永磁同步電機鐵心損耗與暫態(tài)溫度場研究.pdf

1、永磁同步電機(PMSM)系統(tǒng)以其良好的轉速轉矩特性以及低噪音、高效率、寬范圍調速等諸多優(yōu)點，在工農業(yè)生產領域得到了廣泛應用。隨著PMSM技術的不斷發(fā)展，其內部許多問題需要進一步研究，如PMSM定子鐵心損耗問題、永磁體內渦流損耗問題、特定工況下瞬態(tài)溫升問題、PMSM設計參數(shù)的合理選擇及損耗分配問題等等。這些問題的深入研究對PMSM的性能提高及優(yōu)化設計具有重要的意義。
　　PMSM定子鐵心損耗計算是否準確不僅直接影響著電機性能的準確分

2、析，而且影響著其溫升問題的進一步研究。PMSM的極槽配合關系對其鐵心損耗有很大的影響。為了準確地計算PMSM定子鐵心損耗，本文基于旋轉磁場的正交等效分析，給出了一種綜合考慮PMSM旋轉與交變磁場的鐵心損耗計算方法——橢圓法。該方法較傳統(tǒng)的諧波平衡分析法計算鐵心損耗更接近于鐵耗實測值。采用橢圓法及諧波平衡分析法計算定子鐵心損耗，不僅需要確定鐵心各剖分單元磁密波形，而且需要傅立葉分析及復雜的后處理計算，不利于電機生產廠進行電機設計時的鐵耗估

3、算。因此，本文提出了場與傳統(tǒng)公式相結合的PMSM鐵心損耗計算方法，其計算值與鐵耗實測值也較為接近。另外，以鐵心損耗數(shù)值計算為基礎，研究了PMSM負載電流及電流超前與滯后反電勢控制方式對其定子鐵心損耗的影響，為PMSM控制策略的選擇提供了依據(jù)。
　　PMSM永磁體內的渦流損耗計算是PMSM設計中的一個關鍵性問題。永磁體渦流損耗會使永磁體溫度升高，磁性能改變，從而影響電機的運行性能。雖然，現(xiàn)階段對PMSM轉子及其永磁體內的渦流損耗有所

4、研究，但大多數(shù)只停留在高速電機的層面上。本文分析了PMSM永磁體內渦流損耗的產生機理，指出了低速空載運行條件下，采用近槽配合及槽開口較大的PMSM永磁體內也會產生較大的渦流損耗。采用有限元數(shù)值計算方法進一步計算了空載與負載工況下的PMSM永磁體內渦流損耗，并與實測結果進行了對比分析。說明了極槽配合、永磁體形狀、定子槽口尺寸等結構參數(shù)對永磁體內的渦流損耗具有一定影響，但極槽配合與槽口尺寸是影響磁極內渦流損耗的主要因素。采用分塊拼裝式磁極結

5、構可有效地抑制PMSM永磁體內的渦流損耗。
　　PMSM溫度升高會影響電機的工作性能，也將直接影響到電機的使用壽命和運行的可靠性，所以對永磁電機的溫度場計算十分重要。本文根據(jù)傳熱學與空氣動力學理論，以熱傳導方式等效處理了電機定、轉子與氣隙之間復雜的對流散熱過程，建立了PMSM電磁穩(wěn)態(tài)運行條件下的定、轉子全域三維暫態(tài)溫度場計算模型，給出了求解域內的基本假設及相應的邊界條件，解決了定轉子溫度場相關聯(lián)問題。提出了繞組銅耗時變熱源及定子鐵

6、耗熱源空間離散加載方法。該方法更能真實地反映出電機工作時溫升情況。PMSM定子鐵心損耗及永磁體渦流損耗是引起電機發(fā)熱的主要原因之一，是否考慮定子鐵心損耗及其不均勻分布對電機定子溫度場計算結果具有一定影響。定子槽口寬度變化所引起的永磁體渦流損耗變化對轉子溫度場的影響較大，因此，在實際計算中此部分損耗要盡可能計算準確。本文首次采用了序慣耦合法對電機的短時過載能力進行計算分析，能夠更好地指導電機設計，并為電機過載工作時的熱狀態(tài)預估提供了前提條