永磁同步电动机中永磁体的三维涡流分析

有效准确地分析在正弦电压驱动下永磁同步电动机中永磁体的涡流损耗是研究实际电机发热及温升的关键。该文利用有限元方法,建立了场路紧密耦合的三维模型,对一台500 kW/60 H z内嵌式永磁同步电动机进行仿真研究,分析了在三相正弦电压源驱动下的气隙旋转磁场、转矩及考虑时间谐波作用下永磁体的涡流损耗,并阐明了电流的不同谐波分量对永磁体涡流损耗的影响。分析结果表明,轴向分割永磁块能将永磁体中涡流损耗降低至50%,并且减小齿槽谐波电流也能有效地降低永磁体中涡流损耗。     

表贴式永磁电机阶梯形永磁体设计及特性分析

调速永磁同步电动机要求永磁体产生的气隙磁密波形呈正弦分布,以此产生正弦形的空载反电动势,为此文章设计出一阶梯形永磁体结构以产生近似正弦分布的气隙磁密波形;对一矩形周期函数和阶梯形周期函数分别进行傅里叶级数展开,得出在特定条件下阶梯形周期函数的各次谐波幅值比矩形周期函数小,鉴于此提出阶梯形永磁体结构;在磁场分析软件Magnet中,分别搭建了阶梯形调速永磁同步电机及瓦片形调速永磁同步电机的有限元分析模型并仿真,对仿真获取的气隙磁密做谐波分析,结果表明阶梯形永磁体产生的气隙磁密的各次谐波幅值明显小于瓦片形永磁体。     

烧结钕铁硼电机磁体粘接工艺研究

正一、引言在稀土永磁电机应用中,由于钕铁硼永磁材料的居里温度较低,温度系数较高,因而在高温使用时磁损失较大。早期在小容量的PMSM设计中,转子温升问题并没有引起学者们足够的重视。实际上,定子齿槽效应、绕组磁动势的非正弦分布和绕组中的谐波电流所产生的谐波磁动势也会在转子永磁体、转子轭和绑扎永磁体的金属护套中引起涡流损耗。通常情况下,与定子的铜损和铁损相比,转子涡流损耗很小,所以很少有人研究转子涡流损耗对转子永磁体的影响。永磁体内是存在涡流的,并且随着电机功率的提高,永磁体的体积变大,加之转子散热差,该损耗会引起较高温升,在极     

基于双重傅立叶变换的永磁转子涡流损耗分析

为了优化永磁转子结构,降低转子涡流损耗,分析了表面贴式高速永磁同步电机气隙磁场齿槽效应产生的转子涡流损耗.研究了表面贴式永磁同步电机转子永磁体磁化模式,建立了永磁同步电机转子涡流损耗数学模型,分析了永磁同步电机静态气隙磁场,提取气隙磁场样本数据.采用双重傅里叶变换,研究和比较了四极永磁同步电机永磁体在Halbach磁化和平行磁化时,由齿槽效应引起的气隙磁场时空谐波和对应的转子涡流损耗,并采用瞬态有限元法计算了空载时的转子涡流损耗.结果表明:永磁体采用Halbach磁化模式,能够有效降低气隙磁场高次谐波,转子涡流损耗约为平行磁化时的34%.     

电流时间谐波对转子带护套伺服永磁同步电动机温度场的影响

针对转子带护套伺服永磁同步电机运行过程中永磁体温升较高的问题,本文以一台2 000r/min、12.5kW的伺服永磁同步电动机为研究对象,对变频驱动时永磁电机的温升问题进行了研究.测试了样机额定负载下变频器供电时的相电流,通过傅里叶分解计算出电流各次谐波值.建立了永磁电机二维瞬态电磁场方程,计算出不同电流谐波在护套内产生的涡流损耗.并建立了三维温度场模型,对电机各部分的温度分布进行求解.经计算分析可知绕组内谐波次数位于控制电路载波比附近的电流时间谐波,将导致电机永磁体温升明显变大.将计算所得的电机温度分布与实测结果进行对比,验证了计算结果的正确性.     

基于EKF的永磁同步电机的磁链在线监测

在永磁同步电动机中,永磁同步电动机的性能、效率和稳定性受到永磁体磁性的直接影响．为保证永磁同步电机的高鲁棒性,需要对永磁同步电动机中的永磁体信息进行实时在线监测．本文选择旋转坐标系下的定子电流和永磁体磁链为状态变量,建立一个能够实时提供准确永磁体磁链信息的EKF（扩展卡尔曼滤波器）系统．仿真结果验证了该算法的可用性并表明EKF滤波系统能准确地在线监测出磁链信息．     

基于前馈谐波电压的永磁同步电机谐波电流注入方法（英文）

在多同步坐标系中推导了永磁同步电机谐波电压模型,在此基础上构建了一种基于前馈谐波电压的永磁同步电机的谐波电流注入系统.该系统中电流交流部分增益全部由前馈谐波电压来保证,而原矢量控制系统中的反馈电流控制模块则仅需补偿电流直流部分的增益.利用仿真和试验对比分析了本控制系统与仅采用反馈电流控制模块的谐波电流控制效果及转矩脉动情况.结果表明,前馈谐波电压能大大提升高频谐波电流注入的准确性,从而更有效地降低永磁同步电机输出的转矩脉动.     

电压不对称时永磁同步电动机的动态过程

文章探讨了永磁同步电动机输入电压不对称运行的动态过程.通过建立数学模型及实时仿真,获得定子电流、感应电动势、电磁转矩、角速度的实时变化曲线.结果表明,永磁同步电动机输入三相不对称电压时,其定子电流、感应电动势、电磁转矩、转速均发生振荡,这不仅使电机无法正常运行,而且可能导致电机的转子永磁体退磁.这一结果可以为改进永磁同步电动机的控制提供有力依据.     

定子槽口宽度对同步电机永磁体涡流损耗影响

采用二维时步有限元法,系统地分析变频供电条件下高功率表贴式永磁同步电机定子槽口宽度对电机漏抗、功率因素、绕组电流、气隙磁密等参数的影响,从而确定永磁同步电机（PWM）波供电下槽口宽度对永磁体涡流损耗的影响. 分析表明,定子槽口宽度由6.0 mm变为2.5 mm,电机漏抗增加,由高直流母线电压变频供电引起的电枢纹波电流得到较好抑制,高次谐波电流得到很好过滤,气隙磁密高次谐波幅值减小,永磁体涡流损耗减小可减小近40%. 同时,对两台不同槽口宽度样机进行永磁体温升试验,验证了分析方法和计算结果的正确性.      

基于解析模型的永磁同步电机涡流损耗计算

提出了一种表贴式带保护套永磁同步电机转子涡流损耗的快速解析模型,同时考虑了定子时空谐波、涡流反作用和永磁体周向分段3种情况。在考虑永磁体周向分段时,忽略次生谐波及其耦合影响,以简化计算过程。将此解析模型应用在6相24槽14极永磁同步电机上,首先对其结果进行收敛性分析,减少截断误差的同时提高了计算效率;然后用时步有限元法等进行精度验证,得到的平均涡流损耗与本模型解析解较为吻合;最后由解析模型,绘制永磁体层中的涡流电密图。本解析模型可以快速得到涡流损耗的响应面,为电机设计及优化迭代提供理论依据。     

5.5kW永磁调速同步电动机的设计与分析

永磁同步电动机气隙磁场是由永磁体提供的,无需励磁电流,采用闭环矢量控制策略有效地提高了永磁同步电动机变频调速的动态性能,本文介绍5.5 kW稀土永磁调速同步电动机的设计和样机测试,分析调速性能和经济指标。     

中心部分分段Halbach永磁同步轮毂电机解析计算与优化设计

针对永磁同步轮毂电机转矩脉动和涡流损耗大的问题，提出一种主磁极中心部分分段结构。采用Halbach充磁方式，永磁体主磁极中心部分分段，边界磁极与主磁极不等宽不等厚。首先，在二维极坐标系下构建解析模型，采用精确子域模型法，对解析模型在空载、电流源激励及负载下的气隙磁密和转矩进行计算。其次，建立10极12槽永磁同步电机模型并对其进行有限元仿真验证，提出一种分级优化方法，对电机结构参数进行优化，从而达到降低永磁同步电机气隙磁密谐波畸变率、转矩脉动及涡流损耗的目的。最后，与相关8种磁极结构永磁同步电机模型的各项电磁性能展开对比。结果表明：分级多变量多目标优化算法提高了优化效率与精度；十字型主磁极中心部分分段Halbach永磁同步电机可以显著减小涡流损耗，有利于牵引电机过载运行；H型主磁极中心部分分段Halbach永磁同步电机可以显著降低转矩脉动，提高电磁转矩和机车稳定运行能力。     

内嵌式变频永磁同步电动机设计及性能分析

采用有限元法分析了内嵌式变频永磁同步电动机转子永磁体各尺寸对电机气隙磁密和静动态特性及性能影响,研究了矩形和V形两种永磁体结构转子的永久磁极各尺寸选择依据和范围,利用分析结果分别设计了矩形和V形永磁体转子两种内嵌式永磁同步电动机。针对所设计的矩形永磁体转子内嵌式变频永磁同步电动机的交直轴电感参数和永磁体磁链值进行了有限元计算,对电机参数的实验测试结果证明了理论分析的正确性,分析结果为内嵌式变频永磁同步电机的设计和参数计算提供了理论依据。     

永磁同步电动机变频调速系统

提出了具体变频路和器主电控制电路的设计方案，利用输出电流完成了永磁同步电动机转速自动跟踪．采用高功率因数控制，实现了永磁同步电动机自适应U／f曲线控制．对永磁同步电动机的并网控制进行了研究，根据负载情况估测永磁同步电动机定子电压相位，实验测试曲线表明并网过程定子电压曲线过渡平滑，基本无冲击．对永磁同步电动机的变频器进行了样机实验，结果证明性能良好，完全能满足抽油机永磁同步电动机的要求．     

内置式U形永磁同步发电机转子结构优化

针对永磁同步发电机齿谐波含量大、电压畸变率高及存在齿槽转矩的问题,对内置式U形永磁同步发电机转子结构进行了优化.研究了齿槽转矩产生的原因,以6极72槽内置式U形永磁同步发电机为例,利用有限元方法分析磁极偏移程度及非均匀气隙程度对齿槽转矩及电压畸变率的影响.分析了圆形轴向转子通风道位置对永磁同步发电机性能的影响.结果表明:磁极偏移可以使齿槽转矩相位发生周期性变化,当磁极偏移0.5齿距时,所对应齿槽转矩最小,约为原来的25%;永磁同步发电机的齿谐波含量、电压畸变率及齿槽转矩随非均匀气隙程度的增加而降低;当转子通风道位置处于合适位置时,在去磁最严重的情况下,永磁体最小磁密面的磁密最大,说明适当的转子通风道位置可以降低永磁体的退磁风险;对于文中发电机,当转子通风道位置顺时针偏转2°机械角度时,永磁磁钢最小磁密面的磁密最大为0.331 7 T.     

直驱永磁风力发电系统机侧谐波的抑制

研究一种背靠背三电平变流器控制下的直驱永磁风力发电系统,其中机侧变流器采用二极管中点钳位型三电平变流器在转子同步旋转坐标系下对定子电流进行控制,对发电机电流谐波进行抑制。研究三电平变流器的开关状态和调制方法,采用双重傅里叶级数的方法对机侧三电平变流器的谐波特性进行分析,并提出考虑中性点电压平衡的机侧谐波抑制控制策略。对三电平和两电平变流器直驱永磁风力发电系统进行对比仿真实验研究。研究结果表明:在不同转速和负载条件下,三电平拓扑能有效抑制发电机电流谐波,提高发电机组效率。     

集总参数热路结合温度场和流场的电机永磁体温升分析方法

烧结钕铁硼永磁体电导率高,永磁体内涡流有导致永磁体热失磁的风险,因而电机永磁体的温升分析非常重要。该文提出一种基于集总参数热路的永磁体温升分析方法,用有限元法分析定子温度场得到定子等效热路参数,用计算流体动力学方法分析定子开槽下的气隙热阻。应用该方法分析了一台30kW 4极电机的永磁体温度,与红外测温结果相比,在永磁体涡流损耗较大的脉宽调制(PWM)电压激励的情况下,永磁体与定子外圆温度差的计算值与实验测量值相差小于3.7%。采用该方法能较准确地根据电机定子外圆温度预测电机转子永磁体温度。     

电力活塞式电动机混合驱动系统性能分析

针对电动汽车电动化底盘电力活塞式电动机电磁驱动系统存在的电磁力对电流大小过度依赖的问题,提出一种采用永磁电磁混合方式构成电力活塞式电动机混合驱动系统驱动活塞做功的方案,设计了电磁永磁混合驱动系统结构。基于磁路分析法建立了传统电磁驱动系统和电磁永磁混合驱动系统的等效磁路模型,并建立了两种驱动系统的仿真模型,在同等条件下对两种驱动系统进行了研究分析,结果表明:同等条件下,电磁永磁混合驱动系统产生的电磁力是传统电磁驱动系统的17.3倍;在同等工作要求下,电磁永磁混合驱动系统的电流消耗为传统电磁驱动系统的25.2%,有效降低了电动汽车电动化底盘电磁永磁混合驱动系统的能耗,验证了所提方案的可行性和有效性。     

高精度永磁同步直线伺服系统中的电流测量

采用磁场定向控制的永磁交流同步直线伺服系统中,电流反馈的精确度将直接影响电流环及整个系统调节性能。分析了采用空间矢量脉宽调制(SVPWM)电压型逆变器驱动的直线交流电机绕组中由于矢量切换以及电缆与电机阻抗不匹配引起的谐波电流及其对电流采样的影响。通过选择采样点来抑制SVPWM周期谐波的影响,通过在电流传感器后引入二阶滤波器及对其引起的时间滞后进行补偿,有效地提高了电流检测的精度。实验结果表明,该方法切实可行,为进一步提升伺服系统的性能奠定了基础。     

永磁同步电动机混沌系统条件负反馈控制研究

永磁同步电动机在某些参数及工作条件下会出现混沌运动,这将危及电动机系统的稳定运行,并且会损坏电动机,因此如何抑制或消除永磁同步电动机的混沌运动成为保持其稳定性的关键问题。本文采用条件负反馈方法对永磁同步电动机混沌模型进行控制,数值研究结果表明控制简单有效,能将系统控制到接近于原来的不稳定平衡点,并且可以使电动机d轴的电流不随控制参数的变化而变化,具有重要的工程意义。