永磁同步電機損耗學習筆記

更加高效的永磁同步電機總是我們不斷目標,提高效率就是減小損耗,這篇文章就談談電機損耗這件事。

永磁同步電機的損耗主要有:定子繞組銅損、定子和轉子鐵芯損耗、風摩損耗和機械摩擦損耗、雜散損耗。

定子繞組銅損

定子繞組銅損主要由兩部分組成:線圈直流電阻產生的損耗和由於高頻交變磁場趨膚效應在繞組中產生的高頻附加損耗。繞組高頻附加損耗與電機工作頻率、繞組導體尺寸和在槽中的排列位置等多種因素有關可以利用有限元分析進行計算。

定子和轉子鐵芯損耗

定子和轉子鐵芯損耗是指由於定子和轉子鐵芯的渦流效應產生的損耗。電機的鐵耗主要集中在定子側,定子側鐵耗約佔總鐵耗的95%以上。轉子鐵耗主要為渦流鐵耗,損耗主要集中在永磁體上和轉子表面,雖然這部分損耗比較小但是由於轉子散熱條件差對於表貼式電機來說轉子鐵耗處理不好容易導致轉子溫升過高導致永磁體退磁。

定子鐵芯損耗

P_{Fe} =P_{h} +P_{c} +P_{e}

P_{h} =k_{h} fB_{p}^{x}

P_{c} =k_{c} f^{2}B_{p}^{2}

P_{e} =k_{e}f^{1.5}B_{p}^{1.5}

式中:Ph,Pc,Pe—磁滯損耗、經典渦流損耗和異常渦流損耗;

Bp—磁通密度幅值;

f—頻率;

kh,x—磁滯損耗係數;

kc—經典渦流損耗係數;

ke—異常損耗係數。

鐵耗計算的準確性取決於兩個條件,一是鐵心材料的損耗係數要選用的正確;二是鐵心各部分的磁通密度要計算的正確。

轉子鐵芯損耗

永磁同步電機中,定子基波磁動勢與轉子同步旋轉,因此轉子渦流損耗主要受定子槽氣隙磁導變化的影響、定子繞組磁動勢引起的空間諧波及繞組電流的時間諧波的影響,用解析法計算比較困難。

風摩損耗和機械摩擦損

風摩損耗和機械摩擦損耗是指電機在旋轉過程中的風阻損耗和機械摩擦阻力損耗。風摩損耗產生原因為告訴轉動由空氣摩擦產生的損耗,因此損耗轉子表面粗糙度越高損耗越大,轉速越高損耗越大。

雜散損耗

負載雜散損耗是指除電機鐵耗,機械損耗和定轉子銅耗以外,由電機的負載電流所引起的各種損耗之和。負載雜散損耗由基頻負載雜散損耗和高頻負載雜散損耗組成,其主要成分是定子諧波及齒諧波磁動勢在轉子中引起的高頻損耗,以及定子磁動勢引起轉子橫向電流所產生的損耗。

各種損耗佔比分析

參考文獻:

《高速永磁電機的損耗計算與溫度場分析》孔曉光1 王鳳翔2 邢軍強2

《高速永磁電機轉子空氣摩擦損耗研究》邢軍強,王鳳翔,張殿海,孔曉光

《永磁同步電機轉子渦流損耗計算的實驗驗證方法》徐永向,胡建輝,胡任之,鄒繼斌

《矢量控制下永磁同步電機損耗分析》丁樹業,劉書齊,畢劉新,馮海軍,李躍龍


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