高功率密度电机三维温度场计算及导热优化研究 被引量：41

1

作者 李立毅 张江鹏 +1 位作者 闫海媛 于吉坤 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第13期3642-3650,3384,共9页

短时工作制高功率密度永磁电机具有工作电密高、电枢绕组发热大、温升高的特点。对电机的三维温度场计算尤其是绕组端部温升的准确计算成为高功率密度电机设计的重要部分。该文对高功率密度电机的损耗进行了准确计算,着重分析端部绕组... 短时工作制高功率密度永磁电机具有工作电密高、电枢绕组发热大、温升高的特点。对电机的三维温度场计算尤其是绕组端部温升的准确计算成为高功率密度电机设计的重要部分。该文对高功率密度电机的损耗进行了准确计算,着重分析端部绕组的电阻和铜损耗。在电机的三维温度场计算模型中对端部绕组进行了分层等效,计算和实验结果表明分层等效模型能够提高绕组温升计算的准确性。为降低高功率密度电机中电枢绕组的温升水平,对电机端部绕组进行导热优化,减小了端部绕组的传热热阻,电枢绕组的最高温升从80℃降至69℃。最后通过样机实验验证了理论计算的正确性。 展开更多

关键词 永磁同步电机 高功率密度 三维温度场 分层模型 导热优化

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考虑极限热负荷下高过载永磁同步电机的研究 被引量：26

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作者 李立毅 张江鹏 +2 位作者 赵国平 于吉坤 闫海媛 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第3期845-852,共8页

永磁同步电机具有功率密度高、功率因数高的优势,在各种场合得到广泛应用。当永磁电机处于转矩高过载状态时,由于定子绕组电密很高,短时间内发热严重,影响电机输出功率的进一步提高。该文从理论上分析了结构参数、绕组直流电阻对永磁电... 永磁同步电机具有功率密度高、功率因数高的优势,在各种场合得到广泛应用。当永磁电机处于转矩高过载状态时,由于定子绕组电密很高,短时间内发热严重,影响电机输出功率的进一步提高。该文从理论上分析了结构参数、绕组直流电阻对永磁电机的极限输入电流影响,研究了铜损耗系数及电机工作时长对电机过载能力的影响规律,以及热负荷对高过载永磁电机电磁参数选取的影响规律。通过有限元分析了高过载永磁电机的电磁参数和定子绕组温升,定量计算出考虑极限热负荷时永磁电机的过载能力,得到一种高过载永磁电机的设计方法,最后通过样机实验验证了理论计算的正确性。 展开更多

关键词 永磁同步电机 高过载 极限热负荷 铜损耗系数 结构参数

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高过载永磁同步电机的电磁特性 被引量：20

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作者 李立毅 张江鹏 +1 位作者 闫海媛 于吉坤 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第2期125-134,共10页

定子铁心饱和、电枢反应限制了永磁同步电机(PMSM)输出转矩的进一步提高,在一些应用场合电机的转矩密度无法满足需求。研究了永磁同步电机的转矩特性,提高了恒转速下的转矩过载能力。首先从PMSM的输出功率入手,分析PMSM的极限输出功率... 定子铁心饱和、电枢反应限制了永磁同步电机(PMSM)输出转矩的进一步提高,在一些应用场合电机的转矩密度无法满足需求。研究了永磁同步电机的转矩特性,提高了恒转速下的转矩过载能力。首先从PMSM的输出功率入手,分析PMSM的极限输出功率与输入电流、直交轴电抗和空载反电动势的关系。接着通过改变PMSM定子和转子结构参数,分析了不同槽、极比对电机转矩过载的影响;磁钢厚度对气隙磁密以及直交轴电感的影响;定子裂比对电机电磁转矩的影响;不同齿宽对电机输出转矩的影响。由此得到高过载永磁电机的设计方法。最后进行有限元分析和电磁设计,并研制了一台10倍转矩过载的PMSM。搭建了测功机实验平台,对比测试了高过载电机以及常规设计PMSM的电阻、电感与转矩-电流特性曲线。实验分析结果与有限元计算结果基本一致,验证了理论分析的正确性。 展开更多

关键词 永磁同步电机 高过载 电枢反应 结构参数 电磁特性

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定子开槽永磁同步电机气隙比磁导解析计算 被引量：15

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作者 于吉坤 李立毅 +1 位作者 张江鹏 曹继伟 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第A01期45-52,共8页

采用镜像和保角变换相结合的方法计算定子开槽永磁同步电机的气隙比磁导。以光滑转子铁磁表面为镜面,将定子开槽永磁同步电机气隙原像及其镜像作为解析模型,经过多次保角变换得到气隙比磁导解析公式。解析模型考虑了齿槽之间的影响、定... 采用镜像和保角变换相结合的方法计算定子开槽永磁同步电机的气隙比磁导。以光滑转子铁磁表面为镜面,将定子开槽永磁同步电机气隙原像及其镜像作为解析模型,经过多次保角变换得到气隙比磁导解析公式。解析模型考虑了齿槽之间的影响、定子开槽对气隙磁场径向分量和切向分量的影响,解析公式可用于定子开槽永磁同步电机的励磁磁场、电枢反应磁场、电磁力和齿槽转矩。在解析模型的基础上,对某定子开槽永磁同步电机单个齿槽指定路径上和气隙区域内气隙比磁导进行求解,与有限元结果相比较,表明了所提解析方法的准确性。 展开更多

关键词 永磁同步电机 气隙比磁导 开槽定子 镜像 保角变换

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基于PWM逆变电路供电的永磁同步电机电压和电流的谐波通用型新算法 被引量：12

5

作者 李立毅 于吉坤 +2 位作者 曹继伟 张江鹏 杜鹏程 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第23期6203-6213,共11页

根据PWM逆变电路的工作原理和永磁同步电机特性,提出了一种能够考虑实际开关器件特性的永磁同步电机电压和电流谐波通用计算方法。该算法分析了PWM波形的通断时刻、基波周期与PWM逆变电路的调制方法、调制方式的数学关系,推导出电压谐... 根据PWM逆变电路的工作原理和永磁同步电机特性,提出了一种能够考虑实际开关器件特性的永磁同步电机电压和电流谐波通用计算方法。该算法分析了PWM波形的通断时刻、基波周期与PWM逆变电路的调制方法、调制方式的数学关系,推导出电压谐波计算公式,然后结合负载类型和控制策略,又推导出了电流谐波计算公式。为验证该算法,先后搭建了电机及控制系统的Matlab/SIMULINK仿真模型和实验测试装置平台,进行了相关的仿真和实验研究,考虑到仿真数据和实测数据的离散性,采用离散傅里叶变换(discrete Fourier transform,DFT),将得到的DFT谐波与计算值进行对比,结果相互吻合,证明了理论分析的正确性。 展开更多

关键词 PWM逆变电路 死区时间 谐波分析 异步调制 离散傅里叶变换

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多边形转子磁轭永磁同步电机空载气隙磁场解析计算 被引量：12

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作者 李灏淳 李立毅 +3 位作者 于吉坤 曹继伟 王凯思源 裴根极 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第11期3354-3364,共11页

该文利用分区域方法对多边形转子磁轭永磁同步电机的空载气隙磁场进行了解析推导。该方法基于磁场连续性定理,将磁场的边界条件和交界条件相结合,在忽略磁饱和的条件下,利用不规则磁轭半径函数和偏心永磁体半径函数求解空载气隙磁场。... 该文利用分区域方法对多边形转子磁轭永磁同步电机的空载气隙磁场进行了解析推导。该方法基于磁场连续性定理,将磁场的边界条件和交界条件相结合,在忽略磁饱和的条件下,利用不规则磁轭半径函数和偏心永磁体半径函数求解空载气隙磁场。将该方法的计算结果与有限元计算结果相对比,两者吻合较好,证明了该方法可以准确有效地计算多边形转子磁轭永磁同步电机的空载气隙磁场。 展开更多

关键词 永磁同步电机 空载气隙磁场 多边形转子磁轭 转子磁轭半径函数 永磁体半径函数

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新型定子结构永磁同步电机弱磁调速性能分析 被引量：10

7

作者 李立毅 于吉坤 +1 位作者 曹继伟 张江鹏 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第14期86-93,共8页

提出了一种用于弱磁升速运行的新定子结构永磁同步电机,这种电机每个定子槽内设置一对分流齿,它能减少磁路磁阻,增加有限的电枢磁动势产生的电枢磁通,束缚在分流齿中大部分电枢磁通,将抵消永磁励磁磁通与定子绕组匝链,控制定子绕组磁链... 提出了一种用于弱磁升速运行的新定子结构永磁同步电机,这种电机每个定子槽内设置一对分流齿,它能减少磁路磁阻,增加有限的电枢磁动势产生的电枢磁通,束缚在分流齿中大部分电枢磁通,将抵消永磁励磁磁通与定子绕组匝链,控制定子绕组磁链,实现弱磁升速。建立了新结构电机的等效磁路,说明分流齿弱磁工作原理,并解释分流齿束缚电枢磁通并不削弱电机转矩输出的机理。对新定子结构电机进行了有限元分析,在此基础上研制了一台样机并进行了实验研究,实验结果和计算结果相吻合,验证了新定子结构永磁同步电机的弱磁性能。 展开更多

关键词 永磁同步电机 分流齿 有限元分析 弱磁调速 恒功率调速比

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基于谐波注入PWM的高速永磁同步电机纹波电流抑制方法 被引量：7

8

作者 于吉坤 李立毅 +1 位作者 杜鹏程 张江鹏 《电气工程学报》 2017年第9期1-10,共10页

在高速永磁同步电机调速系统中,PWM逆变器的低载波比和高速永磁同步电机的小电感使得电机绕组中存在较大的纹波电流。为有效抑制纹波电流,提出一种谐波注入PWM调制方式,即在SPWM正弦信号波中注入3次和9次谐波,通过优化PWM逆变器供电电... 在高速永磁同步电机调速系统中,PWM逆变器的低载波比和高速永磁同步电机的小电感使得电机绕组中存在较大的纹波电流。为有效抑制纹波电流,提出一种谐波注入PWM调制方式,即在SPWM正弦信号波中注入3次和9次谐波,通过优化PWM逆变器供电电压脉冲序列宽度,达到减小高速永磁同步电机纹波电流的目的。首先,基于规则采样高速永磁同步电机控制系统,论述谐波注入PWM原理和实现方法;其次,推导纹波电流谐波成分的计算公式,根据纹波电流谐波频谱分布的特点,引入纹波电流谐波群畸变率定量描述纹波电流大小,以弥补纹波电流总畸变率的不足,对谐波注入PWM的纹波电流抑制效果计算分析;最后,对谐波注入PWM方法进行实验验证,实验结果表明,所提谐波注入PWM方法可以有效抑制高速永磁同步电机纹波电流。 展开更多

关键词 高速永磁同步电机 谐波注入PWM 纹波电流 谐波计算

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高速永磁同步电机电枢电流谐波分析 被引量：6

9

作者 于吉坤 李立毅 +1 位作者 杜鹏程 张江鹏 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第5期28-36,共9页

在高速永磁同步电机谐波分析中,主要有解析和仿真两种方法。解析法则适用于连续系统,而仿真法适用于离散系统的,但两种方法之间关联性问题研究相对较少,针对此问题,提出一种基于空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术电枢电流谐波解析法和仿真法... 在高速永磁同步电机谐波分析中,主要有解析和仿真两种方法。解析法则适用于连续系统,而仿真法适用于离散系统的,但两种方法之间关联性问题研究相对较少,针对此问题,提出一种基于空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术电枢电流谐波解析法和仿真法内在关联的分析方法。根据连续函数和离散函数的傅里叶级数公式,分析了这两种方法在谐波计算中偏差的分布规律。分析结果表明,采样频率和负载是离散电枢谐波计算的主要影响因素,随着采样频率的升高电枢电流谐波呈现振荡阻尼衰减的特性,并收敛于连续系统的解析值,而负载则能降低振荡幅值和提高收敛速度。构建了基于DSP的永磁同步电机系统实验平台,实验结果验证了该分析方法的有效性。 展开更多

关键词 高速永磁同步电机 空间矢量脉宽调制 电枢电流 谐波分析 离散傅里叶变换

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高速永磁同步电机线圈与绕组电枢磁场计算方法及其内在联系 被引量：3

10

作者 于吉坤 李立毅 +2 位作者 陈启明 张江鹏 曹继伟 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第12期185-196,共12页

为简化和统一复杂绕组磁场的分析问题,提出一种简易的单匝线圈磁场预测绕组磁场计算方法。基于高速永磁同步电机等效同心圆多层模型和涡流场泊松方程,结合各种介质交界面条件和边界条件,建立了稀疏矩阵形式的单匝线圈电枢磁场的解析方... 为简化和统一复杂绕组磁场的分析问题,提出一种简易的单匝线圈磁场预测绕组磁场计算方法。基于高速永磁同步电机等效同心圆多层模型和涡流场泊松方程,结合各种介质交界面条件和边界条件,建立了稀疏矩阵形式的单匝线圈电枢磁场的解析方程组。从绕组排布组合形式多样性的特点出发,根据线圈位置和同相线圈连接方式,通过线圈代数化和绕组集合化处理,将线圈和绕组之间的递推关系简化和统一,揭示其关联性。线圈和绕组电枢磁场的解析计算方法和内部关系得到有限元仿真和相关文献计算方法的证实,结果表明了使用单匝线圈磁场研究绕组磁场问题的准确性和可行性。最后基于相关计算方法和内部关系的研究,分析了绕组合成磁场时空谐波的规律。 展开更多

关键词 高速永磁同步电机 电枢磁场线圈和绕组分布 系数 时空谐波

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考虑PWM谐波损耗的车用扁线内嵌式永磁同步电机效率图简化工程计算 被引量：3

11

作者 朱洒 曾峰 +2 位作者 陆剑波 于吉坤 梁欣 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第22期5687-5703,共17页

该文提出一种快速计算脉冲宽度调制(PWM)电压源型逆变器供电下扁线内嵌式永磁同步电机中PWM谐波损耗的简化工程算法。该算法是作者前期提出的硅钢片与永磁体中PWM谐波损耗快速算法的简化,它基于谐波损耗正比于电压二次方的基本规律,无... 该文提出一种快速计算脉冲宽度调制(PWM)电压源型逆变器供电下扁线内嵌式永磁同步电机中PWM谐波损耗的简化工程算法。该算法是作者前期提出的硅钢片与永磁体中PWM谐波损耗快速算法的简化,它基于谐波损耗正比于电压二次方的基本规律,无需采用复杂的解析模型,直接使用频域小信号时谐场分析法提取各部分谐波损耗与谐波电压二次方之间的函数关系,最终实现以定、转子坐标系下的PWM电压频谱为输入快速计算定、转子上各部分的PWM谐波损耗。除了硅钢片与永磁体中的PWM谐波损耗之外,针对扁线电机,该文还将基于频域小信号分析的PWM谐波损耗快速算法首次推广用于实现PWM谐波交流铜耗的快速计算。应用该快速算法,仅需几分钟的计算时间即可实现全工况PWM谐波损耗的快速计算。通过对比正弦电流供电下计算的效率图、考虑PWM谐波损耗计算的效率图和实测效率图,发现将所提方法计算的PWM谐波损耗考虑在内,不仅在低速轻载时可将正弦电流供电下最大4个百分点的计算效率偏差降至1个百分点左右,而且有效提升了整个工作区内效率的计算精度。 展开更多

关键词 内嵌式永磁同步电机 脉冲宽度调制 谐波损耗 效率图 工程计算

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