异步电机空载铁耗分布的时步有限元分析

为研究基波及谐波铁耗在异步电机定转子铁心的分布特点,在计及斜槽前提下,建立了基于时步有限元的铁耗计算模型,以一台传统结构Y132S-4、5.5kW电机为实例,分析了空载运行时铁心不同位置磁密随时间变化波形,并得出铁心不同区域铁耗分布情况。结果显示:受谐波磁场影响,定转子损耗密度最大值均位于齿顶中间位置;进一步根据损耗密度计算不同区域铁耗发现,定子侧铁耗主要分布在齿部与轭部交界处、轭部以及齿身区域,这3个区域铁耗占总铁耗比例分别为32%、28%和17.5%,而损耗密度较大的齿顶区域铁耗仅占总铁耗2.5%,以往被忽略的转子侧铁耗则占总铁耗的15%且以谐波铁耗为主集中分布在齿顶区域。文中研究成果为进一步研究有利于降低铁耗的铁心新结构提供了必要的技术支持。

轴向磁通非晶合金永磁电机空载铁耗的解析计算方法

非晶合金材料具有出色的低损耗特性,利用非晶合金替代硅钢片制作轴向磁通永磁电机铁心可有效降低电机铁心损耗,但替代后的非晶合金电机的损耗结构也将发生改变。在电机初始设计阶段,快速准确计算出电机的空载铁耗是轴向磁通非晶合金电机设计及优化的关键。该文针对3D时步有限元计算耗时长的问题,改进现有多环等效模型计算方法,推导了气隙磁密、定子铁心损耗和永磁体涡流损耗的解析解,构建了空载铁耗的解析计算模型。利用3D有限元对解析模型计算值进行了验证,结果显示解析计算模型计算误差仅为9.42%。利用该解析模型分析槽口和气隙长度对空载铁耗的影响,结果显示采用减小槽口宽度降低空载铁耗的效果更为明显。

永磁同步电动机空载铁耗研究

从产生根源出发,对永磁同步电动机空载铁耗进行细致分类。在此基础上,利用有限元法和Bertotti铁耗计算模型,以一台5 k W、3 000 r/min永磁同步电机为例,对正弦波供电永磁同步电动机的空载铁耗分布特性进行分析计算,得到基本铁耗与空载杂散损耗的比例关系以及不同因素所引起的空载杂散损耗分布规律。进而,研究了变频器供电空载电流时间谐波引起的谐波损耗,分析了不同极槽配合对变频器供电永磁同步电机的谐波损耗影响规律。最后,通过多台样机的空载铁耗试验,验证了计算的正确性。

超高效电机采用低谐波绕组时空载铁耗研究

为了降低电机的损耗、提高电机的效率,对定子绕组进行重新设计。以Y180M-2电机为例,应用低谐波绕组理论,对电机定子绕组的排布方式和线圈匝数进行设计。通过有限元仿真,对比分析低谐波绕组电机和普通电机气隙磁场的谐波含量,计算得到铁芯不同部位的铁耗及其分布特点。分析结果表明:采用低谐波绕组后,电机气隙磁场谐波含量显著降低,其中3次谐波含量减少73.9%,5次谐波含量减少44.3%;采用低谐波绕组后,基波铁耗减少11.1%,谐波铁耗减少22.0%,总铁耗减少14.2%,有效地提高了电机效率。

非晶合金电机空载铁耗研究

为了体现非晶合金低损耗性能的优越性,对一台15 kW、1 000 Hz电机进行空载铁耗仿真计算分析,电机定子铁心为非晶合金材料,定子铁心采用浸漆、固化加工工艺。电机空载铁耗的计算主要包括非晶定子基本铁耗的分离以及空载杂散损耗的计算,得出了非晶合金电机杂散损耗是基本铁耗的6.03倍。

非晶合金电机空载铁耗研究

为了体现非晶合金低损耗性能的优越性,对1台15 k W、1 000 Hz电机进行空载铁耗仿真计算分析。电机定子铁心为非晶合金材料,定子铁心采用浸漆、固化加工工艺。电机空载铁耗的计算主要包括非晶定子基本铁耗的分离以及空载杂散损耗的计算,得出了非晶合金电机杂散损耗是基本铁耗的6.03倍;并与定子为50DW310时进行对比,得出空载运行时,非晶合金空载铁耗约为硅钢片50DW310的18.82%,电机的效率可以提高3.48个百分点。

定子混合叠压再制造电机空载损耗计算与分析

为研究混合叠压再制造定子对定子磁密与损耗分布的影响,通过有限元仿真对比分析定子采用不同材料时,电机气隙与定子典型位置处磁密沿轴向的变化情况。建立混合叠压定子的磁密差值函数,基于两项式铁耗计算模型,利用差值函数对混合定子空载损耗进行计算。根据现有研究成果,通过不同频率下的损耗特性曲线得到非晶合金的损耗修正系数,对计算结果进行修正。制作样机并进行空载损耗实验,以验证计算结果的准确性。结果表明,与单一材料定子相比,混合材料定子中硅钢材料段对应气隙与定子各部位的磁密值增大,非晶材料段对应气隙与定子各部位的磁密值减小,磁密差值由材料分界面向各材料段中心位置逐渐减小,磁密分布具有一定的偏向性。在同样的经验系数修正下,通过差值函数计算所得结果更为精确,与实验测试结果相比,误差约为10.71%。

半工艺型热轧硅钢片在电机上的应用研究

所谓半工艺型热轧钢片,就是说钢厂在制造硅钢片的全过程中,不进行最后一道退火工序,而由电机厂在冲制成电机冲片后,再进行退火处理。这样既可以充分发挥硅钢片磁性能的潜力,提高电机性能,又可节约电能。为了使半工艺型钢片能在生产实际中应用,上海电器科学研究所、上海矽钢片厂和皖南电机厂合作进行了应用研究。在一年中完成了 Y 系列样机中心高为 H80～H160M,0.55kW～11kW 四个规格36台电机对比试验,达到了预期效果。现将试验情况介绍如下。