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        基于渦流損耗分析的永磁型無軸承電機優(yōu)化方案研究

        2014-04-29 00:00:00李勝泉
        基層建設 2014年23期

        摘要:永磁架構下的電機,高速轉動之時,轉子特有的渦流損耗偏多,造成永磁配件偏熱,帶來退磁的疑難。永磁型特性的無軸承電機,包含徑向方位的轉矩轉動。相對運動特有的關聯,可分成徑向范疇中的作用力、轉矩凸顯的繞組磁場、懸浮態(tài)勢下的繞組磁場。單一架構中的、可被管控的徑向作用,帶有獨特條件。采納耦合電路特有的瞬態(tài)計算,運算得來空載態(tài)勢的渦流損耗。調研得來的數值表明,永磁型關涉的這種損耗,不能脫離潛藏著的繞組磁場。擬定好的優(yōu)化方式,應能設定新穎結構,縮減各時段的轉子渦流,提快運行速度。

        關鍵詞:渦流損耗分析;永磁型;無軸承電機;優(yōu)化方案

        無軸承架構的電機,伴隨著徑向力。這樣的徑向力,管控著懸浮特性的繞組、傳統(tǒng)情形下的體系繞組。把這些繞組添加至預設的定子槽,極對數帶有差異的多重轉矩,會產生某時段中的電磁支撐。比對其他范疇的電機,永磁型特性的無軸電機,縮減了固有體積;同等功率之下,軸向方位的長度被限縮。異步特性的懸浮磁場,會添加體系架構之中的渦流損耗。為此,轉子配件的損耗渦流,密切關涉永磁體的多樣性能。本文明辨了渦流損耗,摸索了適宜特性的化解辦法。

        一、概要的轉矩機理

        永磁架構的電機,包含懸浮特性的繞組磁場、轉矩特性的這種磁場、永磁特性的同等磁場,是三層級以內的磁場疊加。轉矩的本源機理,等同永磁電機,包含繞組架構之中的彼此作用。表面貼特有的無軸承電機,潛藏著的等效空隙偏大;比對轉子銜接著的永磁磁場,繞組磁場凸顯了偏小的振幅。為此,繞組磁場關涉的徑向力,可被忽略掉。

        體系架構中的徑向力,密切關聯著永磁磁場、帶有懸浮特性的繞組等。兩組磁場疊合,增強了某方位的原有磁場。相反方位上,這種磁場偏弱。依循麥克斯韋特有的本源原理,轉子帶有明晰的徑向力,它會朝向特有的磁場方向。靜止態(tài)勢下,正y方位的磁場,帶有同等極性;疊加得來的結果,是增添了磁場。然而,負y這一方位的磁場,卻有所縮減。在這時,轉子關涉的指向,包含徑向范疇中的合力。

        二、建構最優(yōu)模型

        穩(wěn)定態(tài)勢的徑向力,應當予以管控。這樣的管控方式,是調和定子繞組、體系范疇的相位及電流。為便利調控,擬定好的繞組次序,應當考量初始時段的零電流;轉子特有的徑向力,應指向特有的正x。例如:同心架構下的繞組定子,就擬定了2這樣的極對數;定子槽固有的數值,設定成36個。應被運算出來的數值,包含如下數據:添加了三相特性的等同電流以后,轉矩特有的繞組電流;初始時段的電流相位,只要考量這一范疇的磁場諧波,即可計算得來極對數、懸浮態(tài)勢的繞組磁場。

        擬定了參數以后,永磁架構之下的無軸承電機,是可被調整的。設定好的雙重變量,都關涉懸浮繞組經由的電流。為此,只要更替了各時段的懸浮電流、預設的初始相位,即可管控徑向力,實現穩(wěn)定態(tài)勢下的懸浮狀態(tài)。

        三、高速率的運動傾向

        無軸承銜接的電機,運轉速率偏快時,永磁特性的磁場、懸浮架構中的繞組磁場、轉矩配有的磁場,維持著高速情形之下的轉動狀態(tài)。穩(wěn)定特性的轉子懸浮,應能確認某一轉速。永磁特性的這種電機,帶有可控特性的徑向作用。若要產生穩(wěn)定態(tài)勢下的這種作用,轉子特有的機械角、繞組特有的這種角度,都應滿足預設的速度數值。與此同時,配套架構中的定子電角,也要擬定最優(yōu)速率。定子范疇的繞組磁場,關聯著三相特性的對稱電流。依循設定好的極對數、機械角及特有的電角速度,可以辨識相對態(tài)勢下的轉角速度。

        永磁框架內的電機,渦流損耗關聯著多次諧波,它并不關涉鐵耗及銅損耗。然而,永磁架構的無軸承電機,異步運行著的繞組磁場,也會帶有同等損耗。多層級的諧波幅值,比對懸浮磁場,還是偏小的。為此,懸浮繞組這樣的磁場,是轉子渦流特有的側重來源。轉子散發(fā)著的熱能偏多,永磁材料固有的溫度偏低、電導率也偏低,很易凸顯發(fā)熱退磁。極對數設定得偏高時,擬定的同等轉速之下,磁場及電流關涉的基頻很高;各層級內的諧波,也凸顯偏大數值下的渦流損失。

        四、計算真實損耗

        選取某規(guī)格下的樣機,當成測算根據。樣機固有的參數,包含如下特性:定子固有的外徑,擬定為118毫米;內徑設定成68毫米。定子槽固有的數目25及34。轉矩繞組預設的匝數設定成34;轉子鐵心固有的外側直徑,設定成58毫米。永磁體預設了2毫米特有的厚度,護套預設了1毫米這樣的厚度;鐵心預設了78毫米的初始長度。額定情形之下的轉速,是每分鐘11900轉。

        根據設定好的樣機參數,建構有限元配有的解析模型。永磁架構中的電機模型,建構了網格剖分。采納外部范疇中的耦合電路,采納瞬態(tài)解析,辨析了損耗掉的總體渦流。外側安設的電路,添加了電流源特有的模型。擬定好的運算時間,設定成0.4秒鐘;體系架構內的時間步長,設定成0.002秒。轉子區(qū)段之中的渦流,關系著求解得來的參數。

        五、多層級的損耗

        (一)空載態(tài)勢下的損耗

        為限縮氣隙磁場潛藏著的諧波,采納永磁體關涉的磁化形式,把外部架構之中的電流,擬定成零的幅值。這種情形下,解析渦流損耗,也即定子槽表征出來的效應損耗??蛰d狀態(tài)之下的密度布設,凸顯明晰的規(guī)律傾向。

        (二)帶有負荷的損耗

        負載情形之下,無軸承架構內的電機,定子繞組會帶有穩(wěn)定態(tài)勢下的、可控特性的徑向作用。依循徑向力,添加外在特性的電流。給出來的兩套繞組,擬定了等同頻次。外部經由的電流,設定了最佳數值。計算得來的電流頻率,密切關涉旋轉速率、體系之中的極對數。多樣情形下,都應擬定精準特性的電流頻率、對應著的角頻率。設定瞬態(tài)求解,在電流促動之下,轉子附帶著的徑向力,應朝向正x這一方向。渦流特有的損耗密度,凸顯明晰的布設傾向。

        最大范疇的渦流損耗,會超出53W。極對數增添時,功率驅動特有的電路要求,也會隨同提升。電流諧波及計算得來的電動勢諧波,都關涉偏大數值下的渦流損耗??蛰d情形下,比對懸浮特有的這種繞組,定子槽附帶著的渦流損耗,仍是偏小的,可以予以忽視。極對數經由優(yōu)化,限縮了這種損耗。未來時段的調研中,還應接續(xù)調研可用的削減方式。

        (三)應注重的事項

        轉矩特有的徑向力,應能設定得很精準。擬定好的優(yōu)化方案,包含徑向力這一范疇的最優(yōu)數值。永磁電機獨有的優(yōu)勢,是功率密度擬定得很大,且不用配有勵磁控制,適宜高速態(tài)勢下的運轉。電機關涉的轉矩磁場,很難徹底規(guī)避掉渦流損耗。潛藏著的損耗,包含齒槽諧波、反電動勢特性的諧波、繞組架構之中的電流諧波。嵌入定子槽附帶著的懸浮繞組,與原初的磁場,凸顯異步運行的傾向。應被注重的是,轉子渦流耗費掉的損耗,遠會超出永磁特性的電機。

        結束語

        永磁體配有的無軸承電機,應符合預設的極對數、磁場旋轉情形之下的機械角度、旋轉之中的電角速度。永磁型這樣的電機,轉子渦流關涉的損耗,包含異步態(tài)勢下的運行耗費。齒槽諧波特有的渦流損耗,還是偏小的,可被忽略掉。定子范疇中的繞組極對數,凸顯偏大情形下的渦流損耗。為規(guī)避慣常的熱退磁,經過比對解析,采納了優(yōu)選得來的新穎結構。

        參考文獻:

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        [5]孫曉東.無軸承永磁同步電機技術綜述及其發(fā)展趨勢探討[J].中國機械工程,2012(17).

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