110kW电励磁双凸极电机计算与分析
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到最大值 ，即磁饱 和状态 。
５ 电机铁耗计算和分析
双凸极 电机外 电源供 电运行情况下 ，电频率 的增加导 致转速 的增 加 ，随之铁心 内部 的磁 场变 化也较大 ，导致铁 耗较大 ，增 大了它在总损耗 中的百分 比 ，因此分析铁耗 同 样值得关注。 本文 中主要是 分析各部位磁密 ，得 到材料在不 同频率
（ 上接 第７ ７ 页）
参考文献
［ １ ］ 张新 ，蔡 红．住宅建筑 电气节能设计 方法及措 施［ Ｊ ］ ． 住宅科技 ，２ ０ １ ０ ， （ １ ２ ）：９ － １ １ ． ［ ２ ］ 杨 小琴 ． 浅析 超 高层 建筑 电 气节能设 计［ Ｊ ］ ＿低 压 电 器，２ ０ ０ ９ ， （ ２ ２）：５ ６ ． ６ ０ ．
Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ａｅ ｒ ｏ ｎ ａ ｕ ｔ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ Ａｓ ｔ ｒ ｏ ｎ ａ ｕ ｔ ｉ ｃ ｓ ，２ ０ ０ ６， ３ ８
（ １ ）：４ ７ ． ５ ２（ ｉ ｎ Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ ）．
［ ４ ］ 张明慧 ，刘卫 国，陆地 ，孙伟．基 于有 限元 的永磁 无 刷 直流电动机 铁耗分析 与计 算［ Ｊ ］ ．微特 电机 ，２ ０ １ １ ，
（ ７）：３ ７ ． ３ ７ ． ［ ５ ］ 杨 红 军． 电励 磁 双 凸极 电机 起 动 ／ 发 电 系统 关键 技 术研
究［ Ｄ】 ．南京航 空航 天大学 ，２ ０ ０ ７ ．
参考文 献
［ １ 】 周 波 ，相 蓉 ，王 川云 ，等． 电磁 式双 凸极 电机 电磁
（ 责任编辑 ：秦逊玉 ）
７ 结语
本 文 中利用 有限元分析 软件 ，建立 电机合理 的有效模 型 、电路模型 ，并 根据公 式得 到电机在一 定频率 下的Ｂ — Ｐ 曲线 ，再将 曲线导人软 件中进行计算 ，计算过程 中充分考
元计 算方法研 究进展及 有待 解决的 问题［ Ｊ ］ ．电机 与控
制应 用 ，２ ０ １ ０ ，３ ７（ １ ２ ）： １ ． ６ ． ［ ３ ］ Ｗａ ｎ ｇ Ｌ ｉ ，Ｙａ ｎ Ｙ ａ ｎ ｇ ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ，Ｃ ａ ｏ Ｘｉ ａ ｏ ｑ ｉ ｎ ｇ ，ｅ ｔ ａ １ ．
给出４ ０ Ｈ ｚ 下 材料 Ｂ — Ｐ 曲线 ，如下图５ 所示 。然后将上述所 得
：
０ １ ０ Ｏ
的Ｂ — Ｐ 曲线输入 到电机仿真模 型 中，仿真过 程会对 电机 每 个单 元进行 铁损进行计算 ，然后进行相加 ，最后得 到电机 总的铁损数值 。仿真计算 结果如后面实例计算表格 中得 到
在的误差大小 在接受的范 围内。这是 由于得到 的Ｂ Ｐ 曲线存
特 性的理论 分析 ［ Ｊ ］ ． 电航 空学报 ，２ ０ ０ ３ ，２ ４（ ９）：
３５ ５． ３ ５９．
在一定 误差 ，特别是当磁密变大时 ，误 差也变大。
［ ２ ］ 刘晓芳 ，赵海森 ，陈伟 华 ，顾德 军． 电机铁耗 的有限
Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｒ ｉ ｐ ｐ ｌ ｅ ｉ ｎ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｄ ｏ ｕ ｂ ｌ ｙ
虑 了电机各 部分的磁密 分布 ，计算 了负载消耗 功率和每一 个 单元 的损 耗 ，然后 以此为基础 ，最 终计算 出电机 的铁心 损 耗 。在计 算结果 中 ，由于外界有关 因素 的限制 ，导致测
４ 负载仿真计算和分析
负载 情况 下 ，计 算分 析得 到 的数 据 ，如下 表２ 和 图３
所示 ：
∞
表 ２ 励磁 电 流３ ５ Ａ时 负载 仿 真
下 的损耗 曲线之后 ，将其导入有 限元 软件中 ，采用有限元 分析法对电机铁耗进行估算 。 根据文献 ，推导公式 ，得 到新 的计 算公式即单位损耗 为 单位 磁滞损 耗 和单位 涡 流损耗 之 和 ，数 学表 达式 如下
双 凸极 电机负载状况下 ，通 过测 试仪器 ，得到 的实验
数据 。其 中测得 的铁耗 为已经除去 了风阻损耗 、铜 耗与附
加损耗 的结果 。将实验结果与仿真结果进行 了对 比，如表４
和表５ 所示 ：
５ ６
表４ 不同负载励磁 电流３ ５ Ａ情况下
从 表４ 和表５ 中可 以看 出 ，仿真数 值 比实验结果 小 ，存
所示 ：
Ｐ ＝ Ｐ ｒ ＋ Ｐ ’ ： ｏ ＋ ｏ 垂 （ △ ｆ Ｂ ） ， ｒ２ 来自ｍ — ６ｐ — ？
式 中：
ｏ ． ——钢 片损耗常数
ｐ 一
一
材料 的电阻率
密度
６ ， １
芸“
囊‘ 《 －
“
采用 上述计算公 式 ，由于电机额定转 速为 １ １ ０ ｒ ／ ｍｉ ｎ ，
一一—
—
— —
／ ／ ／ ／
／ ／
） １ ０ Ｏ 尊 Ｏ ∞ ｓ ｏ 軎ｏ
■Ｉ ｌ ｉ ｔ — ’
图６ １ １ ０ ｋ Ｗ 电励磁 双 凸极 测 试 样 机
图４ 不同励磁 电流下最大功率波形 综 上所述 可知 ，当励 磁电流达 到４ ５ Ａ时 ，电机 的运行 数据结果 已达到趋于稳定状 态。
得 的结果 存 在一 定 的不确 定 性 ，而计 算机 仿 真为 理想 条 件 ，所 以二 者结果存在一定 的误差 ，经过 比较对 比误差在 可接受范 围内 ，证 明了此方 法来计算 电机 的负载 功率 和铁
耗 可行性 。 ｏ
ｓ ａ ｌ ｉ ｅ ｎ ｔ ｂ ｒ ｕ ｓ ｈ ｌ ｅ ｓ ｓ ＤＣ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ［ Ｊ ］ ．Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｎａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ
图３ 励 磁 电 力３ ５ Ａ时 外特 性
的数值 。
并且 ，根 据有限元分析软件Ａｎ ｓ ｏ ｆ ｔ 还得到如下表 ３ 和 图
４ 所示 ：
表３ 不同励磁下 负载电阻为ｔ ｏ ｈ ｍ时负载仿真
图５ Ｂ － Ｐ 曲线
６ 试验研究分析
以一 台１ １ ０ ｋ Ｗ极数４ ８ ／ ３ ６ 额定 转速１ １ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ 双凸极电机 为例 ，进行 负载测试和铁耗测试。下 图６ 为生产 的样机 。
５ 电机铁耗计算和分析
双凸极 电机外 电源供 电运行情况下 ，电频率 的增加导 致转速 的增 加 ，随之铁心 内部 的磁 场变 化也较大 ，导致铁 耗较大 ，增 大了它在总损耗 中的百分 比 ，因此分析铁耗 同 样值得关注。 本文 中主要是 分析各部位磁密 ，得 到材料在不 同频率
（ 上接 第７ ７ 页）
参考文献
［ １ ］ 张新 ，蔡 红．住宅建筑 电气节能设计 方法及措 施［ Ｊ ］ ． 住宅科技 ，２ ０ １ ０ ， （ １ ２ ）：９ － １ １ ． ［ ２ ］ 杨 小琴 ． 浅析 超 高层 建筑 电 气节能设 计［ Ｊ ］ ＿低 压 电 器，２ ０ ０ ９ ， （ ２ ２）：５ ６ ． ６ ０ ．
Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ａｅ ｒ ｏ ｎ ａ ｕ ｔ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ Ａｓ ｔ ｒ ｏ ｎ ａ ｕ ｔ ｉ ｃ ｓ ，２ ０ ０ ６， ３ ８
（ １ ）：４ ７ ． ５ ２（ ｉ ｎ Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ ）．
［ ４ ］ 张明慧 ，刘卫 国，陆地 ，孙伟．基 于有 限元 的永磁 无 刷 直流电动机 铁耗分析 与计 算［ Ｊ ］ ．微特 电机 ，２ ０ １ １ ，
（ ７）：３ ７ ． ３ ７ ． ［ ５ ］ 杨 红 军． 电励 磁 双 凸极 电机 起 动 ／ 发 电 系统 关键 技 术研
究［ Ｄ】 ．南京航 空航 天大学 ，２ ０ ０ ７ ．
参考文 献
［ １ 】 周 波 ，相 蓉 ，王 川云 ，等． 电磁 式双 凸极 电机 电磁
（ 责任编辑 ：秦逊玉 ）
７ 结语
本 文 中利用 有限元分析 软件 ，建立 电机合理 的有效模 型 、电路模型 ，并 根据公 式得 到电机在一 定频率 下的Ｂ — Ｐ 曲线 ，再将 曲线导人软 件中进行计算 ，计算过程 中充分考
元计 算方法研 究进展及 有待 解决的 问题［ Ｊ ］ ．电机 与控
制应 用 ，２ ０ １ ０ ，３ ７（ １ ２ ）： １ ． ６ ． ［ ３ ］ Ｗａ ｎ ｇ Ｌ ｉ ，Ｙａ ｎ Ｙ ａ ｎ ｇ ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ，Ｃ ａ ｏ Ｘｉ ａ ｏ ｑ ｉ ｎ ｇ ，ｅ ｔ ａ １ ．
给出４ ０ Ｈ ｚ 下 材料 Ｂ — Ｐ 曲线 ，如下图５ 所示 。然后将上述所 得
：
０ １ ０ Ｏ
的Ｂ — Ｐ 曲线输入 到电机仿真模 型 中，仿真过 程会对 电机 每 个单 元进行 铁损进行计算 ，然后进行相加 ，最后得 到电机 总的铁损数值 。仿真计算 结果如后面实例计算表格 中得 到
在的误差大小 在接受的范 围内。这是 由于得到 的Ｂ Ｐ 曲线存
特 性的理论 分析 ［ Ｊ ］ ． 电航 空学报 ，２ ０ ０ ３ ，２ ４（ ９）：
３５ ５． ３ ５９．
在一定 误差 ，特别是当磁密变大时 ，误 差也变大。
［ ２ ］ 刘晓芳 ，赵海森 ，陈伟 华 ，顾德 军． 电机铁耗 的有限
Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｒ ｉ ｐ ｐ ｌ ｅ ｉ ｎ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｄ ｏ ｕ ｂ ｌ ｙ
虑 了电机各 部分的磁密 分布 ，计算 了负载消耗 功率和每一 个 单元 的损 耗 ，然后 以此为基础 ，最 终计算 出电机 的铁心 损 耗 。在计 算结果 中 ，由于外界有关 因素 的限制 ，导致测
４ 负载仿真计算和分析
负载 情况 下 ，计 算分 析得 到 的数 据 ，如下 表２ 和 图３
所示 ：
∞
表 ２ 励磁 电 流３ ５ Ａ时 负载 仿 真
下 的损耗 曲线之后 ，将其导入有 限元 软件中 ，采用有限元 分析法对电机铁耗进行估算 。 根据文献 ，推导公式 ，得 到新 的计 算公式即单位损耗 为 单位 磁滞损 耗 和单位 涡 流损耗 之 和 ，数 学表 达式 如下
双 凸极 电机负载状况下 ，通 过测 试仪器 ，得到 的实验
数据 。其 中测得 的铁耗 为已经除去 了风阻损耗 、铜 耗与附
加损耗 的结果 。将实验结果与仿真结果进行 了对 比，如表４
和表５ 所示 ：
５ ６
表４ 不同负载励磁 电流３ ５ Ａ情况下
从 表４ 和表５ 中可 以看 出 ，仿真数 值 比实验结果 小 ，存
所示 ：
Ｐ ＝ Ｐ ｒ ＋ Ｐ ’ ： ｏ ＋ ｏ 垂 （ △ ｆ Ｂ ） ， ｒ２ 来自ｍ — ６ｐ — ？
式 中：
ｏ ． ——钢 片损耗常数
ｐ 一
一
材料 的电阻率
密度
６ ， １
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采用 上述计算公 式 ，由于电机额定转 速为 １ １ ０ ｒ ／ ｍｉ ｎ ，
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图６ １ １ ０ ｋ Ｗ 电励磁 双 凸极 测 试 样 机
图４ 不同励磁 电流下最大功率波形 综 上所述 可知 ，当励 磁电流达 到４ ５ Ａ时 ，电机 的运行 数据结果 已达到趋于稳定状 态。
得 的结果 存 在一 定 的不确 定 性 ，而计 算机 仿 真为 理想 条 件 ，所 以二 者结果存在一定 的误差 ，经过 比较对 比误差在 可接受范 围内 ，证 明了此方 法来计算 电机 的负载 功率 和铁
耗 可行性 。 ｏ
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图３ 励 磁 电 力３ ５ Ａ时 外特 性
的数值 。
并且 ，根 据有限元分析软件Ａｎ ｓ ｏ ｆ ｔ 还得到如下表 ３ 和 图
４ 所示 ：
表３ 不同励磁下 负载电阻为ｔ ｏ ｈ ｍ时负载仿真
图５ Ｂ － Ｐ 曲线
６ 试验研究分析
以一 台１ １ ０ ｋ Ｗ极数４ ８ ／ ３ ６ 额定 转速１ １ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ 双凸极电机 为例 ，进行 负载测试和铁耗测试。下 图６ 为生产 的样机 。