电流时间谐波对高速永磁同步潜油电动机性能影响研究

由于电流谐波是电动机产生损耗的重要因素,研究变频器供电引起的电流时间谐波,对永磁电动机的影响具有重要意义。以一台功率20 kW、额定转速6 000 r/min和长度为600 mm的潜油电动机为例,运用ANSYS软件分析电流时间谐波对高速永磁同步潜油电动机性能的影响。结果表明:当电动机采用变频器供电时,由电流时间谐波引起的转矩脉动、定转子铁心涡流损耗和永磁体涡流损耗比正弦波供电时大11%、72%和81%。

基于自抗扰的永磁同步电机附加谐波损耗抑制方法

针对永磁同步电机在变频器供电时,由时间电流谐波所引起的附加谐波损耗过大及难以在电机初始设计时被考虑到的问题,采用场路耦合联合仿真模型来计算电机的附加谐波损耗,并以4台现有的表贴式永磁同步电机为例,通过实验验证了场路耦合联合仿真模型的有效性,为电机设计之初附加谐波损耗的选取,以及后续温升的计算提供了前期计算的方法。同时提出一种基于自抗扰技术的附加谐波损耗抑制方法,设计一种适用于永磁同步电机矢量控制的自抗扰控制器,并从理论上验证了自抗扰控制器对于时间电流谐波的抑制作用,以及针对自抗扰控制器参数众多调参困难的问题,给出一种参数整定方案。最后通过引入所设计的自抗扰控制器,对电机的时间电流谐波进行计算和分析,使电机的附加谐波损耗降低了68.1%,为同类型电机的附加谐波损耗抑制提供了一种有效的方法。

考虑时间谐波电流的永磁同步电机电磁噪声阶次特征分析

针对分布式驱动电动汽车主要噪声源-永磁同步电机电磁噪声,通过噪声测试实验测得了电机噪声信号,实验结果表明:电磁噪声具有明显的阶次特征,主要阶次不仅包含了偶数阶、开关频率附近阶次,还包含了大量奇数阶,甚至以往研究中被当做信号毛刺而忽略的分数阶。为解释该实验现象,通过磁势磁导法得到考虑时间谐波电流的气隙磁场分布,应用麦克斯韦张量法获得了电磁径向力波,并沿外转子内表面应用复合柯特斯公式对径向力波积分,求得了具有6阶代数精度的电磁径向集中力,进而应用圆柱壳体理论建立了一种考虑时间谐波电流的永磁同步电机电磁噪声数学预测模型,预测了变频器供电时永磁同步电机电磁噪声的特征阶次:2hi、2hj、2(2μ-1)、(hi±hj)、(2μ-1±hi)、(2μ-1±hj)[hi、hj为时间谐波电流阶次,μ∈N*]。当hi或hj是分数时,电磁噪声将出现分数阶特征频率。经过与实验结果对比,本模型能精确预测和解释永磁同步电机电磁噪声的特征阶次。

电流时间谐波对转子带护套伺服永磁同步电动机温度场的影响

针对转子带护套伺服永磁同步电机运行过程中永磁体温升较高的问题,本文以一台2 000r/min、12.5kW的伺服永磁同步电动机为研究对象,对变频驱动时永磁电机的温升问题进行了研究.测试了样机额定负载下变频器供电时的相电流,通过傅里叶分解计算出电流各次谐波值.建立了永磁电机二维瞬态电磁场方程,计算出不同电流谐波在护套内产生的涡流损耗.并建立了三维温度场模型,对电机各部分的温度分布进行求解.经计算分析可知绕组内谐波次数位于控制电路载波比附近的电流时间谐波,将导致电机永磁体温升明显变大.将计算所得的电机温度分布与实测结果进行对比,验证了计算结果的正确性.

基于SVPWM的时间谐波对永磁电机损耗的影响

针对在变频器驱动永磁电机因时间谐波引起的附加谐波损耗大小及分布问题,对基于SVPWM变频器电路输出的电流波形,采用傅里叶计算方法,分析不同变频器参数下的各次电流时间谐波分布规律及波形畸变程度,与SPWM对比发现SVPWM优化谐波程度高,且直流母线电压利用率较优。以一台5 kW、3000 r/min表面式永磁同步电动机为例,运用场路耦合联合仿真方法,研究附加谐波损耗在永磁电机中的分布特性,计算电机定子铁心各区域的磁通密度变化情况,附加谐波损耗以永磁体涡流损耗为主,其次集中于定子齿顶。参考电机损耗计算的国家标准搭建样机试验平台,通过有限元计算与试验结果的对比分析,校核附加谐波损耗计算结果。

基于谐波注入算法的变频器驱动下PMSM损耗抑制方法

永磁同步电机(PMSM)在变频器驱动下运行时,受变频器所产生的含量较高的时间电流谐波影响,电机的损耗会大幅增加,这将严重影响到电机运行的安全性与稳定性,而通过对电机本体结构进行优化的传统方法所带来的损耗抑制效果有限,不足以解决问题。针对此,从电机的控制策略出发,提出了一种基于谐波注入算法的PMSM损耗抑制方法,通过对成分含量最高的5次、7次时间电流谐波进行抑制,来降低变频器驱动下电机的损耗。以场路耦合联合仿真模型为计算工具来验证算法的有效性,结果表明在加入谐波注入算法后电机的损耗降低了24.9%,所达到的效果较好,为电机的损耗抑制提供了一种参考。

电流谐波对不同绕组形式永磁同步电机损耗研究

由PWM逆变器供电的永磁同步电动机定子电流中含有大量时间谐波,这些谐波作用于电机铁心和永磁体上产生损耗,不同绕组形式永磁同步电机受电流时间谐波的影响也不相同。建立集中绕组永磁同步电机和分布绕组永磁同步电机的有限元模型,将实测得到的PWM逆变器供电下电机的定子电流进行分解,得到各次电流谐波,并将电流谐波分别代入集中绕组电机和分布绕组电机进行仿真,研究谐波损耗对电机效率的影响,通过实验对比两种电机在电流谐波影响下的效率。

SVPWM逆变器供电时FSCW-PMSM损耗特性研究

为探究空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)逆变器引入的时间谐波电流对分数槽集中绕组永磁同步电机(fractional-slot concentrated-winding permanent magnet synchronous machine,FSCW-PMSM)损耗特性的影响,文中提出一种SVPWM逆变器与FSCW-PMSM联合系统中电机损耗谐波特性分析方法。首先,理论分析了考虑时间谐波电流时电机损耗的时空谐波特性。其次,以一台三相双层绕组10极12槽PMSM为例,搭建电机与SVPWM逆变器的场路联合仿真模型,求解样机在恒转矩和恒功率调速时损耗的谐波特性,揭示各谐波损耗的产生机理。结果表明:转子谐波损耗由基波电流与次谐波、iZ±p次齿谐波和(f_(c)±4 f)/f、(f_(c)±2 f)/f次时间谐波电流与p、Z±p次空间谐波引起;定子铁芯谐波损耗由基波磁场、谐波励磁磁场及(f_(c)±4 f)/f、(f_(c)±2 f)/f次时间谐波电流引起。该结论适用于其他极槽组合的FSCW-PMSM。最后,通过实验验证了该分析方法的有效性。

大功率永磁同步电机转子永磁体损耗研究

针对大功率永磁电机同步电机运行时由于定子电流过大在转子永磁体中引起大量涡流损耗的问题,构建时变有限元模型,以控制器工作在不同开关频率下所测试得到的电流作为输入,分析气隙磁场畸变与控制器开关频率之间的关系,研究转子永磁体内感应电流和涡流损耗与控制器开关频率之间的关系,讨论在低开关频率下转子涡流损耗的变化情况。最后搭建台架实验通过测量电机反电势电压衰减计算永磁体的涡流损耗。实验与仿真结果表明,所构建有限元模型与台架实验取得了一致的结果。

逆变器供电永磁同步电机铁耗和永磁体损耗分析

为了模拟逆变器供电变频调速永磁同步电机铁耗和永磁体损耗的精确计算,采用非线性电感参数电机模型与矢量控制技术构建电机系统性能仿真平台,开展基于SVPWM矢量控制的高密度永磁同步电机损耗相关技术研究。以48槽8极高密度永磁同步电机为例,研究逆变器供电变频调速永磁同步电机电流时间谐波对铁耗和永磁体损耗的影响,仿真分析逆变器参数与定子电流畸变率之间的关系。仿真分析表明,电流时间谐波是产生永磁体涡流损耗的主要因素;电流时间谐波对铁心涡流损耗影响大,对铁心磁滞损耗影响小;在一定的范围内,当载波比和调制比增大时,电流畸变率减小,铁耗和永磁体涡流损耗也随之减小。与正弦波供电方式相比,用逆变器供电仿真计算得到的铁耗和永磁体损耗值更接近样机实验数据,进一步验证了仿真分析方法的准确性。

永磁同步电机永磁体分块对涡流损耗的影响分析

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。

基于变频器SVPWM供电下的高速永磁同步电机铁耗仿真及分析

随着现代技术的发展,高速电机与变频器技术已经在众多工业领域里得到了广泛的应用。基于Maxwell有限元仿真软件,针对高速电机进行2D建模并带入实测变频器不同载波下的电流进行仿真,探索变频器在SVPWM算法控制下输出的电流时间谐波所引起的高速电机附加损耗大小问题。首先搭建了离心式冷水机组实验台,利用功率分析仪采集变频器不同载波下的电流时间谐波,最后通过有限元仿真进行计算,从而得到不同载波下较准确的电机铁耗。并分别对电机定转子的附加谐波损耗进行了结果分析,研究了高速电机在变频器不同载波下的附加谐波损耗的特性。此外还探究了加入谐波相位角对电机附加铁耗仿真的影响。所有仿真结果能精确地反映高速电机的损耗大小,为高速电机优化设计、附加谐波损耗的经验系数选取以及实际工程应用中高速电机损耗的计算提供了理论依据。