变频器供电载波引起的非晶电机谐波损耗的实验研究

为了研究变频器供电情况下,由载波引起的非晶合金永磁电机的谐波损耗特性,测试了非晶合金电机和同结构参数的硅钢片电机的谐波损耗,并基于实测数据利用有限元对比分析了两台电机谐波损耗的分布规律。结果显示,变频器供电情况下非晶合金电机定子绕组中由载波引起的谐波电流含量高于硅钢片电机,由此导致非晶合金电机谐波损耗高于硅钢片电机,该谐波损耗的主要分量为永磁体中的涡流损耗,采用永磁体轴向分段手段可有效抑制非晶合金电机的谐波损耗。     

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。     

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。     

电流谐波对不同绕组形式永磁同步电机损耗研究

由PWM逆变器供电的永磁同步电动机定子电流中含有大量时间谐波,这些谐波作用于电机铁心和永磁体上产生损耗,不同绕组形式永磁同步电机受电流时间谐波的影响也不相同。建立集中绕组永磁同步电机和分布绕组永磁同步电机的有限元模型,将实测得到的PWM逆变器供电下电机的定子电流进行分解,得到各次电流谐波,并将电流谐波分别代入集中绕组电机和分布绕组电机进行仿真,研究谐波损耗对电机效率的影响,通过实验对比两种电机在电流谐波影响下的效率。     

采用载波移相技术永磁电机高频振动抑制研究

针对电压源PWM逆变器开关过程中产生高频电压必然激发电机中高频振动问题,提出一种载波移相方法抑制双PWM逆变器供电的永磁同步电机高频振动噪声。通过调节两台逆变器载波相位,控制PWM电压源逆变器中开关过程产生的谐波电压,使得电机绕组中对应高频电流产生的磁动势相互抵消,降低径向激振力,达到减小永磁同步电机高频振动目的。该方法简单实用,不影响原有控制策略,在不增加任何硬件投入情况下,大大降低电机高频振动。采用载波移相技术之后,开关频率倍频处振动加速度能有效降低18 dB左右。仿真及试验结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

PWM开关频率对转子损耗和温升影响探究

永磁电机转子损耗及温升分析对电机性能与安全非常重要。永磁电机转子损耗主要是由谐波引起的,且脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)供电下输入电流谐波对损耗影响很大。因此,探究PWM供电对转子损耗和温升影响探究可以为PWM开关频率的选取提供重要参考。为实现上述目的,首先建立了场-路耦合的电机有限元仿真模型,获取了不同开关频率下转子损耗的变化情况。然后,建立了磁-热耦合仿真模型,获取了多个工作点不同开关频率下的转子温升,最终结合电机性能需求和逆变器成本选择合适的开关频率,可以为电机及其控制器设计提供重要参考。     

非晶合金永磁同步电机空载损耗

为了研究电机铁心加工工艺对非晶合金材料磁化和损耗性能的影响,实验实测了非晶合金铁心的磁化性能和损耗性能,通过分析非晶合金铁心损耗测试结果,得出了铁耗计算模型中磁滞损耗系数随频率变化的修正方法。研制了两台相同结构尺寸和参数的永磁同步电机,定子铁心分别采用非晶合金材料和35W270硅钢片,对比分析了两台电机在正弦波和变频器供电情况下的空载损耗。结果显示,正弦波供电时,非晶合金电机的空载损耗仅为硅钢片电机的45%,但由于非晶合金电机在变频器供电时,时间谐波电流含量高于硅钢片电机,由此引起的谐波损耗大于硅钢片电机。     

非晶合金永磁电机负载损耗及效率特性分析

为了研究采用非晶合金材料代替硅钢片材料制作铁心后,永磁电机在负载运行时的损耗与效率的变化规律,研制了两台相同结构尺寸参数的非晶合金永磁电机和硅钢片永磁电机。利用实验方法测试了两台电机在相同运行工况下的损耗与效率特性,并借助有限元方法对两台电机不同负载率时的损耗进行了对比分析。结果显示,轻载时,非晶合金永磁电机定子铁心损耗低于硅钢片电机,效率优势明显;但随着负载率的增加,非晶合金电机定子铁心饱和严重,导致绕组磁动势波形畸变,由绕组磁动势谐波引起的损耗高于硅钢片电机,非晶合金电机效率优势随负载率的增加逐渐减小。     

基于裂比的非晶合金永磁电机设计技术

非晶合金材料电磁性能优异,应用于电机领域能显著降低电机铁心损耗,提高电机效率。针对非晶合金材料的特点,基于永磁电机基本设计理论,推导了非晶合金电机铜耗与铁心损耗的解析表达式。基于非晶合金永磁电机损耗的解析表达式对非晶合金永磁电机裂比(定子内外径之比)、磁密比值(气隙磁密与铁心磁密之比)的设计进行了研究,得出了非晶合金永磁电机裂比、磁密比值的设计规律。在对非晶合金永磁电机设计规律研究的基础上完成了一台非晶合金永磁电机的设计并进行了试验。所做的研究对非晶合金电机的设计及优化具有一定的参考价值。     

变频供电条件下异步电机空载磁场及损耗分布特点

以一台空间矢量脉宽调制(SVPWM)供电的5.5 k W异步电机为例,利用时步有限元法分析不同载波频率和调制比下电机定转子铁心磁密变化规律及其对损耗密度分布的影响。结果表明,变频供电时,定转子铁心磁密谐波主要集中在定子齿顶区域,随载波频率增加,电机总铁耗下降,但总体变化较小;调制比增加导致变频器输出电压谐波含量降低,电机内部定子铁心谐波损耗密度减小,电机总损耗随调制比增加而降低。对不同载波频率和调制比空载运行状态进行试验对比,验证了分析的正确性。     

直流偏磁情况下的定子永磁电机铁耗计算

提出了一种直流偏磁情况下的定子永磁电机铁耗计算方法。由于电机的特殊型结构以及逆变器供电等原因,定子永磁电机内部会存在直流偏磁现象。为此,首先使用爱泼斯坦方圈在不同交流磁密幅值情况下,进行了偏磁实验研究。基于实验数据以及传统偏磁铁耗模型,提出了一种考虑磁密幅值的偏磁铁耗计算模型。该模型能够较好地描述不同磁密幅值情况下直流偏磁对铁耗的影响。最后将该模型应用于电机铁耗计算,并与传统模型进行对比;电机损耗实验结果验证了该模型的可信度。     

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。     

多因素影响下永磁电机定子铁耗计算

经典的常系数及分段常系数铁耗模型不能准确计算具有宽调速范围的变频永磁同步电机铁心损耗,也无法考虑到温度对铁耗损耗的影响。基于传统两项模型,综合考虑旋转磁场、高次谐波、趋肤效应、磁路饱和、小磁滞环路以及温度的影响,提出多因素影响下的永磁电机铁心损耗模型。针对一台PWM逆变器供电的内置式永磁同步电机定子铁心损耗进行计算,将计算值与实验值进行比较分析,结果表明,与传统模型相比,该模型在宽频调速范围内具有更高的准确性。     

时间谐波对永磁屏蔽电机损耗及效率特性的影响分析

为解决永磁屏蔽电机屏蔽套损耗大、电机系统效率低、变频器载波频率难以选择等问题,本文以一台2kW,6000r/min的永磁屏蔽电机作为研究对象,通过搭建Simulink和Ansys EM联合仿真模型,对不同载波频率及调制比条件下电机气隙磁密分布,损耗特性及电机系统效率进行了研究,获得了永磁屏蔽电机系统效率最优的载波频率选择范围。该研究不仅可以为变频器供电永磁屏蔽电机的设计及使用提供理论参考,还具有一定的工程实际意义。     

基于混合方法的PWM逆变器下永磁同步电动机的温升研究

提出一种新型基于等效热网络与有限元相结合的混合方法,建立了三维磁热耦合模型,对一台在脉宽调制（PWM）逆变器驱动下的30 kW/50 Hz表贴式永磁同步电动机进行了仿真研究。首先用场路紧密耦合方法分析电机的分布热源,包括涡流损耗、铁损和铜损。利用该热源分布,结合适当的热网络,研究了耦合温升问题。仿真结果表明,由于载波谐波的影响导致永磁体中涡流损耗的大量增加,其温升也非常显著。试验验证表明,磁块表面和机壳的测量温度与分析结果相吻合,因此该分析方法能准确预测永磁体温度。     

不同驱动方式下永磁无刷电动机损耗及热场研究

针对方波和正弦波两种驱动方式对永磁无刷电动机损耗及温升的影响进行了研究,其中方波驱动下对比分析了3种等效电压相同,不同PWM占空比情况下电动机损耗及温升的不同。仿真了2种驱动方式下电动机的电流,并对电流波形进行了谐波分析。采用一种精确的损耗模型对电机进行了损耗计算,并在此基础上利用解析集总参数热网络法进行了温度场分析,实验结果验证了分析结果。通过研究发现,正弦波驱动下电动机的电流为平滑的正弦波,而方波驱动下的电流中存在显著的时间谐波以及PWM型逆变器带来的载波谐波,造成方波驱动下电动机的转子涡流损耗远大于正弦波驱动的。正弦波驱动下,电机的定转子温升差异并不明显。方波驱动下,电动机的转子温升明显高于定子的,并且随着PWM占空比的降低,定转子的温升差异加剧。     

基于磁热双向耦合的永磁电机损耗和温升分析

为了研究永磁电机材料（铜、钕铁硼）的温度特性对高速永磁电机的损耗和热性能的影响,在考虑电机部件装配间隙的基础上,提出一种磁-热双向耦合方法,根据电机电磁场实际损耗分布加载到其温度场中,绕组、永磁体等部件损耗随温度变化情况实时更新至电磁场,通过3-D瞬态有限元方法实现电机电磁场-温度场的多重迭代收敛计算。以一台15kW高速永磁电机为例,通过两种（磁-热双向、磁-热单向）不同的计算方法对该类电机在不同供电条件（正弦波供电及变频器供电条件）下的损耗及温升计算结果与样机试验结果进行对比和分析。结果表明,通过磁-热双向耦合方法所获得的结果与实验结果更为一致,验证了所提出的磁-热双向耦合法的准确性及优势,为提高该类电机损耗和温升计算精度提供指导。     

PWM型逆变器输出谐波对异步电机损耗的影响分析

借助有限元法对PWM型逆变器供电的异步电机进行了损耗分析。由于逆变器整流方式的不同,产生了不同的电压波形,文中结合有限元法和异步电机的模型,对异步电机由于谐波作用产生的损耗进行了分析。通过把磁场分布分割为若干谐波分量,以找出谐波磁场的作用和主要的损耗因素。由此证明了转子表面的损耗大多由谐波产生。高次谐波使电动机产生脉动转矩,使输出机械特性变差,同时降低了传动系统运行的稳定性,并由于谐波损耗的产生,使电动机附加损耗增加,从而降低传动系统的能量转换效率。所以对异步电机必须考虑高次谐波的影响。     

PWM逆变器供电下电机铁心损耗的解析计算

在Bertotti分立铁耗计算模型的基础上，采用贝赛耳函数，推导PWM逆变器供电下硅钢片损耗的计算模型，该模型考虑逆变器参数对材料损耗的影响，建立PWM供电与标准正弦供电时材料损耗之间的数量关系，为电工材料性能的研究提供了理论依据。通过改进的爱泼斯坦方圈实验，给出一种非正弦供电下电工材料性能的实验研究方法，实验结果与理论值吻合较好。采用PWM逆变器供电时的三相异步电动机进行样机实验，结果表明，该计算模型对PWM供电下电机铁心损耗的理论计算具有很好的工程应用价值。     

潜油永磁同步电机铁耗分析与计算

以潜油永磁同步电机为载体,基于磁密谐波以及旋转磁化分析电机铁耗,通过有限元计算得到两种模型在不同速度下的铁心损耗,并通过实验对电机模型进行了验证,结果表明电机损耗计算考虑磁密谐波以及旋转磁化的影响更接近于测量值。在计算类似潜油永磁同步电机铁耗时用2号铁耗模型计算。