NEWS

新闻资讯

永磁同步电机的损耗理论到实际

2023-05-18 12:48:27来源:

永磁同步电动机损耗可以分成4部分,即定子绕组损耗、铁心损耗、机械损耗和负载杂散损耗。性质上分为三类,铁损,铜损和机械损耗。

1、电机铁损,电流通过永磁同步电机定子绕组时,铁芯中产生交变磁通,在铁芯中就会产生磁滞损耗和涡流损耗,其大小由铁芯中的磁通密度和磁通变化的频率决定,近似与外加电压的平方成正比,电压和频率不变时,在空载与负载情况下,铁芯损耗几乎不变,因此,又称固定损耗,主要产生在定子铁芯中。

2、电机铜损,定子绕组的电能损耗和转子绕组的电能损耗。由于定、转子绕组中存在着电阻,电流通过时就要产生电能损耗,称为铜损。

3、机械损耗

机械损耗包括电刷及轴承上的摩擦损耗,风阻引起的损耗等机。如果有通风装置,不管是自带风扇还是外风扇,还应包括使空气在电机和通风系统中循环所需的功率(管道通风时,除去强迫气流通过电机外部的长管道或狭窄管道所需的功率),摩擦和风阻损耗可以通过测量电机的输入功率来确定,此时电机以适当转速运转但不带载且不励磁。通常,摩擦和风阻损耗与铁通心损耗合并在一起并同时确定。

轴承摩擦和通风损耗。它是对应于轴承摩擦及通风阻力所消耗的功率,其大小与转速有关。

4、铁芯中的附加损耗。它与定、转子开槽及相对运动和定、转子磁场的高次谐波有关。

一般认为,相同转速的永磁同步电机,电压越低,铁损越大;相同电压的永磁同步电机,转速越高铁损越大。

20230518/875eed3918ee46c076822bc2079aa531.jpg

定转子的铁损

表面式永磁电机永磁体直接与气隙接触,变频供电时产生的较大含量谐波将在永磁体内产生一定的涡流损耗永,且由于转子散热较差较,将导致永磁体温升较高,容易造成永磁体发生不可逆去磁风险。因此对永磁体涡流损耗的研究有其必要性与重要性。

·电机定子铁损

气隙磁密切割定子,无法避免,只能通过提高气隙磁密的在机电能量转化过程中的有效利用率,对于永磁同步电机来说就是降低气隙磁密谐波,提高气隙磁密波形的正弦度。

·转子铁损

针对永磁同步电机,分二种结构讨论,硅钢片结构转子铁损主要为在永磁体涡流损耗,而实心转子磁极结构,转子铁损包括转子磁极涡流损耗和永磁体涡流损耗。

定子的基波电流产生的磁通势可分解为两个相反的行波,正转部分与转子同步旋转,在转子上不产生涡流损耗,但齿谐波仍有,而分解的逆转磁通势交引起主要的转子涡流.而总体上各种谐波分量会加剧这些涡流损耗,但鉴于谐波的次数和其幅值成反比,所以一般只需考虑5-9次谐波即可。参见电机拖动理论6.3,6.4。

下面是100kW切向结构PMSM铁损(DW310_35,800r/min)

20230518/a521c55f17cbe1575e45a8bc08d3a2da.jpg

可见,满载时最主要定子铁损占最80%,其次转子磁铁涡流占17%,转子铁心3%。(这里不考虑铜损和机械损耗),铁损,可分为定子铁损和转子铁损,对常规交流电机,一般只考虑定子铁心产生的铁损,转子铁心所产生的铁损可以忽略,对于永磁同步电机还要考虑永磁体的涡流损耗。

对于定子铁损

·电枢电流对铁损的影响

与带载的变压器类似,电枢电流(原边)产生的磁通势包括两部分,一部分是励磁磁通势,另一部分是产生负载磁通势。定子铁心铁损主要来源于励磁磁通,即便在空载时也一样,这也是空载损耗的绝大部分。由上表可知,随着电枢电流增大,各部分铁损和涡流损耗均增大。其中转子铁心涡流损耗,永磁体涡流损耗增大明显,但定子铁心铁损变化相对较小,又称固定损耗。

Sean:那么怎样利用空载和带载情形来大概估算电机的损耗呢?

利用MultiDriveEC

·全部开口封住,测试额定转速下的空载损耗P0

·打开封口,产生气流,额定转速下的非带载损耗P1

·带上额定负载,额定转速下的负载输入为P2

则风扇功率为Pfan=P1-P0,P0可认为是定子励磁损耗。此值+40%作为额定负载时的定子损耗,结合负载曲线对结果进行折合。

附:如果是整块铁芯转子,则转子铁心损耗占比将大大增加。只能用于容量很小的电机。

20230518/7381af3e5e78a8726d8327b0c39e971a.jpg