超高速发电机铁心损耗计算及影响因素研究

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1、超高速发电机铁心损耗计算及影响因素研究吴云鹏，郭健(南京航空航天大学自动化学院，江苏南京210016)CoreLossCalculationandInfluenceFactorsofUltraHighSpeedGeneratorWUYun—peng，GUOJian(CollegeofAutomationEngineering，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China)摘要：针对微型涡喷发动机用的超高速发电机度大和高效节能等优点，在日常生活、工农业生产、损耗的计算方法进

2、行研究。首先，基于滑移边界建航空航天与国防中得到越来越广泛的应用。高速电立了高速电机空载磁场有限元模型计算，得到定子机的供电频率可达到上千赫兹，铁心损耗随着磁场铁心磁密随时间变化波形，通过傅里叶分解得到基变化频率的增加而增大，在电机总损耗中的比重也波磁密和各次谐波磁密，根据Bertotti铁耗计算模将增大。如何准确地计算电机的铁耗是高速电机设型进行定子铁耗分布的计算，研究了铁心材料、定子计中需要解决的重要课题。结构尺寸及不同转速情况下的铁耗大小。对于一般电机，铁耗可以根据铁心钢片在工频关键词：高速永磁电机；损耗计算；电机铁耗正弦波电源励磁下的损耗曲线和经验

3、公式来计算。中图分类号：TM355然而对于特种电机特别是高速永磁电机，其转速每文献标识码：A分钟数万转，供电频率可达上千赫兹，在这样的高频文章编号：1001—2257(2013)12—0029—03高速条件下，铁耗计算不能采用将工频供电下的损Abstract：Calculationmethodofmicroturbojet耗测试数据进行简单的频率折算的方法[】]。engineultrahighspeedgeneratorlossisstudiedin针对微型涡喷发动机用的超高速发电机，建立thepaper．Firstly，basingontheslipbo

4、undarythe了空载磁场有限元模型，计算得到定子铁心的磁密no——loadmagneticfieldfiniteelementmodelises——随时间变化波形，根据Bertotti铁耗模型进行定子tablishedtocalculatethestatorcorefluxdensity铁耗分布的计算，并分析转速、铁心材料和转子结构changeswithtimewaveform，whichisdecomposed与铁耗大小之间的关系。intofundamentalmagneticfluxdensityandthe1空载磁场计算模型harmonicmag

5、neticfluxdensitywithFouriertrans—form．Secondly，withthestatorironlossmodel永磁电机定子铁心中各部位的磁场空间分布和Bertottithedistributionofconsumption——ironis随时间的变化规律不同，采用平均磁通密度来计算calculated．Finally，theironlossisanalyzedatthe铁耗会带来较大的误差。为了准确地计算铁耗，需differentinputconditionssuchasthecoremateri—要了解铁心内各部位的磁

6、场分布和变化规律。基于al，thestructureandsizeofthestatoranddifferent滑移边界条件，将发电机沿气隙分成2个独立的部分进行建模、划分网格。在其气隙交界处通过节点speed．Keywords：highspeedpermanentmagnetma—磁位的耦合来等效定、转子间的位置变化，进而得到chine；losscalculation；generatorironloss转子旋转1周在定子铁心中产生的磁场波形。在电机模型建立及网格划分中，对定、转子气隙处运用滑移边界条件进行处理。滑移边界即将整个0引言模型从气隙中部分割成2

7、部分，定子部分的内边界与转子部分的外边界在分割线位置重合、但不共线。高速永磁电机由于具有转速高、体积小、功率密在分析时，通过将定子内边界与转子外边界上不同收稿日期：2013—06—27的节点耦合，来等效转子的旋转。《机械与电子}2013(12)·29‘心损耗计算及对2极12槽高速永磁电机定子铁心，采用二维2铁耗计算模型磁场滑移边界有限元分析，可以得到转子旋转1周内的磁力线分布如图1～图4所示。滑移边界法保目前比较经典的铁耗计算方法是基于Bertotti证了有限元模型、单元信息不发生变化的情况下，仅铁耗分离计算模型]：仅通过耦合定、转子气隙中节点，得到了不同

8、时刻电PF一P+P(1)机中的磁场分布。这就保证了各有限元单元随时