高速永磁同步电动机铁耗分析-绵羊汽车生活记录

作家：戈宝军，罗前通丨哈尔滨理工大学摘要:为理会高速永磁同步电动机定子各区域的铁耗散布情景，斟酌一个周期内各个区域径向磁密和切向磁密的变革顺序，采用

为理会高速永磁同步电动机定子各区域的铁耗散布情景，斟酌一个周期内各个区域径向磁密和切向磁密的变革顺序，采用差别的铁耗打算模子打算出定子死心各区域铁耗的散布个性，将定子铁耗打算结果与有限元打算结果比拟较，并进一步理会高速永磁同步电机的铁耗密度散布特征。打算结果注解，高速永磁同步电机宁静运转正在较高的频率时，定子死心中的涡流损耗占总死心损耗的比重最大，附加损耗占比最小。当思量盘旋磁场谐和波分量的影响时，定子死心损耗的巨细光鲜高于仅思量交变磁场影响时的损耗，更亲密有限元打算结果。固然定子齿顶的铁耗最小，但该区域的损耗密度最大，别的，定子死心的各个区域还存正在大方的谐波铁耗。

高速永磁同步电机功率密度高，恶果高，体积小，重量轻，牢靠性好。是以，高速永磁同步电机正在运动支配和驱动编制等范围获得普通运用。高速永磁同步电机运用正在气氛轮回制冷编制、离心术、高速飞轮储能编制、轨道交通及航天等范围中，将会有优秀的前景。

高速永磁同步电机有两个合键特征。一是转子的速率异常高，其转速大凡正在12 000 r/min以上。二是定子电枢绕组电流和定子死心中磁通密度具有较高的频率。是以，导致定子铁耗、绕组铜耗和转子皮相的涡流损耗大幅扩展，因为高速永磁同步电机体积小，热源密度大，其散热比旧例电机坚苦，也许导致永磁体不成逆退磁，又有也许导致电机内的温升过高，从而损坏电机内的绝缘。

高速永磁同步电机属于紧凑型电机，是以，正在电机的策画阶段对各式损耗的精准打算是有需要的。正在高频供电形式下，定子死心损耗较高，是以斟酌高速永磁同步电机的定子死心损耗辱骂常需要的。

正在本文中，依照高速永磁同步电机的策画计划，筑设了其二维有限元理会模子，并对电机的定子死心区域举行划分，理会了各个区域中典范场所径向磁密和切向磁密的变革顺序，思量了谐波及盘旋磁化的影响，理会了各区域的损耗散布顺序并将打算结果与行使古代的三项式模子的打算结果举行了对比。

本文以一台额定输出功率为250 kW的2极24槽高速永磁同步电机为例，其额定转速为67 002 r/min。筑设高速永磁同步电动机的二维有限元模子。该电机的根本参数如表1所示。

正在高速永磁同步电机内电磁散布对比杂乱，确立极少相宜的假设要求，不但不会影响打算结果的精确性，还会大大降低打算速率，俭省打算资源。本文正在筑模流程中，对高速永磁同步电机做出如下假设：

4)因为实质中电机死心外部磁场占对比小，本文无视电机死心外部的磁场，假设定子外圆理念磁绝缘。

Table 1 Basic parameters of high-speed permanent magnet synchro

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由上述所筑设的铁耗打算模子的表达式可知，铁耗合键取决于死心原料的损耗系数、死心磁通密度及频率。此中，损耗系数kh、x、kc和ke可由死心原料的损耗弧线定子死心磁通密度的有限元理会永磁同步电机定子死心各部位磁通密度的幅值和磁通密度的变革顺序是差别的，要是正在打算定子铁耗时，带入定子死心的均匀磁通密度会影响打算结果的精度。表面上为了能精确地打算定子铁耗必要确定定子死心内各部位磁通密度的散布及变革顺序，是以必要正在定子死心上取几个典范场所并分手求解各场所的磁通密度及变革顺序。为了精确地打算定子铁耗必要对定子死心举行区域划分，如图2所示，则定子铁耗为各区域铁耗之和。因为定子槽型采用的并非古代的槽型，其定子齿的长度较大，必要对齿部举行细化理会，是以，正在图2中将定子死心分为齿顶、透风沟齿、电枢绕组齿、齿部和轭部的接壤处、轭部5个区域，并分手正在这5个区域中取点A、B、C、D、E，通过理会选用点A、B、C、D、E的磁通密度来等效其所正在区域的磁通密度。

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图2 定子死心区域划分 Fig.2 Region division of stator core当电机正在额定转速下宁静运转时，定子死心5个差别场所径向磁密与切向磁密随电角度变革的波形及磁通密度轨迹如图3所示，此中，径向磁密用 Br体现，切向磁密用Bt体现。

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Table 5 Comparison of calculation results of iron loss in high-speed permanent magnet synchro

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通过表5理会得出，采用计划1打算的定子死心磁滞损耗、涡流损耗、附加损耗与有限元打算相应损耗的差值较大，精度较低。而计划2的磁滞损耗、涡流损耗、死心损耗的打算结果亲密于有限元打算对应损耗的打算结果，精度较高。是以，正在打算定子死心损耗时不但要打算交变磁场爆发的铁耗还打算定子死心中谐波和盘旋磁场爆发的铁耗。由文献[8]可知，异步电机定子齿顶的铁耗密度最大，对待高速永磁同步电机铁耗密度的散布，国内学者斟酌较少，是以有需要进一步斟酌高速永磁同步电机铁耗密度散布，为后续高速永磁同步电机策画供应根据。各区域铁耗密度散布如表6所示。Table 6 Iron losses distribution in different regions of stator core

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由表6的数据可能看出，高速永磁同步电机定子死心各区域铁耗散布由小到大顺序为区域1、区域4、区域3、区域2及区域5，分手对应于图2定子齿顶、齿部和轭部的接壤处、电枢绕组齿、透风沟齿、定子轭部。固然定子齿顶的铁耗最小，仅占总铁耗的3.3%，但定子齿顶的死心重量为1.8 kg，占定子死心总质地的2.1%，是以，该区域的损耗密度最大，约为全豹定子死心均匀损耗密度的2.25倍。因为区域3的死心质地为20.4 kg，占定子死心总质地的24%，且该区域的死心损耗为758 W，占总铁耗的6.3%，故该区域的铁耗密度最小。别的，从表6中的数据还可看出，定子死心的各个区域存正在大方的谐波铁耗。是以，正在对高速永磁同步电机策画时，应该抑拟订子死心中谐波磁通的爆发，从而淘汰谐波铁耗的爆发，这对低落电机温升是很蓄志义的。别的，本文论说的3种设施打算死心损耗的结果合键取决于各区域的磁密和电机的机合，与运转特征无合。不但合用于高速永磁同步电机，对其他电磁道理的盘旋电机同样合用。

本文以一台额定功率为250 kW，额定转速为67 002 r/min的高速永磁同步电机为例，筑设了其二维有限元打算模子，并将差别铁耗模子的打算结果举行了对比，同时，理会了各区域的损耗散布顺序，并得出以下结论：

1)通过对高速永磁同步电机的定子死心中磁密的有限元理会可知，定子死心中的磁密波形异常杂乱，死心磁密含有必定的谐波分量。定子死心各个区域的磁化形式各不类似，定子齿顶部位的磁化形式合键以交变磁化为主；定子齿身的磁化形式可近似的以为是交变磁化形式；定子齿部和轭部接壤处的磁化形式受盘旋磁场的影响较大；定子死心轭部的磁化形式合键受交变磁场的影响。

2)高速永磁同步电机宁静运转正在较高的频率时，定子死心中的涡流损耗占总死心损耗的比重最大，附加损耗占比最小。

3)当思量盘旋磁场谐和波分量对定子死心损耗的影响时，定子铁耗的打算结果光鲜高于仅思量交变磁场影响时的打算结果，更亲密有限元打算结果。是以，正在打算定子死心损耗时不但要打算交变磁场爆发的铁耗还要打算定子死心中谐波和盘旋磁场爆发的铁耗。

4)高速永磁同步电机定子死心各区域铁耗散布由小到大顺序定子齿顶、齿部和轭部的接壤处、电枢绕组齿、透风沟齿、定子轭部，受谐波磁通的影响，固然定子齿顶的铁耗最小，但该区域的损耗密度最大。别的，定子死心的各个区域存正在大方的谐波铁耗。