电机效率分析及磁通密度分布

1.磁路分析

7.5kW一对极的空载、满载和只有电流作用的磁力线分布图如图4-54所示。

上述三种情况下电机磁通密度分布图如图4-55所示。

55kW电机的磁路分析，在第3章已经有所介绍，下面给出了55kW电机一极在满载情况下的磁力线分布图和磁通密度分布图，如图4-56所示。

图4-54 三种情况下电机磁力线分布图

a）空载 b）满载 c）定子电流

图4-55 三种情况下电机磁通密度分布图

a）空载 b）满载

图4-55 三种情况下电机磁通密度分布图（续）

c）定子电流

图4-56 55kW满载情况下电机磁力线和磁通密度分布图

a）磁力线 b）磁通密度

2.气隙磁通密度

气隙磁通密度如图4-57所示。

3.三相磁链

三相磁链如图4-58所示。

图4-57 气隙磁通密度

a）7.5kW b）55kW

图4-58 三相磁链

a）7.5kW b）55kW

4.A相电压

A相电压如图4-59所示。

图4-59 A相电压

a）7.5kW b）55kW(www.xing528.com)

5.输出转矩

额定转速、额定转矩下两台电机输出转矩随电角度变化图如图4-60所示。

图4-60 输出转矩

a）7.5kW

图4-60 输出转矩（续）

b）55kW

6.齿槽转矩

额定转速、额定转矩下55kW和7.5kW电机齿槽转矩随电角度变化图如图4-61所示。

图4-61 电机齿槽转矩

a）55kW b）7.5kW

7.效率分布

在不同速度和转矩情况下，电机的效率分布分析结果如图4-62所示。

图4-62 7.5kW电机效率分布图

a）3相8极48槽电机的效率 b）3相8极36槽W形电机的效率

图4-62表明7.5kW电机的高效率区即95%以上时是在额定运行状态下，图4-63表明55kW高效率区95%以上时的范围更宽些，两者均满足效率大于93%的要求。从图4-63中可以看出，该电机模型在低速区时效率比较高，随着转速的增加，转矩不断地减少，效率也逐渐地降低。在恒转矩区效率最高，整个运行区域效率都高于95%。

8.退磁特性

表4-21所示为两电机空载和加最大负向d轴电流情况下，永磁的磁通密度分布情况。根据4.5.2节给出的退磁校验的方法，对永磁体退磁特性进行分析，可得两台电机磁通密度分布如表4-22所示。

图4-63 55kW12极72槽效率分布图

a）V形永磁电机效率分布 b）形永磁电机效率分布

表4-21 磁通密度分布（T）

表4-22 退磁特性分析

通过上述分析可知，通过对7.5kW“一”字形永磁电机的优化设计，使其输出转矩较大，转矩脉动和齿槽转矩小，空载反电动势在最大速度时不超过逆变器允许最高电压，其效率大于93%，满足设计要求。在此基础上对永磁体分段、V形和形永磁体拓扑结构进行优化设计和性能比较，提出了形永磁电机，其拥有最宽的弱磁扩速范围，较小的转矩波动，永磁体利用率也较高，是一种新型的满足宽调速范围的牵引电机，有待于进一步研究和制造样机。

55kW电机采用了单层、双层结构对其进行优化，双层结构永磁体利用率低于单层结构，纹波转矩也较大，最终选取了单层结构为设计结果。针对五种不同型号钕铁硼永磁体在25℃、75℃、100℃、140℃四种不同工作温度下，对55kW电机进行优化设计，结果表明HS_43EH材料下电机具有最优的性能，但从经济上考虑HS_32GH材料最便宜，且其温度的稳定性也最好，综合性能和经济折中，55kW电机选用了HS_40FH永磁材料。