350kW永磁同步电动机铁耗分析与计算

在研究永磁同步电动机（Permanent Magnet Synchronous Motor，简称PMSM）的工作性能时，铁耗分析与计算是电机设计和效率评估中的关键环节。电机总损耗主要由定子铁耗、绕组铜耗、转子杂散损耗、永磁体涡流损耗以及机械损耗等组成。其中，定子铁耗是由于主磁场在定子铁心中变化而产生的损耗，它作为电机中的不变损耗，在电机总损耗中占有较大比例。 随着电力电子技术的发展，永磁同步电动机采用变频器供电方式变得越来越普遍。变频器供电电流含有丰富的谐波成分，这将引起定子铁耗的变化。因此，准确分析和计算谐波电流对定子铁耗的影响显得尤为重要。本文针对一台350kW的永磁同步电动机，使用时步有限元方法（Time-Stepping Finite Element Method）对其定子铁耗进行了分析计算。 为了进行准确的铁耗分析与计算，文章采用了Bertotti提出的铁耗分离计算模型。该模型将铁心损耗分解为磁滞损耗、涡流损耗和附加损耗三种。磁滞损耗与磁场频率和磁密幅值相关，其表达式包括磁滞损耗系数、磁滞损耗计算参数、磁场频率、磁密幅值以及磁滞损耗增加系数。涡流损耗则与电流频率、电阻率、导体截面积和磁密变化率有关。而附加损耗一般认为是由于铁心中的局部磁滞和浴流效应造成的。 本文的研究对象是一台额定功率为350kW、额定转速为2000r/min的永磁同步电动机。研究分析了空载运行状态下定子铁耗的变化规律，以及在额定负载运行时，不同含量的5次谐波电流对定子铁耗的影响。 文章作者夏加宽教授和宋家斌的研究工作，为特种电机及其控制、现代交流伺服系统控制理论与实现方法提供了理论依据和技术支持。夏加宽，沈阳工业大学电气工程学院教授、博士生导师，其研究方向主要涉及特种电机及其控制，现代交流伺服系统控制理论与实现方法等。研究团队采用的时步有限元方法，是一种基于时间步进的数值仿真技术，能够模拟电机在不同工况下的动态运行过程，进而精确计算出铁耗的变化情况。 通过本项研究工作，电机设计人员能够对永磁同步电动机在不同供电条件下的铁耗性能有更深入的理解，为电机的设计优化提供了重要的参考。这对于提高电机的整体效率，降低温升，以及优化电机运行性能具有十分重要的意义。同时，研究结果对电机的热管理设计、电机控制策略的调整也提供了科学依据。通过对铁耗的有效控制，能够延长电机的使用寿命，并提高其运行可靠性。