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SPWM变频器供电时异步电动机定子铁心损耗的研究

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SPWM变频器供电时异步电动机定子铁心损耗的研究

作者：朱一枫哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

随着电力电子技术的不断发展,由变频器供电方式下的异步电动机,以其良好的调速性能和控制特性,越来越广泛的应用到传动系统中。但是变频器输出电压中含有大量的谐波成分,这会引起电机铁心损耗的增加、电机温度升高、加速电机的绝缘老化... 详细信息

随着电力电子技术的不断发展,由变频器供电方式下的异步电动机,以其良好的调速性能和控制特性,越来越广泛的应用到传动系统中。但是变频器输出电压中含有大量的谐波成分,这会引起电机铁心损耗的增加、电机温度升高、加速电机的绝缘老化等问题。随着变频电机控制技术的发展,在其实际应用的过程当中,变频电机的控制电路中会加入滤波器以提高电源质量。在总铁心损耗中,定子铁心损耗所占比重很大,因此研究变频器下电机定子铁心损耗具有必要性,这将为指导电机在变频器下的运行与设计提供重要参考。本文以一台37k W变频异步电动机为研究对象,结合部分实际电路所用元器件的参数,建立了二维瞬态电磁场-变频电路联合计算模型,基于电磁场理论,采用时步有限元法,对变频器供电方式下的定子铁心损耗进行计算分析。在PWM变频器控制电路模型基础上,分析了不同调制比下的SPWM输出波形及负载侧加入滤波器前后的谐波畸变率的变化规律。对比研究了在电压频率为50Hz,额定负载工况下,电网供电与加入滤波器前后的变频器供电方式下的定子齿顶径向与轭部切向的磁密波形和定子铁心损耗分布规律。对比研究了调制比参数变化,电压频率变化以及负载工况变化时,加入滤波器前后定子铁心损耗变化规律。最后通过样机实验,将实验测量值与计算值进行对比,验证了模型的准确性。

关键词：变频异步电动机滤波器定子铁心损耗有限元

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大型发电机定子铁心损耗试验方法及故障分析

电工技术 2021年第15期 180-181页

作者：刘强刘行行周中锋张晓宽河北冀研能源科学技术研究院有限公司河北石家庄050051

分析利用6 kV厂用电进行发电机定子铁心损耗试验的可行性,阐述试验参数的计算方法、试验步骤及注意事项。针对试验过程中发现的铁心一处过热故障,通过消缺后复测效果明显,从而避免发电机带缺陷运行,保证设备安全稳定运行,也为其他运行... 详细信息

分析利用6 kV厂用电进行发电机定子铁心损耗试验的可行性,阐述试验参数的计算方法、试验步骤及注意事项。针对试验过程中发现的铁心一处过热故障,通过消缺后复测效果明显,从而避免发电机带缺陷运行,保证设备安全稳定运行,也为其他运行单位进行现场定子铁心损耗试验提供参考。

关键词：发电机厂用电系统定子铁心损耗

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高速永磁电机损耗的计算分析

高速永磁电机损耗的计算分析

作者：邱旭沈阳工业大学

学位级别：硕士

永磁同步电机效率高、结构简单、功率因数高、控制特性好,特别适合高速运行,已广泛应用于机械加工业、电动工具、飞轮储能、高速离心机、高速压缩机等领域。绕组交流损耗、定子铁心损耗以及转子涡流损耗的准确计算是高速永磁同步电机的... 详细信息

永磁同步电机效率高、结构简单、功率因数高、控制特性好,特别适合高速运行,已广泛应用于机械加工业、电动工具、飞轮储能、高速离心机、高速压缩机等领域。绕组交流损耗、定子铁心损耗以及转子涡流损耗的准确计算是高速永磁同步电机的关键问题,也是近年来电机学科研宄的热点。论文对高频电流引起的绕组集肤效应、邻近效应进行了深入研究,分析了逆变器谐波电流对高速永磁同步电机绕组交流损耗的影响,得出了电机绕组交流损耗随载波比的变化规律。通过分析导体直径对导体交流损耗的影响,得出在电流频率和幅值一定时,导体总损耗随导体直径变化存在极小值的结论。对保持导体总截面积相等,采用多股并绕减小高频交流损耗的方法进行了研究,指出在一定频率范围内绕组多根并绕可减少绕组交流损耗,但超过最佳频率后,采用并绕方式的绕组交流损耗反而比不采用并绕的绕组交流损耗大。非晶合金材料的磁化性能和损耗性能受加工影响严重,加工后的非晶合金铁心磁化和损耗性能严重恶化。基于实测得到的非晶合金带材和叠压非晶合金铁心在多个频率下的损耗测试数据,对叠压成型的非晶合金定子铁心损耗修正系数进行了归纳总结,拟合了铁耗分立模型系数。用时步有限元法分析了逆变器谐波电流、永磁体充磁方向以及永磁体斜边角对高速永磁同步电机定子铁心损耗的影响。根据总结的损耗分立模型系数,对基于带材的损耗特性以及基于修正后的带材损耗特性进行了空载铁耗的计算与验证,上述三种影响因素同时考虑到一台样机中,采用有限元法对电机整体损耗的抑制效果计算与验证。采用时步有限元法研究了槽口宽度、保护套电导率和厚度以及铜屏蔽层对转子涡流损耗的影响。根据电机电磁场理论,在直角坐标系下采用解析法对高速电机永磁体涡流损耗进行计算。将上述三种抑制损耗的方法应用到一台样机中,对比计算了未经改进和经改进后的损耗大小,验证了前文影响因素分析的正确性。

关键词：高速永磁电机绕组交流损耗定子铁心损耗转子涡流损耗

低温高速永磁电机定子铁耗与温度分布特征研究

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低温高速永磁电机定子铁耗与温度分布特征研究

作者：金鹏飞哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

低温高速永磁电机应用在LNG泵中,具有功率密度高、可靠性高和适应性强等优势。但低温环境下电机材料的机械和电磁性能均发生改变,对电机的强度、电磁和温度造成很大影响,需要重新计算和分析。本文针对上述问题,以一台40k W,35000r/min... 详细信息

低温高速永磁电机应用在LNG泵中,具有功率密度高、可靠性高和适应性强等优势。但低温环境下电机材料的机械和电磁性能均发生改变,对电机的强度、电磁和温度造成很大影响,需要重新计算和分析。本文针对上述问题,以一台40k W,35000r/min的低温高速永磁电机为例,对其转子强度、定子铁心损耗和电机温度进行了研究。在考虑温度影响的基础上建立了电机转子应力的解析模型和三维有限元仿真模型,采用这两种方法得到了低温和高温环境下转子的应力分布,对比验证了计算结果的正确性;基于有限元法,研究了不同转速和温度下永磁体和转子屏蔽套强度的变化规律,确定了其趋于材料临界强度时的工况,在该极限工况下分析了屏蔽套厚度和过盈量对转子强度的影响,进一步求出屏蔽套尺寸的可行范围。针对在低温环境下电机材料的电磁属性发生改变的问题,基于有限元仿真模型,对比了低温和常温下电机的空载气隙磁密和负载转矩变化,研究了低温电机定子铁心的磁场分布特性;在此基础上,选择考虑趋肤效应的变系数铁耗模型提高了硅钢片损耗曲线的拟合精度,并采用了考虑旋转磁化和谐波影响的铁耗计算模型计算定子铁心损耗;进一步阐述了定子铁耗的分布特性和低温对铁耗的影响。低温高速永磁电机工作在LNG流体中,考虑到低温流体对电机温度分布的影响,需要对电机的温度场进行研究;在基于有限元法计算各部件生热率的基础上,对铁心硅钢片的导热系数和定子槽内绕组、绝缘进行等效,构建了考虑转子旋转的三维流固耦合求解模型,进一步揭示了电机内流体和关键部件的温度分布规律。本文的研究内容可以为屏蔽式LNG泵用低温高速永磁电机的研究提供参考。

关键词：低温高速永磁电机转子屏蔽套定子铁心损耗铁耗计算模型流固耦合温度场

基于有限元的燃料电池空压机用超高速电机铁心损耗研究

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微电机 2022年第9期55卷 22-26页

作者：卜建国俞妍白民庞海龙雷威王连峰陆军军事交通学院天津300161 天津市捷强动力装备股份有限公司天津300406

超高速电机,除了要考虑定子铁心损耗,转子涡流损耗也是不能忽视的,转子涡流损耗容易导致内转子电机永磁体失磁。论文建立了超高速电机有限元模型,首先采用基于Spearman秩相关的灵敏度分析方法对超高速电机各设计参数对电机定子铁心损耗... 详细信息

超高速电机,除了要考虑定子铁心损耗,转子涡流损耗也是不能忽视的,转子涡流损耗容易导致内转子电机永磁体失磁。论文建立了超高速电机有限元模型,首先采用基于Spearman秩相关的灵敏度分析方法对超高速电机各设计参数对电机定子铁心损耗和转子涡流损耗进行了灵敏度分析,然后剔除灵敏度低的设计参数,最后详细研究分析了各设计参数对电机定子铁心损耗和转子涡流损耗的影响,并为下一步优化设计提供了参考。

关键词：超高速电机定子铁心损耗转子涡流损耗灵敏度分析

全电飞机用外转子永磁同步电机设计与损耗特性研究

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全电飞机用外转子永磁同步电机设计与损耗特性研究

作者：黄瑶沈阳工业大学

学位级别：硕士

发展绿色航空战略逐渐成为社会各界的共识,全电飞机是航空行业发展的必然趋势。电机是实现全电飞机的关键部分,由于全电飞机工作环境的特殊性,要求驱动电机应具有高功率密度,高可靠性,高效率等性能。高功率密度电机在运行过程中将产生... 详细信息

发展绿色航空战略逐渐成为社会各界的共识,全电飞机是航空行业发展的必然趋势。电机是实现全电飞机的关键部分,由于全电飞机工作环境的特殊性,要求驱动电机应具有高功率密度,高可靠性,高效率等性能。高功率密度电机在运行过程中将产生大量的热,飞机中驱动电机的空间又有限,散热困难,局部发热严重,电机效率降低,进而造成电机可靠性降低,研究电机发热问题的关键在于准确的计算电机的损耗。本文以一台峰值运行功率为40k W,连续运行功率为10k W外转子永磁同步电机为研究对象,研究的主要内容如下:首先,对外转子永磁同步电机进行设计,包括磁路结构、主要尺寸、永磁体结构参数、极槽配合、定子槽型等参数,并结合有限元仿真计算对电机在空载、连续功率、峰值功率三种运行工况下的电磁场进行仿真分析,验证电机的设计方案的合理性。其次,基于爱泼斯坦方圈法对三种硅钢片材料B35A230、B35A270、B35A470进行了磁特性测试,分别得到了三种硅钢片的磁化曲线和损耗曲线,并进行了对比分析。同时,为了考虑加工因素对硅钢片损耗曲线的影响,采用环形样件法对B35A230铁磁材料进行磁特性测试,得到多个工作频率下的损耗曲线,将环形样件法测得的损耗曲线进行回归分析,得出回归偏差ε最小的一组损耗系数,为下文的损耗计算提供支撑。最后,根据环形铁心损耗曲线的实验测试结果,采用一种能够综合考虑加工因素、交变与旋转两种磁化方式和谐波磁场的铁耗计算模型,对电机空载、正弦供电以及PWM供电方式下的定子铁心损耗就行了计算分析。根据定子齿部和轭部磁力线的分布规律,将电机划分为7个求解区域,考虑定子铁心不同区域位置处受两种磁化方式以及谐波的影响,将各区域的铁耗进行计算叠加得到整个铁心的铁耗值。同时,对永磁体涡流损耗进行计算,分析了永磁体轴向分段、周向分段、槽口宽度、气隙长度以及极弧系数对涡流损耗的影响规律。

关键词：永磁同步电机磁特性测试定子铁心损耗永磁体涡流损耗

大型同步发电机定子铁损P_(Fe)模拟实验分析

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电机技术 2009年第3期 56-58页

作者：陈理陈波刘晓华湖北超高压输变电公司 430050 华南理工大学 510640

用空载试验变压器模拟同步发电机定子铁心铁损PFe的测量实验,表明用较小容量的电源,配以适当的补偿电容测试大型同步发电机的定子铁心损耗PFe是可行的。

关键词：定子铁心损耗谐波补偿电容

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多因素影响下永磁电机定子铁耗计算

微特电机 2019年第6期47卷 16-19,23页

作者：靳荣华师蔚上海工程技术大学

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... 详细信息

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。

关键词：永磁同步电机定子铁心损耗多因素影响