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永磁同步電機的損耗理論到實(shí)際

2023-05-18 12:48:27來(lái)源:

永磁同步電動(dòng)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(lèi),鐵損,銅損和機械損耗。

1、電機鐵損,電流通過(guò)永磁同步電機定子繞組時(shí),鐵芯中產(chǎn)生交變磁通,在鐵芯中就會(huì )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(shí),在空載與負載情況下,鐵芯損耗幾乎不變,因此,又稱(chēng)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子繞組的電能損耗。由于定、轉子繞組中存在著(zhù)電阻,電流通過(guò)時(shí)就要產(chǎn)生電能損耗,稱(chēng)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,還應包括使空氣在電機和通風(fēng)系統中循環(huán)所需的功率(管道通風(fēng)時(shí),除去強迫氣流通過(guò)電機外部的長(cháng)管道或狹窄管道所需的功率),摩擦和風(fēng)阻損耗可以通過(guò)測量電機的輸入功率來(lái)確定,此時(shí)電機以適當轉速運轉但不帶載且不勵磁。通常,摩擦和風(fēng)阻損耗與鐵通心損耗合并在一起并同時(shí)確定。

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

4、鐵芯中的附加損耗。它與定、轉子開(kāi)槽及相對運動(dòng)和定、轉子磁場(chǎng)的高次諧波有關(guān)。

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

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定轉子的鐵損

表面式永磁電機永磁體直接與氣隙接觸,變頻供電時(shí)產(chǎn)生的較大含量諧波將在永磁體內產(chǎn)生一定的渦流損耗永,且由于轉子散熱較差較,將導致永磁體溫升較高,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(wú)法避免,只能通過(guò)提高氣隙磁密的在機電能量轉化過(guò)程中的有效利用率,對于永磁同步電機來(lái)說(shuō)就是降低氣隙磁密諧波,提高氣隙磁密波形的正弦度。

·轉子鐵損

針對永磁同步電機,分二種結構討論,硅鋼片結構轉子鐵損主要為在永磁體渦流損耗,而實(shí)心轉子磁極結構,轉子鐵損包括轉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(gè)相反的行波,正轉部分與轉子同步旋轉,在轉子上不產(chǎn)生渦流損耗,但齒諧波仍有,而分解的逆轉磁通勢交引起主要的轉子渦流.而總體上各種諧波分量會(huì )加劇這些渦流損耗,但鑒于諧波的次數和其幅值成反比,所以一般只需考慮5-9次諧波即可。參見(jiàn)電機拖動(dòng)理論6.3,6.4。

下面是100kW切向結構PMSM鐵損(DW310_35,800r/min)

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可見(jiàn),滿(mǎn)載時(shí)最主要定子鐵損占最80%,其次轉子磁鐵渦流占17%,轉子鐵心3%。(這里不考慮銅損和機械損耗),鐵損,可分為定子鐵損和轉子鐵損,對常規交流電機,一般只考慮定子鐵心產(chǎn)生的鐵損,轉子鐵心所產(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(lèi)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(lái)源于勵磁磁通,即便在空載時(shí)也一樣,這也是空載損耗的絕大部分。由上表可知,隨著(zhù)電樞電流增大,各部分鐵損和渦流損耗均增大。其中轉子鐵心渦流損耗,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(chēng)固定損耗。

Sean:那么怎樣利用空載和帶載情形來(lái)大概估算電機的損耗呢?

利用MultiDriveEC

·全部開(kāi)口封住,測試額定轉速下的空載損耗P0

·打開(kāi)封口,產(chǎn)生氣流,額定轉速下的非帶載損耗P1

·帶上額定負載,額定轉速下的負載輸入為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(shí)的定子損耗,結合負載曲線(xiàn)對結果進(jìn)行折合。

附:如果是整塊鐵芯轉子,則轉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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