Overview of the Rectangular Wire Windings AC Electrical Machine

The rectangular wire winding AC electrical machine has drawn extensive attention due to their high slot fill factor,good heat dissipation,strong rigidity and short end-windings,which can be potential candidates for some traction application so as to enhance torque density,improve efficiency,decrease vibration and weaken noise,etc.In this paper,based on the complex process craft and the electromagnetic performance,a comprehensive and systematical overview on the rectangular wire windings AC electrical machine is introduced.According to the process craft,the different type of the rectangular wire windings,the different inserting direction of the rectangular wire windings and the insulation structure have been compared and analyzed.Furthermore,the detailed rectangular wire windings connection is researched and the general design guideline has been concluded.Especially,the performance of rectangular wire windings AC machine has been presented,with emphasis on the measure of improving the bigger AC copper losses at the high speed condition due to the distinguished proximity and skin effects.Finally,the future trend of the rectangular wire windings AC electrical machine is prospected.

交流调磁型永磁同步电机磁通协同调控最大转矩铜耗比控制

电动汽车驱动系统不仅需要拥有宽广的调速范围和恒功率运行区域,还应具备高效率、低损耗的优点,以实现续航的最大化。针对这些技术特点,该文研究了一种调磁性能优越的交流调磁型永磁同步电机(ACFR-PMSM),分别建立其等效磁路模型和稳态数学模型。并以该电机特殊的径向-轴向结构为基础,研究了其电感特性和转矩输出特性,从理论的角度论证了实现最大转矩铜耗比(MTPCL)控制的可行性。另外,分别采用拉格朗日乘子法和电流选择穷举法,获得了MTPCL控制的径-轴向定子绕组最佳电流选择方案。最后,实现了所提出控制策略的计算机仿真和样机测试,验证了其良好的动态控制性能,详细对比了经典id=0控制和所提出MTPCL控制的实施效果并计算了运行铜耗。

高频轴向磁通永磁电机交流铜耗解析计算

高频轴向磁通永磁电机在负载运行时电枢绕组内产生较大的交流铜耗,针对交流铜耗的分析计算主要依赖有限元方法,仿真模型占用资源较大、耗时较长。利用精确子域法,建立了一个考虑各次时间谐波的高频轴向磁通永磁电机的交流铜耗解析模型,缩短了计算时间,建立的计算模型考虑了槽口尺寸和导体尺寸对交流铜耗的影响。以一台7 kW高频轴向磁通永磁电机为例,通过有限元验证解析计算的准确性,并研究了高频轴向磁通永磁电机交流铜耗的影响因素。

轴向磁通永磁电机扁铜线交流铜耗的混合解析计算及抑制

轴向磁通永磁电机的扁铜线交流铜耗会严重影响电机性能,因此扁铜线交流铜耗的精确计算与抑制十分重要。采用三维瞬态场计算交流铜耗,虽然可以获得精确的结果,但存在计算时间长和对计算机性能要求高的问题。为了权衡计算精度与计算时间,提出一种混合解析计算的方法。该方法将三维有限元与解析法相结合,可以考虑趋肤效应、邻近效应和外部磁场对交流铜耗的影响。为了抑制交流铜耗,提出采用扁线立绕的导体排列方式。利用该方法对不同导体排列方式的交流铜耗和电机效率进行计算,并通过三维瞬态场有限元进行验证。最后,对一台60 kW的样机进行实验,实验结果、有限元结果和混合解析计算结果基本吻合,验证了混合解析计算的准确性和扁线立绕的有效性.

扁线电机交流铜耗抑制研究

扁线绕组作为电机绕组,具有槽满率高和直流电阻低的优点,被广泛应用在新能源电动汽车中。但由于邻近效应和集肤效应的存在,扁线绕组会在高频交流电的情况下产生很大的交流铜耗。针对这一问题,首先通过理论研究分析了扁线绕组产生交流铜耗的原因。然后采用有限元仿真的方法,计算了槽内扁线绕组不同排布方式和槽内导体位置对电机交流铜耗的影响,并得出了采用异相换层排布方式的扁线绕组可以有效减小扁线绕组交流铜耗的结论,为类似电机的铜耗优化设计提供参考。

高速永磁电机扁铜线绕组交流铜耗研究

针对高压高速永磁电机扁铜线绕组中的高频电流产生的趋肤效应和邻近效应问题,为了解决扁铜线绕组高频下产生过大的涡流铜耗,对影响高频下扁铜线绕组交流铜耗的因素进行了分析。采用2D有限元的方法,根据扁铜线的实际尺寸,在有限元软件中建立了扁铜线导体的模型,对扁铜线绕组高频下的交流铜耗进行研究,分析了额定电流频率、变频器载波比、槽口风道高度、导体尺寸和位置、并绕根数对绕组交流铜耗的影响,并且总结了扁铜线绕组在不同频率下的最佳宽厚比。研究结果表明:通过合理地选择槽口高度、扁铜线的尺寸、并绕根数会明显降低绕组的交流铜耗。

高速电机绕组交流铜耗的计算与测量

高速电机具有体积小、功率密度高、运行效率高等优点,但在高频电流和磁场的作用下绕组的交流铜耗会显著增加,特别是大功率高速电机,由于导线较粗,交流铜耗效应更明显,对电机性能产生较大影响。影响交流铜耗大小主要有3个因素:集肤效应、临近效应和外部磁场。本文首先通过有限元仿真确定了外部磁场对交流铜耗的影响远大于集肤效应和临近效应。接着,本文搭建了实验装置,测量外磁场作用下多股线中产生的交流铜耗,并将实测值与有限元仿真结果进行对比,结果能够较好的吻合,为高速电机绕组损耗的精确计算和优化提供了参考。

提高永磁体电阻率对降低高速永磁交流电机转子涡流损耗的有效性分析(英文)

导电的永磁体暴露于谐波磁场时,会产生涡流及损耗。提高永磁体的电阻率是减小其涡流的最直接方法。但是,在高速永磁交流电机中,涡流不仅存在于永磁体中,也存在于转子的金属保护套及铜屏蔽层中。在此条件下,提高永磁体的电阻率是否仍然有效?本文将通过有限元分析与对比研究,来探讨这个问题。

高功率密度轴向磁通永磁电机交流铜耗分析

针对轴向磁通永磁电机的绕组交流铜耗会对电机性能产生较大影响的问题,综合考虑趋肤效应、邻近效应和外部磁场,对绕组交流铜耗的分布和降低交流铜耗的方法进行研究。首先根据绕组的实际尺寸,分别建立了2D有限元导体模型与3D有限元导体模型,对比分析了两种有限元法对准确计算绕组交流铜耗的影响。其次对扁铜线绕组电机和圆铜线绕组电机的交流铜耗和效率进行全面对比,提出采用扁线立绕方法降低扁铜线绕组的交流铜耗,并提高电机的效率。最后对一台额定功率为60 kW的轴向磁通永磁电机进行实验,实验结果与仿真结果基本吻合,证明了仿真模型的有效性和扁线立绕方法的正确性。

并绕铜带对高温超导绕组交流损耗影响实验研究

在许多超导电力设备的应用中,超导绕组的机械性能和电流过载能力是关乎设备运行安全性和可靠性的重要现实问题。利用铜线(或铜带)与高温超导带材平行绕制的方法是解决这一问题的可行方案之一。但这种方案有可能带来额外的交流损耗。为了研究这一问题,制作了两个尺寸相同的超导绕组,绕组内径70mm,外径90mm,高45mm,其中一个绕组由超导带与铜带并绕而成,另一个则由超导带材单独绕制而成。两个样品使用的超导带材均为一代Bi-2223/Ag高温超导带,宽4.6mm,厚0.22mm;铜加强带宽5mm,厚0.1mm。采用了卡路里法对比研究了两个样品的交流损耗。实验结果显示加入铜带没有明显增加超导绕组的交流损耗。因此,超导绕组中并绕铜带不失为一种有效提高超导绕组机械性能和过载能力的方法,在超导电力设备中有一定的应用价值。

感应电动机交流相控调压下的损耗分析

建立基于空间矢量坐标系的动态数学模型,研究相控调压技术下感应电机的能耗变化。并通过M AT L A B仿真得到电机在不同触发角下的各项损耗变化趋势,特别是定、转子铜损耗和铁损耗。实验数据验证了仿真结果的正确性。

电机铜耗的计算方法及产生规律的试验验证

本文给出了电机交流铜耗的计算方法并设计了电机交流铜耗试验装置。通过对试验装置的仿真计算和试验,进行对比分析。验证了交流铜耗计算方法的正确性。同时,利用该试验装置对电机电流和频率大小对交流铜耗的影响作了分析研究,研究结果用以指导电机的设计。

铜带复合对超导倾斜堆叠结构的电磁特性优化研究

REBCO堆叠结构是超导体应用实现的关键中间载体。然而随着REBCO堆叠结构中带材数量的增加,将产生较大的应力限制堆叠带材的数量。倾斜堆叠结构(CSS)在一定程度上可以平衡堆叠弯曲半径和堆叠数量。允许堆叠的数量增加后,可加入金属带材复合来实现CSS的结构优化。由于CSS电流的分布有着不均匀的特性,固定根数的铜带复合在CSS不同位置对临界电流的影响可能不同。首先,本文基于实验方法和仿真方法,对铜带复合在CSS不同部分的电磁特性展开研究。随后,基于响应面分析法量化了不同复合结构的具体效果。最后通过分析复合CSS和普通堆叠的临界电流差异和交流损耗差异,来验证铜带复合CSS的电磁性能优势。