永磁同步电机的损耗理论到实际
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。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。
5、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。
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,且由于转子散热较差,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)
可见,满载时最主要定子铁损占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MultiDrive EC
- 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。
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