非晶合金永磁电机铁耗和谐波损耗的研究

来源 :沈阳工业大学 | 被引量 : 9次 | 上传用户:shijiatiedaoxueyuan
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非晶合金作为一种新型软磁材料,具有优异的电磁性能,将其应用于电机铁心来替代常规硅钢片材料,能够显著降低电机的铁心损耗、提高电机效率。但是非晶合金材料同时存在加工难、加工工艺对材料性能影响严重等问题,除此之外非晶合金永磁电机的损耗分布也不同于传统硅钢片电机。研究非晶合金电机的铁耗和谐波损耗的计算修正方法、影响规律以及相关抑制措施对非晶合金永磁电机产业的发展具有十分重要的意义。针对非晶合金材料磁化和损耗性能受加工工艺影响严重的问题,本文测试了加工后非晶合金铁心的损耗,并对实验数据进行了归纳,总结出了特定工艺加工的非晶合金铁心损耗的计算修正方法。设计了一种用以测试过盈配合对铁心性能影响的实验装置,研究了过盈量对非晶合金铁心损耗的影响规律。指出过盈配合加工后非晶合金铁心轭部涡流损耗密度增加严重,导致非晶合金铁心损耗性能恶化,且过盈量越大,损耗性能恶化程度越严重。基于实验方法分离了退火、浸漆固化工艺对非晶合金铁心损耗的影响规律。指出对于未经退火处理的非晶合金铁心,由浸漆固化加工引起的损耗增量主要是涡流损耗性质;对于退火后的非晶合金铁心,由浸漆固化加工引起的损耗增量主要是磁滞损耗性质。针对轴向磁通非晶合金永磁电机存在三维磁场,采用3D有限元分析耗时长且无法直观展示出损耗与电机结构参数之间对应关系的问题。本文改进了现有多环等效模型,建立了变频器供电情况下,考虑载波比和调制比参数对定子绕组谐波电流次数和幅值影响的轴向磁通非晶合金永磁电机铁耗和谐波损耗的解析计算模型。利用3D有限元计算结果和实验结果验证了该铁耗和谐波损耗解析计算模型的有效性。基于本文推导的多环等效解析模型,分析了气隙长度对轴向磁通非晶合金永磁电机铁耗和谐波损耗的影响规律。指出随着气隙长度的增加,轴向磁通非晶合金永磁电机铁耗降低、谐波损耗降低。针对轴向磁通非晶合金永磁电机大多采用多极结构,电机基波频率高,载波比低的问题。分析了变频器供电时,载波比参数对谐波损耗的影响规律,提出了避免采用3的整数倍载波比的谐波损耗抑制措施。将该方法应用于一台基波频率为800Hz的7k W轴向磁通非晶合金永磁电机的控制,谐波损耗抑制效果明显。利用实验方法测试了轴向磁通和径向磁通非晶合金永磁电机的铁耗和谐波损耗,将铁耗和谐波损耗的实验结果与计算结果进行了对比,对总结的特定工艺加工后的非晶合金铁心损耗修正方法进行了验证。利用实验方法对比分析了具有相同结构尺寸的非晶合金电机与硅钢片电机的损耗与效率特性存在的差异,并从非晶合金和硅钢片材料性能之间存在的差别角度出发分析了产生非晶合金电机与硅钢片电机损耗差异的原因。
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