PMSM定子铁耗与磁极涡流损耗计算及其对温度场的影响

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电机定转子铁耗、铜耗以及永磁体涡流损耗-概述说明以及解释

电机定转子铁耗、铜耗以及永磁体涡流损耗-概述说明以及解释1.引言1.1 概述:电机定转子铁耗、铜耗以及永磁体涡流损耗在电机运行中扮演着重要的角色。

这些损耗是电机运转过程中不可避免的，在一定程度上影响着电机的效率和性能。

电机定转子铁耗指的是电机铁芯在磁场变化中产生的磁滞损耗和涡流损耗，铜耗则是指电机中导电线圈内通电产生的电阻损耗，而永磁体涡流损耗则是永磁体在磁场中运转时产生的涡流损耗。

本文将重点探讨电机定转子铁耗、铜耗以及永磁体涡流损耗对电机性能的影响及其优化方法，为电机设计和运行提供理论指导和技术支持。

通过深入研究这些损耗机制，可以更好地理解电机能量转换过程中的能耗和效率问题，为推动电机技术的发展和提升电机性能做出贡献。

1.2 文章结构:本文将分为三个部分来探讨电机定转子铁耗、铜耗以及永磁体涡流损耗。

在第一部分引言中，将概述本文内容，介绍文章结构以及明确研究目的。

接下来的第二部分将详细讨论电机定转子铁耗、铜耗和永磁体涡流损耗的相关信息，分别进行深入分析。

最后在结论部分，将总结本文的主要观点，分析影响这些损耗的因素，并展望未来在减少电机损耗方面的研究方向。

通过这样的结构安排，我们希望能够全面、系统地探讨电机损耗问题，为相关领域的研究和实践提供一定的参考。

1.3 目的本文的目的是通过深入探讨电机定转子铁耗、铜耗以及永磁体涡流损耗的相关知识，揭示它们在电机运行中的重要性和影响因素。

通过对这些损耗的分析，我们可以更好地理解电机的运行机理，优化设计方案，提高电机的效率和性能。

同时，本文也旨在为相关领域的研究者和工程师提供有益的参考和指导，促进电机技术领域的发展和创新。

2.正文2.1 电机定转子铁耗电机定转子铁耗是电机运行过程中不可避免的损失，它主要包括磁滞损耗和涡流损耗两部分。

磁滞损耗是由于磁场的磁化和去磁过程中原子、分子在磁场中的定向运动导致的能量损耗，而涡流损耗则是由于磁场的变化引起导体中感应出的电流产生的能量损耗。

磁滞损耗涡流损耗课件

数据采集系统
用于提供磁场，可以是直流或交流磁场。
用于测量被测样品的功率消耗。
用于测量被测样品的阻抗。
用于采集和处理测量数据。
测量步骤与操作
1. 准备样品
选择适当的样品，确保其尺寸和形状适合测量。
2. 设置磁场
使用磁场发生器设置所需的磁场，可以是直流或交流磁场。
3. 连接测量仪器
将样品连接到功率计、阻抗分析仪和数据采集系统。
的转动而产生的能量损耗。
这种损耗是由于磁畴壁在移动和转动过程中，与材料内部的摩擦
和碰撞而产生的。
磁滞损耗的大小与材料的磁导率、磁感应强度、磁场频率等因素
有关。
磁滞损耗的物理机制
当铁磁材料被外磁场磁化时，磁畴壁会随着外磁场的变化而移动和转动。
在这个过程中，磁畴壁与材料内部的晶格结构发生相互作用，产生摩擦和碰撞，从而产生热量和能量损耗。
材料的微观结构和晶格类型
不同的材料具有不同的磁滞损耗特性，这与其微观结构和晶格类型有关。
02 涡流损耗概述
CHAPTER
涡流损耗的定义
涡流损耗是指磁场变化时，在导电材料中产生感应电流而造成的能量损耗。
在交流电或交变磁场的作用下，导电材料中的自由电子受到洛伦兹力而产生定向移动，形成感应电流，进而产生焦耳热导致能量损失。
涡流损耗的物理机制
01
当导电材料置于变化的磁场中，导体内的自由电子受到洛伦兹力作用而产生涡旋状的感应电流，这种现象称为涡流。
02
涡流在产生过程中，由于焦耳热效应，使得导电材料局部温度升高，从而造成能量损失。
涡流损耗的影响因素
01
02
03
04

船用高功率密度永磁发电机损耗及温度场计算

船用高功率密度永磁发电机损耗及温度场计算杜翔宇;胡萌;胡嘉磊;李旭光【摘要】永磁同步电机具有功率密度高、效率高、结构简单的优点，适用于船舶电力系统。

针对一台船用永磁同步发电机，首先计算其定子和转子的损耗，作为温度场计算的热源；然后建立三维有限元模型，对电机水套进行温度场计算，采用流体计算软件FLUENT计算得到等效散热系数进行温度场耦合，从而计算电机本体温度场分布。

通过对不同水套流速下的电机温度场的分析对比，给出了冷却系统的设计要求。

%Permanent magnet generator is applied to marine power system due to its merits such as high⁃power density, high efficiency and simple structure. In this paper,the stator and rotor loss of a marine permanent magnet generator is calculated as the heat source,and then its 3⁃D finite element model is built to calculate the temperature distribution of the water chamber. The equivalent heat release coefficient is obtained by means of liquid calculation software FLUENT to carried out temperature field coupling,so as to calculate the temperature distribution of the generator. A design requirement of the cooling system is made by comparing and analyzing the temperature fields of the generator at different velocity of cooling water.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】5页(P8-12)【关键词】船舶永磁同步发电机;高功率密度;损耗计算;温度场计算【作者】杜翔宇;胡萌;胡嘉磊;李旭光【作者单位】上海交通大学，上海 200240;上海交通大学，上海 200240;上海交通大学，上海 200240;上海交通大学，上海 200240【正文语种】中文【中图分类】TN911-340 引言船舶电力系统的规模与容量随着船舶行业的不断发展而升级，船用发电机的容量也相应提高。

不同定子铁心材料对永磁同步电机铁耗的影响

不同定子铁心材料对永磁同步电机铁耗的影响梁礼明;曾游飞;刘道生;曾旺松【摘要】为分析不同定子材料时的永磁同步电机铁心损耗的大小及分布趋势,对比了B20AT1200及Metglas2605SA1两种不同材料定子铁心的损耗分布.以一台8极48槽50kW的内嵌式永磁同步电机(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor,IPM)为对象,借助Ansoft Maxwell有限元方法对硅钢带材及非晶带材永磁电机损耗分布分别进行了分析.结果显示,50kW的硅钢片永磁同步电机铁心损耗为300.9412W,非晶合金永磁同步电机铁心损耗为100.6233W,铁心损耗下降了66.56％;将定子铁心划分成齿顶、齿身、齿根和铁轭四个部位,两种不同材料电机铁心损耗主要分布均在齿身和铁轭部位,齿顶部位由于体积小所占损耗比重最低.损耗结果同实际情况一致,验证了铁心损耗计算的有效性.【期刊名称】《制造业自动化》【年(卷),期】2018(040)004【总页数】5页(P148-152)【关键词】硅钢永磁同步电机;非晶合金永磁同步电机;铁心损耗;定子不同部位【作者】梁礼明;曾游飞;刘道生;曾旺松【作者单位】江西理工大学电气工程与自动化学院,赣州341000;江西理工大学电气工程与自动化学院,赣州341000;江西理工大学电气工程与自动化学院,赣州341000;江西理工大学电气工程与自动化学院,赣州341000【正文语种】中文【中图分类】TM3410 引言非晶合金是一种新型具备软磁功能的材料，和传系的硅钢片相比，非晶合金的电阻率较硅钢高，可以减少铁心的涡流损耗[1,2]。

除此之外，由于非晶合金材料的厚度（25μ m）比硅钢片材料厚度（300μ m）小很多，因此其电阻率也相应地较硅钢大一些[3]。

高电阻抑制了涡流的运动，进而减少了铁心的涡流损耗值。

因此用非晶合金作铁心材料时可以使得变压器铁心损耗下降70%～80%[4]。

起重机用外转子PMSM全域三维瞬态温度场数值计算与分析

起重机用外转子PMSM全域三维瞬态温度场数值计算与分析韩雪岩;祁坤;段庆亮【摘要】An exterior-rotor PMSM for crane was provided,and the physical model of 3D transient temper-ature field for a crane PMSM was established. Some hypothetical conditions and boundary conditions of the solved region were presented. Lots of coefficients of thermal conductivity and surface heat transfer were given. Stator iron losses,windings copper losses,rotor eddy current loss and mechanical losses were calculated according to the electromagnetic field analysis. With S3 duty of low speed and high torque Out-side rotor PMSM for crane as example,the motor run four minutes,stop or break to 6 minutes in every 10 minutes. 3D transient temperature field was calculated using 3D finite element Method,and Analyzing the parameter calculation of static temperature field,the calculation of transient temperature field on the accu-racy of the motor temperature field. By comparing the results of prototype test and calculation,the science of heat source variable loading is shown,and the reference is provided for the calculation of temperature field in special working condition of motor.%本文提出了一种新型起重机用外转子永磁同步电机( PMSM)，并建立起重机用PMSM的三维温度场数学模型；基于传热学理论基础，通过有限元法建立了在特殊结构下起重机用PMSM的三维瞬态温度场数学模型，给出求解区域内的基本假设及相应的边界条件，确定了电机各部分的导热系数及各表面的散热系数；根据电磁场计算，得出了电机的定子铁心损耗、绕组铜耗、转子涡流损耗与机械损耗等的热源分布；以采用S3工作制负载持续率40%的低速大转矩外转子起重机用PMSM为例，本电机在每10分钟内运行4分钟，停机或断能6分钟。

永磁同步电机永磁体分块对涡流损耗的影响分析

永磁同步电机永磁体分块对涡流损耗的影响分析刘朋鹏;张琪;何彪;黄苏融;陈世军【摘要】逆变器供电的永磁同步电机(PMSM)中电子器件的高频开关会产生高频的电流时间谐波,进而引起永磁体涡流损耗的显著增加.给出了一种考虑电流时间谐波的永磁体涡流损耗计算的解析式,详细分析了永磁体尺寸和透入深度与涡流损耗之间的关系,并通过一个理想的3D模型进行验证.以1台逆变器供电的48槽8极PMSM为例进行涡流损耗仿真计算,结果表明:永磁体合理的分块数可以有效减少涡流损耗.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2018(045)006【总页数】6页(P56-61)【关键词】电流时间谐波;涡流损耗;永磁体分块;集肤效应;解析法【作者】刘朋鹏;张琪;何彪;黄苏融;陈世军【作者单位】上海大学,上海200444;上海大学,上海200444;上海大学,上海200444;上海大学,上海200444;上海大学,上海200444;安庆师范大学,安徽安庆246133【正文语种】中文【中图分类】TM3020 引言永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)由于具有高效率、高功率密度等优点，在众多领域得到了广泛的应用[1]。

PMSM的优化设计技术也引起人们的高度关注。

与正弦波供电电机相比，逆变器供电的PMSM含有大量的高频电流时间谐波分量，导致永磁体集肤效应显著，涡流损耗增加，进而引起永磁体的温度升高，甚至造成不可逆的退磁。

因此在永磁同步电机设计中，尽可能地降低永磁体涡流损耗极为重要，直接影响到电机运行的安全性[2-3]。

永磁体拼块技术是抑制永磁体涡流损耗的有效措施，但是如何精确计算永磁体的涡流损耗，合理选择拼块尺寸是值得研究的问题[4-7]。

以往的永磁体涡流损耗计算方法忽略了集肤效应，或者将透入深度看成一个定值并假设其涡流均匀分布，与实际的永磁体涡流分布情况存在很大的偏差。

针对永磁体涡流损耗问题，国内外学者进行了大量研究。

永磁体涡流损耗与永磁同步电机温度场研究

应闭２０１５，４２（５）
永磁体涡流损耗与永磁同步电机温度场研究术
魏雪环，兰志勇，谢先铭，廖克亮，李虎如，陈麟红（湘潭大学信息工程学院，湖南湘潭４１１１０５）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｔｒｅｎｄｓｆｏｒｔｈｅｍｏｔｏｒｉｎｄｕｓｔｒｙ，ＰＭＳＭｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙａｐｐｌｉｅｄ，ａｎｄｔｈｅｍｏｔｏｒｕｎｉｔｃａｐａｃｉｔｙ
确定的；永磁电机永磁材料的性能受温度变化的
影响，过高的温升会使永磁体材料出现退磁现象，
严重影响电机运行的稳定性 ¨ ｊ。电机温度场的计算尤为重要。目前，对于电机温度场的分析绝大多数都仅限于对电机绕组损耗、定子损耗进行分析计算，忽略了永磁体涡流损耗对电机温度场的影响，如文献［２］虽然对永磁体涡流损耗进行了分析，但并没有分析永磁体涡流损耗对电机温
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＸｉａｎｇｔａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｎｇｔａｎ４１１１０５，Ｃｈｉｎａ）
０引言

直驱式分数槽集中绕组永磁同步风力发电机永磁体涡流损耗解析计算_沈世林

为使电机获得较大的绕组系数分数槽集中绕组单元电机的定子槽数 Z0 为奇数，Z0 与永磁转子极对数 p0 之间满足[14] （1） Z 0 2 p0 1 若定子槽数 Z0 为偶数，Z0 与 p0 之间满足
Z 0 2 p0 2
（2）
永磁磁动势产生涡流损耗原理计算永磁磁动势产生的气隙磁场时，将永磁体等效成具有恒定内磁导的磁动势源。永磁体在气隙处仅会产生 =(2k－1)（k=1, 2, …）次的空间磁动势，该磁动势与转子同步运动，线速度为 R p 。永磁谐波磁动势作用于磁路建立相应的永磁气隙磁场，磁路总磁导由气隙磁导、永磁体内磁导和槽内磁导组成。图 1 所示磁路的总比磁导 λδ 的傅里叶级数表达式为[15]
10
直驱式分数槽集中绕组永磁同步风力发电机永磁体涡流损耗解析计算
2014.№6
损耗与各种影响因素之间的关系。在设计分析电机永磁体涡流损耗也可用时步法有限元进行计算，但是计算大型电机涡流损耗，需对电机进行精密剖分，计算时间长。当研究永磁体涡流损耗与电机参数关系时需重新建立电机模型，重新进行计算，分析效率低。使用解析法可直观了解永磁体涡流损耗与电机参数关系，提高电机设计效率。本文从转子气隙磁场分布入手，分析永磁体产生涡流损耗的原因，推导永磁体涡流损耗的解析计算方法，并用有限元软件对解析计算方法进行仿真验证。
兆瓦级直驱式风力发电机通常采用定子槽数比电机极数多的配合形式。发电机的转子直径大、极数多，为了简化物理和数学模型，以下可以近似地在二维直角坐标系下讨论永磁电机永磁转子涡流损耗。图 1 为定转子在二维直角坐标系下几何尺寸示意图。永磁体中磁场变化感生的电场会在其内部产生涡流，同时出现集肤效应。电磁场在导体中透入深度为

车用永磁同步电机的铁耗与瞬态温升分析

第13卷　第1期2009年1月电　机　与　控　制　学　报EL EC TR IC MACH I N ES AND CON TROLVol 113No 11Jan .2009车用永磁同步电机的铁耗与瞬态温升分析郭　伟,　张承宁(北京理工大学机械与车辆工程学院,北京100081)摘　要:为了提高车用永磁同步电机的短时过载能力和功率密度,利用有限元方法进行了综合考虑电磁、热和控制策略的损耗和瞬态温升的非线性仿真分析。

损耗分析指出了铁耗由于弱磁的原因在基速附近就达到了最大;峰值工况下的铜耗在整个速度范围内基本不变;连续工况下的铜耗最大值也同样因弱磁的需要而出现在最大工作转速。

瞬态温升分析表明绕组端部温度最高而成为薄弱环节;短时工作时永磁体的温度比绕组低但连续或循环工作时两者温度相差不大;增加水流量对绕组温升的影响有限,特别是短时峰值工作的影响就更小,水冷电机加强散热能力的方法在于加强材料应用和工艺改进。

关键词:永磁同步电机;铁耗;温升中图分类号:T M35文献标识码:A文章编号:1007-449X (2009)01-0083-05I ron losses and transi ent te mperature analysis of the per manentmagnet synchronous motor for electr i c vehi clesG UO W ei,　ZHANG Cheng 2ning(School of Mechanical Vehicular Engineering,Beijing I nstitute of Technol ogy,Beijing 100084,China )Abstract:T o extre mely i m p r ove short 2ter m overl oad capability and high po wer density of the mot ors f or elec 2tric vehicles,the l osses and transient te mperature rise were thor oughly si m ulated with finite ele ment method considering the electr o 2magnetic,ther mal and contr ol strategy .Losses analysis indicated that the maxi m u m i 2r on l oss occurred at the base s peed due t o the field 2weakening .The copper l osses were al m ost constant f or peak po wer operati on .The maxi m u m copper l oss f or continuous operati on mode occurred at maxi m u m opera 2ti on s peed because of the field 2weakening require ment as well .The te mperature rise analysis sho wed that the winding end was the vulnerable area where the highest te mperature occurred .The te mperature in the per ma 2nent magnet was l o wer than in the winding at short 2ter m operati on and there was fe w difference bet w een the t w o at continuous operati on or po wer l oop .I ncreasing water fl o w has very li m ited i m pact on winding te mpera 2ture,es pecially at short 2ter m peak po wer operati on .The key techniques t o enhance the heat dissi pati on ability of water 2cooled mot or were the i m pr ove ment of material and p r ocessing technol ogies .Key words:per manent magnet synchr onous mot ors;ir on l oss;te mperature rise收稿日期:2008-09-24基金项目:国家“八六三”高技术基金项目(2007AA11A105)作者简介:郭　伟(1972-),男,博士,讲师,主要研究方向为特种电机设计及控制;张承宁(1963-),男,教授,博士生导师,主要研究方向为电力电子与电气传动、电动车辆电池监控系统。

考虑旋转磁通的PMSM铁心损耗数值计算

大小密切相关，占电机总损耗的比重较大，不可忽略的。是
关键词：流永磁同步电机；心损耗；涡流损耗；Ｄ有限元法交铁２
中图分类号：Ｍ３１Ｔ５文献标识码：Ａ文章编号：１０ — ４Ｘ２ｏ）４０４－００７４９（０７０ — ３０５
ＡｂｔａｔＩｏｄｒｔａｃｒｔｌｃｌｕａｅｈｒｎｏｓｓｆｐｒｎｎｍａｎｔｙｃｒｎｕｍｏｏｓｒｃ：ｎｒｅｏｃｕａｅｙａｃｌｔｔｅｉｌｓｅｏｅｍａｅｔｏｇｅｓｎｈｏｓｏｔｒ
ＺＨＡＮＧＨｏｇ】ｎ，Ｚｉｂｎｎ一ａｇＯＵＪ— ｉｉ
（ｃｏｌｆｌｃｃｌｎｉｅｒｇａｄＡｔｔｎＨａｉＩｓｔｔｏＴｃｎｌｇ，ａｂｎ１００，ｈａＳｈｏｏｅｔａＥｇｅｎｎｕｏｉ，ｒｎｎｔｕｆｅｈｏｙＨｒｉ５０１Ｃｉ）Ｅｒｎｉｉｍａｏｂｉｅｏｎ
维普资讯
第ｌ卷第４ｌ期２００７年７月
电机与控制学报
ＥＬＥＣＴＲＩＭＡＣＨＩＣＮＥＳＡＮＤＣＯＮＴＲＯＬ
ＶｏｌＮｏ４Ｌｌ．
Ｊｌ０７ｕｙ２０
考虑旋转磁通的ＰＭ铁心损耗数值计算ＭＳ
Ｎｕｅｉａａｃｌｔｎａｄａａｙｉｆｓａｏｒｎｌｓｅｕｏｍｒｃｌｃｌｕａｉｎｎｌｓｓｏｔｔｒｉｏｏｓｓｄｅｔｏ

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0引言
永磁同步电动机 (以下简称 PM S M ) 具有效率高、功率密度高、控制性能好等优点 , 广泛应用于高性能的驱动领域。 PM S M 铁心中的磁场变化规律比较复杂 ,与电机的结构、转速及控制策略密切相关 , 此外 ,电机正常工作时 ,定子铁心中的磁通密度是非正弦、非线性的 ,且各处的磁通密度不同 , 而铁心损耗又与磁通密度幅值呈非线性关系 , 对于此类饱和铁心损耗的计算是比较困难的。传统上认为铁心内磁场只发生交变 ,仅产生交变铁心损耗 ,而实际上一部分铁心处于旋转磁场中 ,也产生旋转铁心损耗 ,因此为了准确定量计算饱和铁心损耗 , 首先确定铁心内任意点的磁密变化规律是必需的。铁耗在整个电机损耗中占有重要地位 , 也是引起电机发热的主要原因之一。一般对表面磁钢式永磁同步电动机的研究认为 ,该电机气隙大 ,且磁钢的磁导率近似为空气的磁导率 ,电枢反应很小 ,且转子
PE =
Vc
图 2 各点磁密波形及椭圆磁场图定子铁耗与磁极涡流损耗计算及其对温度场的影响
从图 2 可以看出 ,除了齿中间点 ( B 点 ) 的磁场外 , 可以认为是纯粹的交变磁场外 , 其它各点均为交变磁场和旋转磁场共同作用而形成的磁场。因此 , 在电机铁心损耗的计算中不仅要考虑交变磁场所产生的铁耗而且要考虑旋转磁场所产生的铁耗。
1 PM SM 定子铁耗与磁极涡流损耗计算
1. 1 定子磁密波形有限元计算
应用时步有限元法对电机铁心磁场进行数值计算 ,当电机旋转 360 ° 电周期时 ,进行 11 个位置的磁场计算 ,即每隔 36 ° 电角度计算一次 , 可得到定子铁心每一个剖分单元磁密的径向分量 B x 和切向分量 B y 。在图 1 定子铁心上选取 A、 B、 C、 D、 E 五点 , 可得各点磁密波形变化规律 , 如图 2 所示。
将旋转磁滞损耗等效为两个正交的交变磁滞损耗 ,
求取电机运行时的稳态温度场分布 , 考虑端部绕组的影响 ,以径向任意齿的中心线为基准 ,取电机一个齿距的范围 ,轴向半个铁心段为求解区域 ,如图 3 所示。
微特电机 2008 年第 5 期
3. 1 定子铁耗计算结果
为简化计算 ,作以下假设 : ( 1 ) 考虑定子绕组铜耗时 ,认为涡流效应对每根股线的影响相同 ,铁心端面、槽绝缘端面及铁心外表面的散热系数分别取其平均值 ; ( 2 ) 槽楔近似与槽同宽 , 槽内所有绝缘 (股线绝缘、层间绝缘 ) 性能均认为与主绝缘相同 ; ( 3 ) 考虑端部绕组模型交叉影响 , 假设端部绕组热源与槽内绕组热源相等 ; ( 4 ) 为方便端部模型建立 , 定子槽底圆弧部分用直线等效 , 槽内绕组为梯形分布。于是 ,稳态三维温度场的边值问题为 : 5 ( 5T ) 5 ( 5T ) 5 ( 5T ) K + K + K =- q 5x x 5x 5y y 5y 5z z 5z α( T - Te ) | s = - K 5T 5n
( Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China )
Abstract: In this paper the electromagnetic field of stator core and magnet pole of permanent magnet synchronous motor were analyzed w ith 2D finite element method. The for m s of flux varations in different parts of the core and the distribution of eddy - current field of magnet pole region were described, based on the analysis, the iorn losses of stator and magnet pole eddy - current loss were calculated with considering the alternating and rotating magnetic field. The calculation results of losses were app lied to the calculation of 3D temperature field for PM S M , and the two kinds of losses influence on tempera2 ture field distribution were also analyzed, by compareing the calculation results w ith measurement results showed that the caultation method of iron losses and temperature field were verified. Keywords: PM S M; iron losses; eddy - current loss; temperature field
因此 ,定子磁滞损耗的计算式 :
N
2008 年第
5 期
Phys =
k =1
∑C
h
kf ( B kmaj + B km in )
N
n
n
( 2)
涡流损耗计算式 : π2σd2 2 Pcla ss = f ρ 6 附加损耗计算式 :
Pexc = Ce
k =1
∑k

( B kma j + B km in )
微特电机 2008 年第 5 期
PM SM 定子铁耗与磁极涡流损耗计算及其对温度场的影响
张洪亮 , 邹继斌 ,陈霞 ,江善林
(哈尔滨工业大学 ,黑龙江哈尔滨 150001)
Th 理论研究 e o r yR e s e a r c h
式中 : V n 为强制风冷气体介质的流速 , 自然冷却时 αn = 22. 22 W / (m2 ・℃) 。其它表面散热系数可查阅相关文献 [ 8, 9 ] 计算得到 ,篇幅有限不再赘述。
图 3 计算区域
Th 理论研究 e o r yR e s e a r c h
3 计算结果及分析
1. 2 定子铁耗计算
( 7)
根据铁耗分离理论 , 定子铁心每个单元由任意磁密波形所引起的铁心损耗包括磁滞损耗 Phys 、涡流损耗 Pclass和附加损耗 Pexc三部分 ,即 :
Pco re = Phys + Pclass + Pexc
p dv ∫
e
( 8)
式中 : V c 为磁极体积。
摘要 : 采用二维有限元法对交流永磁同步电动机 ( PM S M ) 定子与磁极区域电磁场进行了分析研究 , 阐述了定子铁心不同区域磁场的变化规律以及磁极区域涡流场的分布规律。在此基础上 , 综合考虑电机中交变与旋转磁场的影响 ,计算了电机定子饱和铁心损耗与磁极涡流损耗 , 并将此计算结果应用于电机的三维温度场计算中 , 分析了两类损耗对电机温升的影响。通过计算结果与实测值的对比分析 ,验证了损耗与温度场计算方法的正确性。关键词 : 永磁同步电动机 ; 铁耗 ; 涡流损耗 ; 温度场中图分类号 : TM 341 文献标识码 : A 文章编号 : 1004 - 7018( 2008) 05 - 0001 - 04
( 9)
计及 10 次以下谐波分量 , PM S M 的铁耗计算对比曲线及不同工况下的铁耗值分别如图 4 及表 1 所示 ,实验数据由电机的空载实验获得。
根据上述分析 , 本文应用二维和三维有限元法对某型 PM S M 的定子铁耗、磁极涡流损耗及温度场进行了计算。电机额定及结构数据如下 : T = 100 N ・m; U n = 272 V; nN = 200 r/m in; fn = 53. 333 Hz; D0 = 324 mm; D 1 = 235 mm; L = 32 mm; p = 16; Z = 99。定子绕组 Y型连接 ,转子采用无间隙表面贴片式磁极 ,自然冷却。
(1)
[1]
2 PM SM 电机温度场数值计算
2. 1 基本假设与边值问题
借助于谐波分析原理 , 电机中任意点磁密波形都可分解成一系列的椭圆型谐波磁密矢量。对
[2]
于每一个 k 次谐波分量 , 长轴磁密为 B kmaj ,短轴磁密为 B km in ,在计算由旋转磁场产生的磁滞损耗时
,
2
The Ca lcula tion of Sta tor Iron L osses and M agnet Pole Eddy - Cyrren t L oss for PM SM and I nfluence on Tem pera ture F ield D istr ibution
ZHAN G Hong - liang, ZOU J i - bin, CHEN X ia, J IAN G S han - lin
2
2
( 3)
1
T
0
∫
T
dB x ( t) dt
2
+
dB y ( t) dt
2
3 4
dt
( 4)
式中 : Ch 为磁滞损耗系数 ; n 取 2 为计算磁滞损耗经验系数 ;σ为铁心迭片电导率 ; d 为铁心迭片厚 ;ρ 为铁心迭片密度 ; Ce 为附加损耗系数。根据时步有限元法计算得到的一个周期内每个单元磁密矢量 B 的波形 ,采用式 ( 2 ) ～式 ( 4 )可以得到该单元的单位质量铁心损耗 , 再乘以该单元的质量就可得到此单元的铁心损耗。总铁心损耗等于各个剖分单元铁心损耗之和。 1. 3 磁极涡流损耗计算 PM S M 转子磁极内的电磁场属于低频涡流场 , 对其进行分析时引入以下假设 : ( 1 ) 忽略位移电流的影响 ; ( 2 ) 不计永磁磁极的自身磁化作用。基于上述假设 ,在整个求解区域中 ,二维正弦稳态电磁场可以用复数矢量磁位 A 所表达的涡流方程描 [ 4, 5 ] 述 : 5 5A 5 5A = - J + ω ( 5) + j σA v v s 5x 5x 5y 5y 定子铁心外圆及转子轭内圆边界线上满足一类边界条件 : A = 0。式中 : A 为复矢量磁位 ; J s 为源电流密度 ; v 为磁阻率 ;σ为电导率 ; ω为转差频率。因此 , 根据电磁场理论 , 磁极内的涡流密度为 : ( 6) J = σE = - ω j σA 磁极内的涡流损耗密度为 : 1 1 3 2 ( J ・J ) = pe = | J | σ σ 2 2 磁极内的涡流损耗为 :