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永磁同步電機的損耗理論到實際

2023-05-18 12:48:27來源:

永磁同步電動機損耗可以分成4部分,即定子繞組損耗、鐵心損耗、機械損耗和負載雜散損耗。性質(zhì)上分為三類,鐵損,銅損和機械損耗。

1、電機鐵損,電流通過永磁同步電機定子繞組時,鐵芯中產(chǎn)生交變磁通,在鐵芯中就會產(chǎn)生磁滯損耗和渦流損耗,其大小由鐵芯中的磁通密度和磁通變化的頻率決定,近似與外加電壓的平方成正比,電壓和頻率不變時,在空載與負載情況下,鐵芯損耗幾乎不變,因此,又稱固定損耗,主要產(chǎn)生在定子鐵芯中。

2、電機銅損,定子繞組的電能損耗和轉(zhuǎn)子繞組的電能損耗。由于定、轉(zhuǎn)子繞組中存在著電阻,電流通過時就要產(chǎn)生電能損耗,稱為銅損。

3、機械損耗

機械損耗包括電刷及軸承上的摩擦損耗,風(fēng)阻引起的損耗等機。如果有通風(fēng)裝置,不管是自帶風(fēng)扇還是外風(fēng)扇,還應(yīng)包括使空氣在電機和通風(fēng)系統(tǒng)中循環(huán)所需的功率(管道通風(fēng)時,除去強迫氣流通過電機外部的長管道或狹窄管道所需的功率),摩擦和風(fēng)阻損耗可以通過測量電機的輸入功率來確定,此時電機以適當(dāng)轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)但不帶載且不勵磁。通常,摩擦和風(fēng)阻損耗與鐵通心損耗合并在一起并同時確定。

軸承摩擦和通風(fēng)損耗。它是對應(yīng)于軸承摩擦及通風(fēng)阻力所消耗的功率,其大小與轉(zhuǎn)速有關(guān)。

4、鐵芯中的附加損耗。它與定、轉(zhuǎn)子開槽及相對運動和定、轉(zhuǎn)子磁場的高次諧波有關(guān)。

一般認為,相同轉(zhuǎn)速的永磁同步電機,電壓越低,鐵損越大;相同電壓的永磁同步電機,轉(zhuǎn)速越高鐵損越大。

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定轉(zhuǎn)子的鐵損

表面式永磁電機永磁體直接與氣隙接觸,變頻供電時產(chǎn)生的較大含量諧波將在永磁體內(nèi)產(chǎn)生一定的渦流損耗永,且由于轉(zhuǎn)子散熱較差較,將導(dǎo)致永磁體溫升較高,容易造成永磁體發(fā)生不可逆去磁風(fēng)險。因此對永磁體渦流損耗的研究有其必要性與重要性。

·電機定子鐵損

氣隙磁密切割定子,無法避免,只能通過提高氣隙磁密的在機電能量轉(zhuǎn)化過程中的有效利用率,對于永磁同步電機來說就是降低氣隙磁密諧波,提高氣隙磁密波形的正弦度。

·轉(zhuǎn)子鐵損

針對永磁同步電機,分二種結(jié)構(gòu)討論,硅鋼片結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子鐵損主要為在永磁體渦流損耗,而實心轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)子鐵損包括轉(zhuǎn)子磁極渦流損耗和永磁體渦流損耗。

定子的基波電流產(chǎn)生的磁通勢可分解為兩個相反的行波,正轉(zhuǎn)部分與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn),在轉(zhuǎn)子上不產(chǎn)生渦流損耗,但齒諧波仍有,而分解的逆轉(zhuǎn)磁通勢交引起主要的轉(zhuǎn)子渦流.而總體上各種諧波分量會加劇這些渦流損耗,但鑒于諧波的次數(shù)和其幅值成反比,所以一般只需考慮5-9次諧波即可。參見電機拖動理論6.3,6.4。

下面是100kW切向結(jié)構(gòu)PMSM鐵損(DW310_35,800r/min)

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可見,滿載時最主要定子鐵損占最80%,其次轉(zhuǎn)子磁鐵渦流占17%,轉(zhuǎn)子鐵心3%。(這里不考慮銅損和機械損耗),鐵損,可分為定子鐵損和轉(zhuǎn)子鐵損,對常規(guī)交流電機,一般只考慮定子鐵心產(chǎn)生的鐵損,轉(zhuǎn)子鐵心所產(chǎn)生的鐵損可以忽略,對于永磁同步電機還要考慮永磁體的渦流損耗。

對于定子鐵損

·電樞電流對鐵損的影響

與帶載的變壓器類似,電樞電流(原邊)產(chǎn)生的磁通勢包括兩部分,一部分是勵磁磁通勢,另一部分是產(chǎn)生負載磁通勢。定子鐵心鐵損主要來源于勵磁磁通,即便在空載時也一樣,這也是空載損耗的絕大部分。由上表可知,隨著電樞電流增大,各部分鐵損和渦流損耗均增大。其中轉(zhuǎn)子鐵心渦流損耗,永磁體渦流損耗增大明顯,但定子鐵心鐵損變化相對較小,又稱固定損耗。

Sean:那么怎樣利用空載和帶載情形來大概估算電機的損耗呢?

利用MultiDriveEC

·全部開口封住,測試額定轉(zhuǎn)速下的空載損耗P0

·打開封口,產(chǎn)生氣流,額定轉(zhuǎn)速下的非帶載損耗P1

·帶上額定負載,額定轉(zhuǎn)速下的負載輸入為P2

則風(fēng)扇功率為Pfan=P1-P0,P0可認為是定子勵磁損耗。此值+40%作為額定負載時的定子損耗,結(jié)合負載曲線對結(jié)果進行折合。

附:如果是整塊鐵芯轉(zhuǎn)子,則轉(zhuǎn)子鐵心損耗占比將大大增加。只能用于容量很小的電機。

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