亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        永磁無刷高速電機(jī)的電磁性能研究

        2023-12-29 01:39:18
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2023年22期
        關(guān)鍵詞:無刷電機(jī)永磁體氣隙

        張 玉

        (珠海凱邦電機(jī)制造有限公司,廣東 珠海 519110)

        隨著節(jié)能、低碳排放和減排成為世界各國普遍重視的熱點(diǎn)問題,電動汽車獲得了創(chuàng)新性發(fā)展。關(guān)于電動汽車的電機(jī),與其他類型電機(jī)相比,永磁直流無刷電機(jī)擁有體積小、質(zhì)量輕、效率高等明顯優(yōu)點(diǎn),作為驅(qū)動電動機(jī)被廣泛應(yīng)用在電動汽車上[1]。隨著我國人民經(jīng)濟(jì)、物質(zhì)和文化生活水平的進(jìn)一步提高,家用電器、工業(yè)應(yīng)用機(jī)器人等電器設(shè)備也朝著高效率化、小型化和智能化的方向快速發(fā)展,無刷電機(jī)以其節(jié)能、高效的優(yōu)勢順應(yīng)了今天節(jié)能的時代主題[2]。

        永磁無刷電機(jī)具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)速區(qū)間范圍寬、無勵磁損耗、功率因數(shù)高且效率高等突出優(yōu)點(diǎn),由于永磁電機(jī)氣隙較大,因此永磁無刷電機(jī)尤其適宜應(yīng)用于高速場合[3]。但永磁無刷高速電機(jī)還是存在很多問題,例如其基本結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和性能影響分析,而如何有效降低電機(jī)轉(zhuǎn)子損耗和轉(zhuǎn)矩脈動,是一個非常有必要研究的問題。

        1 高速永磁無刷電動機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        1.1 電機(jī)結(jié)構(gòu)和基本參數(shù)設(shè)計(jì)

        電機(jī)基本上由2 個部分組成,即控制定子和驅(qū)動轉(zhuǎn)子。一個設(shè)計(jì)良好的轉(zhuǎn)子可以直接支撐未滿足的扭矩,成為有用的驅(qū)動力,從而最大限度地發(fā)揮電機(jī)的作用。此類定子選用2 層繞組時,應(yīng)使其盡可能短,以減少確定關(guān)系的功率,提高系統(tǒng)工作性能。然而,這會降低繞組的電勢。該文電機(jī)模型中的繞組有一個重要的節(jié)距,節(jié)距為3。高速電機(jī)極數(shù)較少,通??梢栽O(shè)計(jì)為二極或四極。與二極電機(jī)相比,四極電機(jī)的定子繞組端部較短,平均半匝長度和軸長也較短。因此,該文建立的電機(jī)模型采用四極電機(jī)。

        1.2 轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)

        1.2.1 轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)可以分為3 種,如圖1 所示。將永磁體的材料全部做成一個圓柱形,通過干擾和矯頑力,永磁體被一層高強(qiáng)度、非磁性金屬護(hù)套完全包裹起來。從圖1 中可以清楚地看出,在實(shí)際運(yùn)行中,該系統(tǒng)無法傳遞扭矩,因?yàn)槠錄]有連接軸和轉(zhuǎn)子輪轂。因此,需要將永磁體的護(hù)套與芯片、連接件焊接在一起以傳遞扭矩。永磁體通常采用全磁結(jié)構(gòu)來制造磁場,具有良好的電磁和電磁機(jī)械對稱特性。

        圖1 轉(zhuǎn)子的3 種結(jié)構(gòu)

        具有表貼式結(jié)構(gòu)的永磁轉(zhuǎn)子側(cè)視圖如圖2 所示。文獻(xiàn)[4]設(shè)計(jì)的永磁樣機(jī)就是采用該類型的轉(zhuǎn)子分塊結(jié)構(gòu),并針對永磁體的轉(zhuǎn)子分塊及其充磁處理方法、不同轉(zhuǎn)子間能量與磁損耗的相互作用和影響進(jìn)行了深入研究。

        圖2 實(shí)心永磁體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子側(cè)視圖

        圖3 永磁體表貼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子側(cè)視圖

        雖然永磁模型和表面貼裝永磁模型都具有對稱性好、材質(zhì)好的優(yōu)點(diǎn),但永磁體能承受的拉伸強(qiáng)度和應(yīng)力可能較小(<80MPa)。由于較大的電磁離心力會導(dǎo)致永磁體結(jié)構(gòu)快速旋轉(zhuǎn),因此需要添加額外的安全層來保護(hù)永磁體。保護(hù)永磁體的方法如下:1)將碳纖維或磁性玻璃絲直接粘合在永磁體上。2)做防護(hù)套。將具有高密度且不導(dǎo)電的高磁性復(fù)合金屬放在永磁體周圍。碳纖維材料捆扎的膠帶外層厚度相對較小,并且碳纖維材料不易導(dǎo)電,不會引起高頻渦流,造成巨大損耗,并且碳纖維材料不易降溫,永磁體轉(zhuǎn)子不會快速冷卻,因此能更好地實(shí)現(xiàn)屏蔽轉(zhuǎn)子諧波的主要目標(biāo)。通常要求在金屬外殼和導(dǎo)線的結(jié)合處安裝銅屏蔽層。雖然非導(dǎo)磁金屬殼本身不僅易導(dǎo)電,還可以有效屏蔽二次諧波,減少其渦流損耗,便于永磁體轉(zhuǎn)子快速降溫,但是非導(dǎo)磁護(hù)套采用的金屬材料費(fèi)用較高。

        1.2.2 選擇極數(shù)

        傳輸頻率增加會導(dǎo)致電機(jī)定子線損增加,因此需要減小磁場差異,才能有效減少電機(jī)定子線損。然而,高速電機(jī)的極數(shù)較少,一般情況下,可以考慮采用帶有兩極或四極的定子,二者各具優(yōu)、缺點(diǎn)。與四極轉(zhuǎn)子相比,兩極轉(zhuǎn)子構(gòu)造簡潔,容易設(shè)計(jì)、生產(chǎn),強(qiáng)度也有保證,其定子的鐵耗也較小。主要缺陷是兩極結(jié)構(gòu)電機(jī)在繞組末端的長度遠(yuǎn)超四極電機(jī),并且所需定子鐵心的軛部面積較大。該文采用容易設(shè)計(jì)、鐵耗小的兩極轉(zhuǎn)子。

        1.2.3 定子設(shè)計(jì)

        1.2.3.1 定子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        無槽結(jié)構(gòu)取消了傳統(tǒng)的齒槽結(jié)構(gòu),其優(yōu)點(diǎn)為可降低電機(jī)上的鐵耗。開槽結(jié)構(gòu)的N 極和S 極間的漏磁差異較小,并且繞組與外定子電源的外電流表面間的熱接觸溫度較高,耐熱耗散。散熱方式對繞組和轉(zhuǎn)子非常重要。

        1.2.3.2 選擇定子槽數(shù)

        無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速較高,設(shè)計(jì)時選用兩極24 槽的定子槽數(shù),原因是其繞組流過的電流發(fā)生的諧波含量比其他槽數(shù)的小。每12 個繞組在一個級數(shù)下,并且4 個槽為一相。因此該文選擇兩極24 槽,其參數(shù)均能達(dá)到無刷電機(jī)的要求,可減少電機(jī)的總體長度,并具有經(jīng)濟(jì)性。

        前不久,一家地處江蘇省由日本企業(yè)投資的生物重金屬吸附劑生產(chǎn)線正式投產(chǎn),產(chǎn)品走向國際市場,而支撐起這一產(chǎn)品的原材料,正是“中黃麻4號”。

        1.2.4 主要尺寸確定

        電機(jī)的主要尺寸與其計(jì)算功率、轉(zhuǎn)速以及電磁動力學(xué)的負(fù)荷等因素有關(guān),如公式(1)所示。

        式中:DiL為定子內(nèi)徑(mm);l為計(jì)算長度(mm);nN為額定轉(zhuǎn)速(r/min);p'為計(jì)算功率(W);αp為計(jì)算極弧系數(shù),αp=0.657;kφ為氣隙磁場波形系數(shù),正弦波磁場取1.11;kw為基波繞組系數(shù),對集中繞組來說為0.5;B0為氣隙磁密幅值(T);A為電負(fù)荷有效值(A/m)。

        電機(jī)的氣隙不能設(shè)計(jì)得太小,否則會使轉(zhuǎn)子與定子發(fā)生接觸,造成轉(zhuǎn)子損壞。電機(jī)的運(yùn)行性能取決于齒槽轉(zhuǎn)矩。永磁電機(jī)運(yùn)行效率降低的原因可能是轉(zhuǎn)子的損耗過大,這對永磁電機(jī)非常不利。無刷電機(jī)的設(shè)計(jì)需要選用合適的空間和氣隙,否則將會直接影響電機(jī)工作的性能和機(jī)械的可靠性。

        1.2.5 電機(jī)繞組設(shè)計(jì)

        電機(jī)繞組設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)見表1。在電機(jī)設(shè)計(jì)中,最重要的部分是電機(jī)的繞組設(shè)計(jì),也用于測量電機(jī)性能強(qiáng)弱。電機(jī)定子繞組采用同心式,其關(guān)鍵目的是減少電機(jī)銅芯線總數(shù),節(jié)約電機(jī)成本,采用同心繞組可以提高該文設(shè)計(jì)方案無刷電機(jī)的性能。其優(yōu)點(diǎn)是電氣機(jī)構(gòu)采用正弦函數(shù)繞組,無刷電機(jī)的電流波形可以有較大程度的改善。

        表1 電機(jī)繞組參數(shù)

        Y3 型連接為電機(jī)外接電源電路的連接類型。主要考慮的是電機(jī)功率較大,在運(yùn)行過程中容易產(chǎn)生較大電場,會導(dǎo)致同步電機(jī)繞組傳熱過多,必須加以防備。因此選擇的連接類型是Y3 連接。

        2 高速永磁無刷電機(jī)的仿真建模

        2.1 有限元方法概述

        有限元分析化學(xué)方程式可分為Gayogin 法和Rise 法。由子域匯總分開所有連續(xù)域,該文將未知因變量直接顯示在具有未知系數(shù)插值函數(shù)的字段中,從而分散電磁場以獲得相似的代數(shù)方程組。耦合解后可以形成電磁場的函數(shù)解。有限元法已經(jīng)被相關(guān)專家驗(yàn)證,拉普拉斯和泊松方程式說明的是在微分方程里解釋的場,并解決了一系列電磁問題,如非線性場、時間場等。

        2.2 無刷電機(jī)參數(shù)確定

        該文電機(jī)工作方式為三相星型全控橋,結(jié)構(gòu)為電機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)子、外定子。該文電機(jī)轉(zhuǎn)子磁化方法的繞組為2 層。電機(jī)基本參數(shù)見表2。

        表2 電機(jī)主要參數(shù)

        2.3 永磁無刷高速電機(jī)的建模與仿真

        通過對電機(jī)進(jìn)行建模與仿真,來檢查設(shè)計(jì)是否正確,其定、轉(zhuǎn)子各參數(shù)指標(biāo)是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。采用ANSYS Maxwell建立2 維模型,輸入確定好的無刷電機(jī)參數(shù),進(jìn)行相應(yīng)的電磁性能仿真。其電機(jī)模型和網(wǎng)格劃分如圖4 所示。添加邊界條件,并建立電路模型,實(shí)現(xiàn)場路耦合。在該文的仿真中,由于磁力線幾乎不超過轉(zhuǎn)子外電弧的邊界,因此該文進(jìn)行了等效處理:在轉(zhuǎn)子外弧設(shè)定Dirichlet 邊界條件,設(shè)置為零的轉(zhuǎn)子外弧在所有節(jié)點(diǎn)的自由度。該模型為實(shí)際電機(jī)的十分之一,因此必須在2 個半徑上設(shè)置循環(huán)邊界條件。為了使這2 個邊具有對應(yīng)同步節(jié)點(diǎn)的數(shù)量和一個位置,2 個邊必須由對應(yīng)節(jié)點(diǎn)組合。將線圈繞組與外部電路連接,并創(chuàng)建對應(yīng)的電路。根據(jù)轉(zhuǎn)子位置的變化,在電路中打開6 個開關(guān)。

        圖4 電機(jī)模型和網(wǎng)格劃分

        3 永磁無刷高速電機(jī)的電磁性能分析

        3.1 磁場分析

        麥克斯韋方程是電機(jī)磁場科學(xué)研究的理論基礎(chǔ)。將定子電流參數(shù)全部設(shè)置為0,只剩下永磁體發(fā)生作用。通過分析永磁體嵌入式無刷直流電機(jī)的磁場,可以計(jì)算出空載狀態(tài)下機(jī)體磁場的大小、分布和方向,從中了解磁場飽和方法。由磁力線分布情況可以看出,電機(jī)整體結(jié)構(gòu)的磁力線分布是比較均勻的,證明電機(jī)結(jié)構(gòu)中幾乎不存在漏磁現(xiàn)象。

        3.2 電機(jī)空載特性仿真

        3.2.1 空載氣隙磁密分析

        從仿真結(jié)果可以看出,電機(jī)在60°的機(jī)械角度內(nèi)有2 個磁密波峰。內(nèi)部的半徑為50mm,水平坐標(biāo)為0mm~60mm。在徑向上,轉(zhuǎn)子內(nèi)、外直徑附近的氣隙磁通密度較低,中間半徑附近的氣隙磁密較高,整體上有先提高、后降低的趨勢。其磁通量容易飽和,并且大部分磁場會往中間移動。

        3.2.2 高速電機(jī)空載反電動勢和電流波形

        根據(jù)仿真結(jié)果可知,電機(jī)空載的反電勢線的電壓幅值為200V,電機(jī)的電壓值在調(diào)速的范圍內(nèi)。關(guān)于電機(jī)電流波形,可知電機(jī)轉(zhuǎn)子d、q軸電感散布平均,并且電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中是穩(wěn)定的,三相電流值幾乎一致,電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中的發(fā)熱較小,可以提高其可靠性。盡管有限元分析的結(jié)果是理想的,但效果實(shí)際上取決于所選或所設(shè)計(jì)的電機(jī)與所采用引擎的匹配度。

        3.2.3 電機(jī)負(fù)載特性仿真

        當(dāng)電機(jī)在額定負(fù)載下運(yùn)行時,電機(jī)各相繞組中的電壓會因電樞反應(yīng)而中斷。另外,負(fù)載下波形的正弦性也會降低。定子繞組相電動勢有效值為250V 左右。通過給電機(jī)配套合適的電流,可以得到電機(jī)的輸出扭矩波形。根據(jù)仿真結(jié)果可知,輸出轉(zhuǎn)矩最大值約為4.21N·m,輸出轉(zhuǎn)矩最小值約為3.69N·m,輸出磁感應(yīng)轉(zhuǎn)矩平均值約為3.94N·m。通過計(jì)算可知扭矩波動約為13.1%。

        4 結(jié)論

        通常情況下,永磁無刷高速電機(jī)的研究和應(yīng)用領(lǐng)域較廣,具有效率高、功率密度高等優(yōu)勢,但其磁性會損壞電機(jī)。該文先根據(jù)有限元原理進(jìn)行計(jì)算,然后對電機(jī)輸入相關(guān)參數(shù),并對其負(fù)載和空載情況進(jìn)行仿真。最后獲得其產(chǎn)生的反電動勢氣隙磁密和齒槽轉(zhuǎn)矩,并加以分析。值得注意的是,如果轉(zhuǎn)子太弱,會導(dǎo)致永磁體溫度升高。因此,根據(jù)具體設(shè)計(jì)目的,該文設(shè)計(jì)了功率為1.1kW、轉(zhuǎn)速為200000r/min 的高速自動電動機(jī),并提供了設(shè)計(jì)方案參數(shù)。

        猜你喜歡
        無刷電機(jī)永磁體氣隙
        基于STM32F407的無刷電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)
        常用定轉(zhuǎn)子氣隙測量工具的設(shè)計(jì)及使用
        考慮永磁體不可逆退磁的磁齒輪復(fù)合電機(jī)設(shè)計(jì)
        基于Halbach陣列磁鋼的PMSM氣隙磁密波形優(yōu)化
        同步發(fā)電機(jī)理論的一個奇點(diǎn)與氣隙中心論
        霍爾式輪速傳感器永磁體磁場均勻性測量方法研究
        基于DSP的直流無刷電機(jī)電子控制方法研究
        電子制作(2019年10期)2019-06-17 11:45:00
        基于不等厚永磁體的非均勻Halbach型PMSM氣隙磁場解析及性能研究
        高功率密度永磁同步電機(jī)永磁體渦流損耗分布規(guī)律及其影響
        基于ARM的無傳感器無刷電機(jī)水泵控制系統(tǒng)研究
        91精品啪在线观九色| 国内揄拍国内精品| 国产老妇伦国产熟女老妇高清| 富婆如狼似虎找黑人老外| 亚洲av永久无码天堂网小说区| 日本高清视频永久网站www| 熟妇人妻无码中文字幕| 中文字幕无码家庭乱欲| 国产精品6| 国产精品麻豆成人AV电影艾秋| 欧美老妇与禽交| 国产在线精品一区二区在线看 | 粉嫩极品国产在线观看| 极品视频一区二区三区在线观看| 一区二区三区亚洲免费| 无套无码孕妇啪啪| 日本另类αv欧美另类aⅴ| 国产av丝袜旗袍无码网站| 无码少妇一级AV便在线观看 | 国产精品福利久久香蕉中文| 在线亚洲妇色中文色综合| 国产suv精品一区二区四| 人人添人人澡人人澡人人人人 | 欧美熟妇与小伙性欧美交| av免费一区二区久久| 在线看无码的免费网站| 人妻激情另类乱人伦人妻| 国产在线无码制服丝袜无码| 国内精品福利在线视频| 日本av不卡一区二区三区| 日韩人妻另类中文字幕| 成熟丰满熟妇高潮xxxxx视频| 欧美成人免费高清视频| 久久国产劲爆内射日本| 亚洲精品在线一区二区| 天天爽夜夜爽人人爽| 国产精品午睡沙发系列| 亚洲高清在线观看免费视频| 日韩在线精品视频一区| 艳妇臀荡乳欲伦交换h在线观看| 免费人成年激情视频在线观看|