发电机定子线圈环流损耗计算

车用电机定子铁芯损耗的分析与计算王淑旺;朱标龙;田旭;刘马林;江曼【摘要】定子铁芯损耗是车用永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)的主要损耗之一,对其深入分析与计算,可为电机的效率提升和散热优化指明方向.文章运用Ansoft Maxwell软件对工作在25 kW、3 000 r/min和25 kW、7 200 r/min 2种工况下的电机进行了电磁场仿真,比较分析了与定子铁芯损耗关系密切的磁密变化.根据分析结果,提出了一种考虑旋转磁化、局部磁滞回线和谐波涡流的损耗计算模型,并用该模型计算了2种工况下的定子铁芯总损耗.对工作在相应工况下的电机进行试验,结果表明计算值与试验值相比误差均在8％之内.【期刊名称】《合肥工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(039)010【总页数】5页(P1311-1315)【关键词】永磁同步电机(PMSM);Ansoft Maxwell软件;定子铁芯损耗;磁密分析;损耗计算模型【作者】王淑旺;朱标龙;田旭;刘马林;江曼【作者单位】合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥230009;安徽巨一自动化装备有限公司,安徽合肥230001;合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥230009【正文语种】中文【中图分类】TM351永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)广泛应用于电动汽车[1]驱动系统,效率及散热性能是电机的重要评价指标。

电机工作时,产生的复杂损耗不仅影响电机效率,也会导致电机温度升高。

为了准确评估电机效率和预测电机最大温升,需要对其损耗进行分析与计算。

车用电机定子铁芯损耗的计算一直是电机损耗研究的一个难点。

工作状态下PMSM的定子铁芯中同时存在交变和旋转2种磁化方式。

大型水轮发电机定子绕组新型组合换位方法分析发表时间：2019-11-29T16:37:48.960Z 来源：《中国电业》2019年第12期下作者：赵志勇[导读] 水轮发电机定子绕组内部故障破坏力极强，会对发电机本身甚至电力系统的稳定运行造成严重影响。

摘要：水轮发电机定子绕组内部故障破坏力极强，会对发电机本身甚至电力系统的稳定运行造成严重影响。

因此水轮发电机组必须配置有效的主保护方案，以便及时检测出机组的内部故障。

通常要求发电机的主保护在故障后1个周波左右动作，此时电机的过渡过程还没有结束。

因此需要准确的计算水轮发电机定子绕组内部故障暂态过程。

关键词：大型水轮发电机定子绕组；组合换位方法；大型水轮发电机的定子线棒由许多股线排列而成，并在鼻端由并头套连接。

由于发电机定子股线在磁场中所处位置不同，股线间会形成电势差从而导致环流。

由此产生的环流会导致线棒的平均温度升高，降低发电机效率。

所以，为了减小环流损耗，改善温度分布不均匀问题必须采用定子线棒股线换位技术。

一、水轮发电机定子绕组有效性对于大型发电机定子绕组环流损耗计算，国内外学者做了大量研究。

目前对发电机定子线棒环流损耗的计算主要有解析法及解析数值结合法。

解析法是通过解析公式计算每根股线漏感电势进一步求取环流损耗，而解析数值结合法则通过数值法求得槽部及端部漏磁场，再由通过每根股线电流构成的电路方程求得环流损耗。

采用解析法对一台汽轮发电机定子线棒槽部股线设置一处及三处空换位段情况进行了理论分析，推导出了相应的解析表达式；采用解析法对机组定子线棒不完全换位进行了分析计算，并将计算结果与西安交通大学等计算结果进行了对比，证明了其准确性。

同样应用解析法分别对汽轮发电机及水轮发电机定子线棒环流损耗进行了分析计算。

解析法虽然计算方便且易于实现程序化，但其对电机的端部和槽部的漏磁分量有过多的忽略和假设，计算的局限性很大。

应用解析数值结合法对大型发电机定子线棒环流损耗进行了分析计算，其线棒端部均采用准三维模拟。

电机定子和转子冷却油需求计算方法
电机定子和转子的冷却油需求计算方法可以按照以下步骤进行：
1. 确定电机的额定功率（单位：千瓦）和转速（单位：转每分钟）。

2. 根据电机的额定功率和转速，计算电机的功率损耗。

功率损耗可以通过以下公式计算：
功率损耗 = 额定功率 * （1 - 效率）
其中，效率是电机的额定效率（通常以百分比表示）。

3. 根据电机的功率损耗，计算定子和转子的热损耗。

定子和转子的热损耗可以通过以下公式计算：
定子热损耗 = 功率损耗 * 定子热损耗系数
转子热损耗 = 功率损耗 * 转子热损耗系数
其中，定子热损耗系数和转子热损耗系数可以根据电机的类
型和设计参数查表得到。

4. 根据定子和转子的热损耗，计算冷却油的需求量。

冷却油的需求量可以通过以下公式计算：
冷却油需求量 = （定子热损耗 + 转子热损耗）/ 冷却油的比
热容
其中，冷却油的比热容可以根据冷却油的种类和性质查表得到。

以上就是电机定子和转子冷却油需求计算的方法。

需要注意的是，实际冷却油需求可能还受到其他因素的影响，例如环境温
度、冷却系统的设计等，因此计算结果仅供参考，具体应根据实际情况进行调整。

发电机定子铁损试验参数计算方法讨论1.概述定子磁化试验是检验定子铁芯装配质量的重要手段，也是检验铁芯自身绝缘性能的重要工序，其基本方法是在定子铁芯上缠绕若干个励磁绕组，将交流电流通入绕组内，此电流在定子铁芯中产生磁场，同时产生涡流与磁滞损耗，使铁芯发热，测量铁芯总的有功损耗与温度，计算出单位重量铁芯损耗与温升，从而判别铁芯叠装的质量。

如果铁芯绝缘不好或铁芯装配质量不佳，当铁芯通过交变磁通时，涡流损失就会增加，造成局部过热，加速铁芯绝缘和线棒绝缘的老化，严重时将造成铁芯绝缘烧伤或线棒击穿事故。

大型水轮发电机定子在现场叠装后，定子铁芯必须进行磁化试验，通过测定温升及单位铁损的方法检查叠片质量，磁化试验为水电站重大电气试验项目之一，试验前后需进行较为复杂的数值计算，现在主要有两种方法，本文将以某电厂定子参数为例，对两种计算方法加以说明，并试着分析产生差异的原因，最后，也提出一种新方法供讨论。

根据国标规定以及厂家铁损试验守则，铁损试验采用0.8—1.0特拉斯的磁通密度，持续时间为90分钟。

试验合格标准：实测单位铁损不大于标准铁损的1.3倍，最高温升不超过25K，最大温差不超过15K。

某电厂发电机定子为工地组合方式，定子机座由4瓣组合焊接，铁片经叠装和紧压后进行铁损试验，定子铁芯采用DW270-50冷扎无取向的硅钢片，每片厚度为0.5mm，冲片表面涂有一定厚度的F级绝缘漆。

铁芯的有关参数如下：型号：SF100－14/5380额定容量：100MW/117.65MVA额定功率因数：0.85（滞后）额定电压：13.8kV额定电流：4922A额定转速：428.6r/min额定频率：50Hz励磁电压：193V励磁电流：1172A定子铁芯外径：D1=5.38(m)定子铁芯内径：D2=4.34(m)定子铁芯长度：L fe=1.90(m)定子铁芯齿高：h c=0.167(m)定子铁芯通风沟数量：n=52定子铁芯通风沟高度：b=0.006(m)定子铁片型号：DW270-50定子铁片厚度：0.5(mm)2.试验的有关计算：2.1 定子铁芯扼部截面S的计算2.1.1定子铁芯有效长度K—定子铁芯叠压系数，片间用绝缘漆时取0.93—0.95。

交流电机定子线棒环流损耗分析计算的比例边界有限元法交流电机定子线棒通常是由多根股线并绕而成,在槽内由于存在漏磁场,线棒中股线会感应出电动势,相应的在股线间会产生环流,从而出现股线温升不均匀等一系列问题,对线棒绝缘和电机使用寿命构成严重的威胁。

因此,能否准确计算定子线棒股线间环流及环流损耗对大型交流电机的设计至关重要。

比例边界有限元法(Scaled Boundary Finite Element Method,SBFEM)是一种新颖的偏微分方程求解方法,结合了有限元法和边界元法的优点,又有自身独有的特点。

根据给定的边界条件和控制方程,基于加权余量法,分别叙述了二维旋度磁场和三维旋度磁场比例边界有限元法离散格式的建立和求解过程。

采用SBFEM计算时,根据计算域内是否存在载流导体以及计算域的复杂程度,划分有源区域、无源区域以及各种复杂区域划分的子域,给出各种子域和有源无源区域子域的结合方法。

应用SBFEM求解电机磁场典型算例,将计算结果同有限元法(Finite Element Method,FEM)计算结果进行对比,证明了建立的比例边界有限元方程的正确性,为电机磁场的分析计算提供一种新的计算方法。

将二维和三维旋度磁场的SBFEM应用于股线环流及环流损耗的计算,给出了股线环流及环流损耗的计算方法。

分别求解二维不换位股线、三维不换位股线和三维换位股线的环流及环流损耗。

根据求解的类型,分别建立对应的数学模型,选择适当的单元网格离散,求解相应的股线环流及环流损耗。

将计算结果与FEM计算结果进行比较,证明了SBFEM 具有高效性和高精度的特点。

将SBFEM与FEM进行耦合,计算定子线棒股线的环流及环流损耗。

对有源区域与无源区域进行划分,分成有限元区域与比例边界有限元区域,得到各区域的子域方程,并在其交界上通过交界面条件进行求解。

将得到的结果与FEM和SBFEM数值模拟结果进行比较,证明了该方法的正确性,同时得出了该方法具有高效性和高精度的优点,为电机磁场的计算提供另一种新的方法。

电机定子铁心旋转损耗计算及损耗分布可视化测量电机定子铁心通常是由无取向电工硅钢片叠压制成,由于电工硅钢片具有明显的各向异性,所以在电机实际工作中定子铁心不但被交变磁场磁化,也被旋转磁场磁化,并且由旋转磁场引起的铁心旋转损耗远远大于由交变磁场引起的交变损耗。

因此,准确计算和测量旋转磁化下电机定子铁心旋转损耗是研发高效电机的重要前提。

本文在电工钢片二维旋转磁特性测量的基础上研究了传统Bertotti损耗三项式模型和斯坦梅兹方程计算铁耗的方法,提出了考虑椭圆形旋转磁化的Bertotti损耗三项式模型和斯坦梅兹方程,并对实验室现有的铁心局部损耗测量装置进行了改进,提高了测量精度。

运用改进后的局部损耗测量装置对一台感应电机定子铁心模型的局部损耗进行了实验测试,验证了两种改进模型的有效性,为进一步开展电机降耗措施研究和高效电机研发等工作奠定了理论和实验基础。

本文主要完成了以下工作:首先,在运用二维旋转磁特性测量系统对无取向电工钢片损耗测量的基础上,对经典的Bertotti损耗三项式模型以及传统的斯坦梅兹方程计算铁耗的方法进行了分析,讨论了这两种传统损耗模型在计算铁心旋转损耗时存在的误差以及产生误差的原因,提出了通过引入随旋转磁化椭圆角度和轴比而变化的系数来提高两种传统损耗模型计算精度的方法,并推导了模型参数的计算方法,进而提出了两种改进模型。

其次,对实验室现有铁心局部损耗测量系统进行了改进,为了提高局部损耗测量准确性,采用一个高精度的霍尔元件代替系统中原有的双H线圈,使原有的B-H矢量传感器探头的体积有了明显减小,更便于铁心局部损耗的测量。

然后,为了验证本文提出的两种损耗改进模型的有效性,制作了一台三相感应电机模型,搭建了三相感应电机局部损耗测量硬件系统,并运用虚拟仪器以及LabVIEW编程技术编写了局部损耗测量的软件程序,实现电机定子铁心旋转损耗分布可视化测量。

最后,在对三相感应电机铁心局部损耗测量的基础上,在定子上选取了若干特征点,将实际测量值与传统模型和改进模型的计算值进行对比分析,验证了改进模型能更为有效地计算旋转磁化损耗。

大型全空冷水轮发电机定子线棒损耗和温度场综合计算摘要：随着现阶段经济技术的不断增加，水电机组单机容量也会越来越大，因此发电机的安全稳定运行显得越来越重要。

在发电设备运行当中，设备的绝缘性能可以说对设备的使用情况有着相当重要的作用，并且绝缘的损耗现象也可以充分的对介质的损耗情况做出判断。

在本文当中首先对发电机的通风冷却进行了研究；其次对发电机定子线棒损耗和温度场进行了综合的计算。

关键词：水轮发电机；定子线棒损耗；温度场在我国的开发利用水资源的过程当中，水轮发电机是重要的电气设备。

随着现阶段的水轮发电机的容量在不断的增加，从而水轮发电机的体积也在得到不断的增加，因此在机组的安全可靠性方面也得到了充分的提升。

因此就需要对水轮发电机在运行当中出现的耗损现象进行分析，从而根据实际情况，来保证系统运行当中所产生的冷风风量保证足够的供应，从而使冷却效果得到保证，并且最大限度的减少通风损耗，最终实现大型水轮发电机的安全可靠运行。

一、发电机的通风冷却在我国现阶段的大型水发电机当中，主要是根据其自身的结构特点，来实现系统的分类，其中可以分为全空冷、半水冷（定子绕组水内冷，转子绕组和定子铁心空冷）、双水内冷（定、转子绕组水冷）、全水内冷（定、转子绕组和定子铁心水冷）和蒸发冷却（定子绕组自循环蒸发冷却，转子绕组和定子铁心空冷）等方式。

全空气冷却方式主要将空气作为冷却介质来实现，系统当中对定、转子绕组和铁心表面进行冷却，在这个过程当中由于其成熟的技术特点，被得到了广泛的应用。

在我国的全空冷主要应用当中，集中体现在我国的三峡电站，其中的右岸电站 26#全空冷 700MW 巨型水轮发电机于 2007 年 7 月成功并网发电。

在进行水轮发电机的制造和设计中，需要重点对通风装置的制造精度、验证计算值与实测值的符合性及更完美的空气密封结构等多方面进行考虑。

在进行实验的时候需要利用通风模型试验的方式来对水轮发电机通风系统的特点和流体的流动状态进行研究，在对水轮发电机运行当中出现的问题进行不断的改进。