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《上海交通大学》 2014年
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车用永磁同步电机的铁耗计算

张涵  
【摘要】:新能源汽车的蓬勃发展促进驱动电机的发展。永磁同步电机作为新能源汽车动力系统的核心部件,其损耗大小直接影响电机的效率和温升,进而影响到汽车的续航里程和正常工作寿命。铁耗在该类电机的损耗中占较大比重,因此准确计算永磁同步电机铁耗是新能源汽车电机设计的关键。电机铁耗的产生机理很复杂,影响因素较多。各国学者们根据理论分析和实测数据提出了许多不同的铁耗算法。本文根据损耗理论借助于商用电磁场有限元分析软件Ansoft进行铁耗计算。首先阐述了铁磁材料损耗(包括磁滞、涡流以及异常损耗)的产生机理。在此基础上介绍了旋转磁密和电机制造工艺等因素对铁耗的影响。介绍了Ansoft内部的铁耗计算方法。比较了三项和两项铁耗模型在拟合磁密损耗曲线时的效果,得到了各项损耗系数。其次介绍了本文所研究的车用永磁同步电机的结构特点、电磁参数以及工作电流的求解方法。在此基础上分析了电机定转子铁耗的来源,通过空间磁动势波形的正弦波分解,推导其高次空间谐波的含量和在转子中感应出的高次时间谐波,为下文分析转子中磁密波动来源提供了依据。给出了有限元法计算永磁体涡流损耗的要点。本文进一步对铁耗计算经常被忽略的因素进行了深入的探索。一方面直接对单一硅钢片进行三维建模,通过计算硅钢片内部涡流直接求解涡流损耗。另一方面,以滤波后的实测电流作为激励,考虑高次谐波电流对电机铁耗的影响,得到了对应的计算铁耗的修正系数。为了快速求得电机在各工况下的铁耗,本文从磁密出发,用两项铁耗模型,依据不同工况下电机铁芯不同部分磁密分布的特点,简化了铁耗计算方法。提出了一种快速铁耗计算方法。该方法与有限元法计算结果比较误差很小。最后,本文分析了定子绕组铜耗和转子机械损耗,并根据实验测试结果得到了它们的计算公式,进一步获得电机运行中的各项损耗大小。在各种工况下,采用理论方法求得定子绕组铜耗和转子机械损耗后,再与理论计算基波铁耗相加得到电机总损耗。该理论计算值与实测值比较存在一定误差。通过考虑高次谐波电流对铁耗的影响,即对铁耗计算值进行修正,修正后的理论计算结果和实测值基本吻合。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:U463.6;TM341

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