磁同步电机快速半解析计算模型,可以分析常见的电流谐波对振动和噪声的影响,并提高了计算效率。首先通过解析和有限元相结合的方法计算了永磁体磁通密度和气隙比磁导,并建立了考虑任意电流波形的电枢磁通密度的解析模型,通过麦克斯韦应力张量方程计算径向电磁力,与有限元计算的电磁力吻合较好。其次通过二维傅里叶变换得到了特定空间阶数电磁力的频率成分,并基于壳体振动和声辐射模型分别计算了定子表面振动和噪声,计算结果能够反映实测振动噪声的主要峰值和分布。最后分析了电流谐波引起的振动噪声的阶次特征和峰值变化。该文提出的半解析模型为在设计阶段考虑电机的振动和噪声提出了一种有效分析方法。     

双三相永磁同步电机电磁性能解析计算

采用傅里叶级数法计算表贴式双三相永磁同步电机的电磁性能。解析模型建立在二维极坐标下,求解区域划分为槽、槽开口、气隙和永磁体四类子域。以矢量磁位为求解变量,在槽开口和气隙子域建立拉普拉斯方程,在槽和永磁体子域建立泊松方程,根据分离变量法求解偏微分方程,并利用各子域之间的边界条件得到谐波系数。解析模型考虑了径向/平行/Halbach等多种充磁方式,内/外永磁转子结构,适用于隔齿绕/全齿绕两种形式的分数槽集中绕组,可用于计算电机空载磁场、电枢反应磁场和负载磁场。在解析模型的基础上,求解了齿槽转矩以及两种分数槽集中绕组连接方式下的空载反电动势和电磁转矩。与有限元结果相比较,表明了解析方法的准确性。     

电枢磁动势谐波对转子涡流损耗的影响分析

永磁电机多采用变频器供电,变频器输出的电流中除包含基波电流外还存在谐波电流,由其产生的电枢磁动势空间谐波会在转子中产生涡流损耗。基于对各次电枢磁动势空间谐波幅值及其相对于转子交变频率的详细分析,提出涡流损耗强度的概念,用于评估不同的电枢磁动势空间谐波对转子涡流损耗的影响程度。对采用整数槽和分数槽绕组的永磁电机转子涡流损耗做了解析对比和有限元分析,证明了利用涡流损耗强度评估电枢磁动势谐波对转子涡流损耗影响的有效性。     

基于T型逆变器的高速永磁同步电机无位置传感器控制系统

高速永磁同步电机绕组电感小、基波电流频率高,易产生严重的高频电流谐波。为抑制电流谐波,本文采用T型三电平逆变器供电,设计高速永磁同步电机无位置传感器控制器系统,通过仿真和实验对比两电平和三电平逆变器供电时的电流谐波,并考核滑模观测器无位置算法在高速运行时的稳定性。实验结果验证了本方案的可行性。     

居民配电网负荷谐波电流发射水平评估方法

提出一种居民配电网负荷谐波电流发射特性的评估方法,采用节点谐波电流贡献率和谐波概率分布两项评估指标,通过符号判别法和典型相关性分析方法计算系统侧和负荷侧谐波阻抗,进而划分谐波责任,计算居民负荷谐波电流发射水平。仿真和案例分析结果表明,典型相关性分析方法谐波阻抗估计精度优于符号判别法,且适用于系统侧谐波波动大于负荷侧谐波波动的场景,居民配电网谐波电流幅值概率密度曲线呈多峰特性,可反映谐波源电器及其组合,对配电网谐波源识别和谐波抑制措施制定具有重要意义。     

电动汽车用PMSM直接转矩控制电压矢量选择策略

给出了内置式永磁同步电机直接转矩控制系统定子磁链幅值、转矩角和转矩的简化控制规律,提出了一种适用于转矩角小于90°时的内置式永磁同步电机直接转矩控制电压矢量选择策略,并针对Honda Civic06My Hybrid混合动力电动汽车用15kW内置式永磁同步电机进行实验验证。实验结果表明:相比较于开关表控制,电压矢量选择策略可有效减小电流和转矩脉动,电流谐波含量小且固定开关频率。     

一种改进永磁同步电机双矢量模型预测控制策略

永磁同步电机（PMSM）传统的模型预测控制（MPC）策略在一个控制周期内通过遍历计算,因只施加一个电压矢量,使得控制效果并不理想,并且算法计算量也比较大。针对此问题,在已有的两种MPC方法的基础上,提出一种优化方法,使得在保持良好的动静态性能的同时,开关频率也保持在较低水平。该方法通过扇区判断减少计算量,离散过程采用精度更高的龙格-库塔的离散方式,采用拉格朗日乘子法计算占空比。最后通过搭建模型仿真,与已有的两种双矢量MPC方法相比,验证了所提方法的有效性。     

基于转子形状优化设计的三次谐波注入式五相IPMSM气隙磁场优化

五相永磁同步电机(PMSM)可通过注入三次谐波电流来提高电机的转矩密度。除三次谐波外,削弱永磁体产生的其他次空间谐波可以降低电机的转矩脉动、减小电机的振动和噪声。因此,针对三次谐波注入式五相内嵌式永磁同步电机(IPMSM),提出一种转子铁心形状优化设计方法。理论推导转子铁心形状的解析表达式,根据电机参数进行有限元建模,得到优化后的电机模型气隙磁密谐波含量及转矩脉动。与优化前的电机模型进行仿真对比,得到的结果与理论分析吻合,气隙磁场优化效果显著。     

螺旋桨负载永磁同步电机直接转矩控制系统研究

为了研究空间矢量调制策略对大功率永磁同步电机在螺旋桨负载特性下变频调速性能的影响,通过对直接转矩控制变频调速和螺旋桨负载特性理论的分析,结合螺旋桨敞水特性曲线,得到螺旋桨推力系数Kp和扭矩系数Km分别与进速比J之间的函数关系.提出了推力系数和扭矩系数的计算方法,建立了螺旋桨负载和永磁推进电机直接转矩控制的仿真模型.仿真结果表明,直接转矩控制系统中永磁推进电机转速动态响应快,转速稳定后电磁转矩与螺旋桨旋转产生的负载转矩相等.与实测电机运行数据比较可知,不同转速下仿真得到的电机转矩值与实测值相一致,验证了该模型的有效性.     

表贴式永磁同步电机永磁体偏心气隙磁场解析

采用分区域的方法对表贴式永磁同步电机磁极偏心的气隙磁场进行推导解析。将求解区域分为永磁体区域、气隙区域、定子槽区域和基于分离变量法利用各区域的边界条件得出相关系数,并在计及永磁体偏心的情况下求解电机气隙磁场。解析模型能够计算电机空载和负载气隙磁场的分布。将解析模型计算结果与有限元分析结果进行对比,发现所建立的解析模型具有较高的准确度。     

基于实测定子电流的表贴式永磁同步电机转矩波动系数计算方法

利用实测定子电流计算转矩波动系数有助于监测永磁同步电机在实际工况下的转矩波动程度以及根据其变化进行故障预测。针对采用d-q轴数学模型、矢量控制的表贴式永磁同步电机,考虑永磁同步电机定子电流基波、谐波与转子磁场基波、谐波的相互作用对转矩波动的影响,推导出转矩解析计算模型。实测定子电流以及转子磁场进行傅里叶分析,确定主要谐波阶次以及转矩波动的主要阶次。依据对实验实例的分析,提出了利用实测定子电流计算永磁同步电机转矩及其波动系数的方法。结果表明能够用于实时监测永磁同步电机在实际工况下输出转矩波动系数。     

基于复合控制的永磁同步电机电流谐波抑制策略

当电机转速发生变化时,重复控制(RC)器控制的谐振频率将偏离电流谐波的频率,系统的谐波抑制能力会降低。针对该问题,分析了永磁同步电机（PMSM）的电流谐波数学模型和谐波产生原因,介绍了传统RC原理,并在传统RC的基础上,引入Fal函数,构建了一种基于Fal函数的复合控制策略,使传统RC在稳态过程中具有更好的效果。同时,对传统RC的内模进行改进,并将其嵌入电流环,进一步提高复合控制器的谐波抑制能力。最后以一台5.5 kW PMSM作为研究对象进行仿真分析和试验验证,结果表明了该方法的有效性。     

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。     

矩形与面包形磁钢永磁同步电机噪声对比分析

为了对比分析矩形磁钢和面包形磁钢永磁同步电机运行时产生的0阶振动噪声,从理论上对电机的径向电磁力波进行推导,对力波的的磁密来源进行了分析,讨论了两种不同磁钢形状的永磁同步电机的0阶振动噪声。基于Workbench仿真平台,对这两种不同磁钢形状的36槽24极永磁同步电机进行仿真分析,得到两种电机的0阶6倍频力波的组成和0阶径向电磁力波的傅里叶分析结果;对电机定子的结构分别进行有限元建模和解析计算,得出电机结构的固有模态;通过解析计算的方法,得到电机定子表面的0阶电磁力振动位移频谱图;最后,通过计算电机的声辐射效率,对电机外部声场进行快速建模,计算出电机0阶电磁力声功率级频谱图。研究表明:面包形磁钢永磁同步电机的振动噪声要远小于矩形磁钢永磁同步电机的振动噪声。     

五相开绕组电机起动阶段电流控制策略研究

基于运载火箭起动/发电一体化系统高可靠性、高功率密度的需求,针对起动时间短、起动负载大的特点,对不增加铜损且使得相电流幅值最小的三次谐波电流注入率的计算方法开展研究。首先,建立五相开绕组永磁同步电机的数学模型,推导三次谐波电流注入率的解析模型。然后,搭建仿真模型,初步验证以相电流幅值最小为目标的三次谐波电流注入率计算结果的正确性。最终,在原理样机上进行了实验,在负载转矩同为40N·m的情况下,将相电流幅值从31.5A降到27A,降低了14.28%。实验结果与仿真结果基本一致,进一步证明了注入率的正确性。     

永磁同步电动机幅频特性分析

分析了水磁同步电动机带惯量负载情况下的幅频特性.从非线性传递函数理论出发,指出永磁同步电动机的幅频特性不仅与电机的参数有关,而用与给定信号有关.随着给定信号的增大,电动机系统的幅频特性曲线发生变化,表现出较强的非线性特点.最后,文中给出了相应的实验结果,验证了理论分析的正确性.