CN113644763B - 一种增加电感量的高速永磁同步电机的电磁设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种增加电感量的高速永磁同步电机的电磁设计方法，步骤包括：计算高速永磁同步电机的电枢反应电感；计算定子电流；计算定子电流波形畸变率；求解出需要增加的高速永磁同步电机电感量；确定需要使用的磁性槽楔材料。本发明可以增加高速永磁同步电机对定子高频谐波电流的抑制能力。

Description

一种增加电感量的高速永磁同步电机的电磁设计方法

技术领域

本发明涉及一种增加电感量的高速永磁同步电机的电磁设计方法。

背景技术

高速永磁同步电机的转子处于高速旋转状态，转子永磁体的高转速和较高的导电率使得永磁体涡流损耗成为高速电机的主要损耗之一。为此，有必要在电机设计阶段减小永磁体的涡流损耗。对于变频器供电的永磁同步电机来说，定子的高频谐波电流是产生永磁体涡流损耗的主要原因。高速电机的设计中电机匝数通常较少，导致高速电机电感小。小电感不利于滤除定子的高频谐波电流，通常通过串联电抗器来抑制高速电机的定子高频谐波电流。然而这样无疑增加了电机的成本和体积。

基于上述原因，本发明提出一种增加电感量的高速永磁同步电机的电磁设计方法，该设计方法可以从设计环节增加高速永磁同步电机的电感，同时又不增加高速永磁同步电机的体积。对于高速永磁同步电机设计有着极高的工程价值和切实的工程意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种增加高速永磁同步电机电感的电磁设计方案，增加高速永磁同步电机对定子高频谐波电流的抑制能力。技术方案如下：

一种增加电感量的高速永磁同步电机的电磁设计方法，所述的高速永磁同步电机包括被护套保护的转子永磁体和设有定子槽的定子铁心，相邻定子槽形成定子齿，定子齿上绕制有定子绕组，定子绕组通过磁性槽楔固定在定子槽内，其特征在于，该电磁设计方法的步骤为：

(1)计算高速永磁同步电机的电枢反应电感：

其中，L_m为电机电枢反应电感，μ₀为真空磁导率，N为绕组匝数，k_y1为绕组短距系数，k_q1为绕组分布系数，l_ef为电机轴向长度；

(2)设需要增加高速永磁同步电机的电感为L_s，计算定子电流：

其中，U_k为变频器供电电压k次谐波，f_k为k次谐波频率，k＝1,2,3...；

(3)计算定子电流波形畸变率：

(4)根据步骤(3)计算的电流波形畸变率，求解出需要增加的高速永磁同步电机电感量L_s；

(5)确定需要使用的磁性槽楔材料：

若L_s>3L_m，则选用铁粉粒度400的磁性槽楔材料；

若2L_m<L_s<3L_m，则选用铁粉粒度300的磁性槽楔材料；

若L_m<L_s<2L_m，则选用铁粉粒度200的磁性槽楔材料；

若L_s<L_m，则选用铁粉粒度100的磁性槽楔材料。

本发明应用于增加高速永磁电机的电磁设计，具有以下优势：

1、增加了高速永磁同步电机的电感，从而降低了高速永磁同步电机定子的高频谐波电流，降低转子的损耗。

2、不明显增加电机成本。

附图说明

下面结合附图和具体实施方案对本发明作进一步描述

图1为高速永磁同步电机的结构示意图；

图2为磁力线分布情况。

具体实施方式

下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例1，如图1所示。高速永磁同步电机包括转子永磁体5，所述永磁体被护套4保护。包括定子铁心1，所述定子铁心设有定子槽，所述相邻定子槽形成定子齿。定子齿上绕制有定子绕组2。所述定子绕组通过磁性槽楔3固定在定子槽内，所述磁性槽楔3增加了高速永磁同步电机的槽漏感，从而增加了高速永磁同步电机的电感。在本实施例给出的设计方法中，选择不同的磁性槽楔材料，最高可以增加高速永磁同步电机300％的电感值。

为选择合适的磁性槽楔材料，首先应该计算高速永磁同步电机的电枢反应电感。

为了求取电枢反应电感，根据电感的定义，需要计算单位电枢电流单独作用时由绕组交链的磁链大小。由图2中磁力线分布情况可知，位于不同θ处的磁力线长度即等效气隙长度是不同的。故应考虑磁动势的空间函数表达式，并计算不同位置处的等效气隙长度，进而求出每相绕组交链的磁链和电枢反应电感大小，详细求解过程如下所示。

在图2的坐标系中，当合成磁动势的幅值位于Y轴时，基波磁动势的空间表达式为：

F(θ)＝F₁ sin(θ)

式中，F₁为基波磁动势幅值，p为电机极对数，N为一相串联总匝数，K_dp1为基波绕组系数，I为电枢相电流有效值。

由图2中穿过永磁体所在真空区域的电枢反应磁力线分布可知，当θ取值为0°和180°时，气隙等效长度为0，为最小值；当θ取值为90°时，气隙等效长度为R，为最大值，不同位置处等效气隙的长为：

δ(θ)＝R sin(θ)

式中，R表示定子内表面半径。则电机在单位轴向长度上的气隙磁导在图2坐标系下的分布函数为：

则每相绕组交链的基波磁链为：

根据电感定义，电枢反应电感为：

其中，L_m为电机电枢反应电感，μ₀为真空磁导率，k_y1为绕组短距系数，k_q1为绕组分布系数，l_ef为电机轴向长度；

计算假设此次电磁设计需要增加高速永磁同步电机的电感为L_s，则定子电流为：

其中，U_k为变频器供电电压k次谐波，f_k为k次谐波频率，k＝1,2,3...。

计算定子电流波形畸变率为：

根据设定设计目标的电流波形畸变率，联立式上述两式，求解出此次电磁设计中需要增加的高速永磁同步电机电感量L_s。

判断需要使用的磁性槽楔材料

若L_s>3L_m，则选用铁粉粒度400的磁性槽楔材料；

若2L_m<L_s<3L_m，则选用铁粉粒度300的磁性槽楔材料；

若L_m<L_s<2L_m，则选用铁粉粒度200的磁性槽楔材料；

若L_s<L_m，则选用铁粉粒度100的磁性槽楔材料。

Claims (2)

1.一种增加电感量的高速永磁同步电机的电磁设计方法，所述的高速永磁同步电机包括被护套保护的转子永磁体和设有定子槽的定子铁心，相邻定子槽形成定子齿，定子齿上绕制有定子绕组，定子绕组通过磁性槽楔固定在定子槽内，其特征在于，包括如下的步骤：

(1)计算高速永磁同步电机的电枢反应电感L_m；

(2)设需要增加高速永磁同步电机的电感为L_s，则定子电流I_k：

其中，U_k为变频器供电电压k次谐波，f_k为k次谐波频率，k＝1,2,3...；

(3)定子电流波形畸变率：

(4)根据设定设计目标的电流波形畸变率，联立步骤(2)和(3)中的两个公式，求解出需要增加的高速永磁同步电机电感量L_s；

(5)确定需要使用的磁性槽楔材料：

若L_s>3L_m，则选用铁粉粒度400的磁性槽楔材料；

若2L_m<L_s<3L_m，则选用铁粉粒度300的磁性槽楔材料；

若L_m<L_s<2L_m，则选用铁粉粒度200的磁性槽楔材料；

若L_s<L_m，则选用铁粉粒度100的磁性槽楔材料。

2.根据权利要求1所述的电磁设计方法，其特征在于，步骤(1)中，

其中，L_m为电机电枢反应电感，μ₀为真空磁导率，N为绕组匝数，k_y1为绕组短距系数，k_q1为绕组分布系数，l_ef为电机轴向长度。

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