【導(dǎo)讀】近幾年，計(jì)算機(jī)技術(shù)日新月異，工業(yè)需求不斷增加，電力變壓器的容量也在逐漸增大。的損耗計(jì)算方面取得了許多研究成果。國(guó)際電磁界和各國(guó)的工業(yè)部門(mén)都投入了很大的精力。雖然國(guó)內(nèi)外對(duì)變壓器的三維場(chǎng)分析技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，然而對(duì)。變壓器中的各個(gè)器件中的損耗大小及分布問(wèn)題還沒(méi)有一個(gè)令人信服的結(jié)果。耗增大會(huì)導(dǎo)致變壓器中局部溫升過(guò)高，會(huì)給電網(wǎng)和變壓器廠商帶來(lái)非常大的損失。對(duì)變壓器中的各個(gè)結(jié)構(gòu)件進(jìn)行研究，分析其中的損耗情況，具有很重要的理論和實(shí)際意義。計(jì)算，得到了導(dǎo)磁鋼板不同剖分層數(shù)下的渦流損耗和磁滯損耗的數(shù)值。本文最后提出了減。力變壓器的研發(fā)和制造具有一定的指導(dǎo)意義。

　　

【正文】 EETRANSACTIONS ON MAGNETICS ,VOL. 28, , , MARCH 1992 [42]景崇友 ,王建民等，大型變壓器漏磁場(chǎng)及特性參數(shù)的工程仿真軟件研發(fā)，變壓器， [43] ， . On the use of the impedance boundary conditions in eddy current problems， IEEE Trans. on MAG 21， , 1985， 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 [44] Kozlowski M. Stary losses and local overheating hazard in 論文集， 1972， (1) 35 iproved Accuracy and Reliability, IEEE , , , 1987 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 致謝 轉(zhuǎn)眼間 我的大學(xué)生活已經(jīng)快要結(jié)束 ， 我即將 信心十足 地 踏上工作崗位 。在論文完成之際，特向幫忙指導(dǎo)我的 老師 表達(dá)誠(chéng)摯的謝意，感謝他對(duì)我的耐心指導(dǎo)。同時(shí)，也感謝其他老師、同學(xué)對(duì)本人的幫助，和他們一起交流、探討讓我自己也開(kāi)闊了思路，體會(huì)到了學(xué)習(xí)的快樂(lè)和友誼。 通過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我開(kāi)闊了自己的思維，同時(shí)進(jìn)一步鞏固了 對(duì) 專業(yè)知識(shí)的理解，而且學(xué)習(xí)到了新的專業(yè)知識(shí)。培養(yǎng)了自己思考的能力，也培養(yǎng)了自己與他人共用協(xié)作的能力，我想，在以后的學(xué)習(xí)、工作中，這段時(shí)間的歷練一定會(huì)是一筆寶貴的財(cái)富。 最后想對(duì)所有愛(ài)我和我愛(ài)的人表示感謝， 謝謝 你們對(duì)我 默默 的支持， 你們 給 我 的生活賦予了新的意義， 謝謝你們！ 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 附錄 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 華北電力大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 外文 部分 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 華北電力大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 譯文部分 原文著作（期刊）名稱： IEEE磁學(xué) ， 卷 40， 4號(hào) 作 者： Hiroaki Toda, Zhenping Xia, Jiabin Wang, Kais Atallah（ IEEE高級(jí)會(huì)員） , David Howe（ IEEE高級(jí)會(huì)員） 原文出版 單 位： IEEE 原文出版 時(shí)間 ： 2021年 7月 永磁無(wú)刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子渦流損耗 摘要：本文提出了一種模塊化和傳統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)永磁無(wú)刷機(jī)的轉(zhuǎn)子渦流損耗的分析方法。本文不但通過(guò)時(shí)間階梯式有限元分析的方法對(duì)于渦流損耗進(jìn)行了評(píng)估，而且能夠在兩個(gè)機(jī)器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)被顯著的顯示出來(lái)。研究還表明：通過(guò)對(duì)磁場(chǎng)分割的方法可以有效的減少渦流損耗。 關(guān)鍵字：渦流，模塊化電機(jī)，永磁電機(jī)，轉(zhuǎn)子損耗 概 論 由于其高效率、高功率密度和優(yōu)異的動(dòng)態(tài)性能，永磁（ PM）無(wú)刷電機(jī)的應(yīng)用范圍在不斷增加。近日，一個(gè)比較新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的永磁無(wú)刷交流電機(jī)，通常被稱為“模塊化”電機(jī)[12], 已經(jīng)出現(xiàn)。這種電機(jī)與傳統(tǒng)的永磁無(wú)刷機(jī)相比有許多明顯的優(yōu)勢(shì)，特別是在汽車和航空航天應(yīng)用領(lǐng)域。模塊化的永磁電機(jī)與以往的無(wú)刷交流電機(jī)區(qū)別之處是，它有一個(gè)屬于單相的線圈集中卷繞替代或連續(xù)齒，以便使相繞組沒(méi)有重疊。這不僅是一個(gè)獨(dú)特的制造優(yōu)勢(shì)，也有利于高填充因子、提高效率并減少相間故障的概率。例如，對(duì)于給定的一個(gè)極有一個(gè)小的插槽，與傳統(tǒng)的無(wú)刷機(jī) 24 個(gè)極 36個(gè) 狹縫 相比，新型電機(jī) 22 個(gè)極有 24個(gè) 狹縫 ，如圖1描述所示。模塊化電機(jī)也會(huì)在每極產(chǎn)生少量 狹縫 ， 狹縫 與極數(shù)之間的最小公倍數(shù)是最大的。因此，齒槽轉(zhuǎn)矩可以是非常小的，不使用斜交 [2]。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 圖 1 無(wú)刷永磁電機(jī)的原理（ a）模塊化 24 狹縫 /22 極 （ b）常規(guī)的 36狹縫 /24極 在傳統(tǒng)的永磁無(wú)刷交流電機(jī)在轉(zhuǎn)子的渦流損耗通常被認(rèn)為是可以忽略不計(jì)，因?yàn)樵诶@組分布在定子電流和空間諧波的高次諧波一般都比較小。然而，在模塊化永磁電機(jī)，定子磁動(dòng)勢(shì)（ MMF）的分布包含了更豐富的空間諧波，而且基本定子磁動(dòng)勢(shì)的磁極比永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子少，轉(zhuǎn)矩就由高階定子磁動(dòng)勢(shì)諧波與永久磁鐵之間的相互作用產(chǎn)生。因此，較低和較高階空間諧波磁動(dòng)勢(shì)，由于與轉(zhuǎn)子磁體不同的旋轉(zhuǎn)速度，可能使磁鐵中的渦流損耗非常顯華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 著，導(dǎo)致其溫度過(guò)高。此外，定子槽開(kāi)口部的存在會(huì)導(dǎo)致磁體中的磁場(chǎng)的變化，此組件的轉(zhuǎn)子的渦流損耗取決于槽的開(kāi)口的寬度和極 /時(shí)隙之 比這兩個(gè)因素的組合。 本文提出了一種模塊化和傳統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)永磁無(wú)刷機(jī)的轉(zhuǎn)子渦流損耗的分析。分析預(yù)測(cè) 的結(jié)果通過(guò) 來(lái)自時(shí)間階梯式有限元（ FE）分析的結(jié)果 來(lái)驗(yàn)證 。 第二章 分析模型 在文獻(xiàn) [5]中，有一種對(duì) 容錯(cuò)永磁電機(jī)的渦流損耗分析預(yù)測(cè)技術(shù) ，這種電機(jī)只有 備用的齒輪攜帶一個(gè) 線圈 。 此技術(shù)適用于分析在三相組合式和常規(guī)的渦流損耗拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的永磁無(wú)刷機(jī) 。這項(xiàng)技術(shù)假定 定子和轉(zhuǎn)子鐵心 是 無(wú)限可滲透的 ，而且渦 流被認(rèn)為是 由 電阻 進(jìn)行 限定的。 因此， 在 誘導(dǎo)頻率 上 的趨膚深度被假定為 比 極弧和磁體的徑向厚度 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大 。定子繞組是由 等效電流片 來(lái)表示的 ， 一個(gè) 3相電機(jī)由下式給出 其中 k=1,2,3? n 是空間諧波次序， ps是與定子繞組相關(guān)的基本電極的數(shù)量。 pr是轉(zhuǎn)子的 磁 極 對(duì) 的 數(shù) 目 , ω 是 轉(zhuǎn) 子 的 角 速 度 , 并且有 其中， Ns、 Im、和 Rs 分別為 每相的 輪流系列數(shù)目、 峰值相位電流和定子孔內(nèi)徑 大小 ,Kwn是繞組系數(shù) 。 M 的177。 1的值 依賴于繞組的配置 ， 對(duì)于模塊化 24 狹縫 /22 極的電機(jī)， m 的值為1；對(duì)于傳統(tǒng)的 36狹縫 /24極的電機(jī)， m 的值為 1。表一和表二顯示了 幅度 、 〖 (??_??/??_?? )〗 ^(????_?? )的比值，顯示了 轉(zhuǎn)子的低次空間諧波 的速度和頻率，并且分別描述了 模塊化 電機(jī) 和常規(guī) 電機(jī) 在 1700 轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速 時(shí)永 磁鐵 中與 其相關(guān)的趨膚深度 情況。從上表可以看出 模塊化 電機(jī) 〖 (??_??/??_?? )〗 ^(????_?? )的值，這是對(duì)空間諧波磁場(chǎng)滲透到永久磁鐵 的一個(gè)很好的測(cè)量方法。 表示普及率高 ， viceversa 表示的是相對(duì)較高。它也可以看出，與不同的空間諧波的永久磁鐵材料的趨膚深度是相當(dāng)或大于永磁塊的徑向和周向尺寸， 并且對(duì) viz. 5毫米和 毫米在電機(jī)特定條件下的 情況分別進(jìn)行了描述。因此，感應(yīng)出的渦流電流 是可以被 電阻 有效的 限定 。 然而，對(duì)于 傳統(tǒng) 的無(wú)刷 電機(jī) 機(jī)， (????????)??????的值是 非常小的 ， 因?yàn)?與空間高次諧波的頻率是 非常 高 的。 還應(yīng)當(dāng)指出的是，模塊化 電 機(jī) 只有在 11 次諧波與永久磁鐵相互作用 時(shí)才可以 產(chǎn)生有用的轉(zhuǎn)矩。 表 1 模塊化 電 機(jī)定子諧波特征參數(shù) 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 表 2 傳統(tǒng) 電機(jī) 定子諧波特征參數(shù) 一臺(tái)永磁段的渦流損耗是 可以 通過(guò) 分析得到的 [2]，其公式為 其中 P和 Pan是分別與 （ ??_??/(????_?? )） ^2和 （ ??_??/(????_?? )） ^4相關(guān)的損耗部分，它們由下式給出： 其中 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 并且 其中 當(dāng) n=3k+m 時(shí)，公式中取“ ”；當(dāng) n=3km，時(shí)，公式中取“ +”； Rr 和 Rm分別為 轉(zhuǎn)子磁體的內(nèi) 、 外半徑 ；?是 的磁體段的機(jī)械的極弧 ；ρ 是磁鐵材料的電阻率 ；還 應(yīng)注意的是，一個(gè)轉(zhuǎn)子包括一個(gè)多極磁性圓筒磁鐵 ，例如? =2pi,Pn 的值為 0。 第三章 結(jié)果與討論 表三列出了 模塊化電機(jī)和傳統(tǒng)電機(jī)在特定條件下領(lǐng)先的設(shè)計(jì)參數(shù)。 它們具有相同的轉(zhuǎn)矩密度和電流額定值 。 當(dāng)這兩個(gè) 電機(jī)都 運(yùn)行在 1700 轉(zhuǎn) 時(shí)， 在各種條件 下通過(guò) 時(shí)間階梯式有限元分析和上述的分析模型 對(duì) 磁 體 中 的 渦 流 損 耗 分 別 進(jìn) 行 了 計(jì)算 。 表 3 電機(jī)規(guī)格及參數(shù) 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 圖 2 每極的磁體段 數(shù)量對(duì)模塊化電機(jī) 渦流損耗的影響 圖 3 每極的磁體段 數(shù)量對(duì)傳統(tǒng)電機(jī) 渦流損耗的影響 圖 2 和 圖 3 表示的是 每極的磁體段 數(shù)量對(duì)模塊化電機(jī)和傳統(tǒng)電機(jī) 渦流損耗的影響 。相應(yīng)的， 當(dāng) 兩種電機(jī)都是由 正弦波的形式 供電。 由于 對(duì)渦流損耗的分析預(yù)測(cè)沒(méi)有考慮定子開(kāi)槽的影響，得出的 結(jié)果只能 與 接與從有限元計(jì)算磁鐵磁化 的方式進(jìn)行比較 。 相反， 通過(guò) 有限元分析 得到的結(jié)果表明在無(wú)負(fù)載（或開(kāi)路）的條件下， 渦流損耗 僅僅取決于槽的開(kāi)口數(shù) 。正如圖片顯示的那樣 ， 對(duì)模塊化電機(jī)和傳統(tǒng)電機(jī) 磁鐵 進(jìn)行 周向分割 能 有效地降低渦流損耗 。從圖片還可以 看出， 分析模型和有限元分析兩種方法得到的 渦流損耗與定子磁動(dòng)勢(shì)的空間諧波相關(guān)的 結(jié)果 之間有很好的一致性。然而，應(yīng)注意的是，模塊化 電 機(jī)時(shí)由于定子開(kāi)槽的磁鐵的工作點(diǎn)的變化 與其相關(guān)的 組件的渦流損耗是比較小的， 而傳統(tǒng)電機(jī)渦流損耗是非常顯著的。 還應(yīng)當(dāng)指出的是，由于 在分析模型中忽略的 趨膚效應(yīng)和飽和度 的影響， 在額定負(fù)載下的總的渦流損耗的值不等于無(wú)負(fù)載和未磁化的磁鐵分別計(jì)算的損失的總和。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 圖 4 狹縫角度對(duì) 36狹縫 /24 極電機(jī) 渦流損耗 的 影響。 （每極磁體段數(shù)： 2） 圖 4顯示了狹縫的 開(kāi)口角 度對(duì)傳統(tǒng)電機(jī)中的永 磁鐵的渦流損耗的變化 情況。從圖中 可以看出 ，狹縫 開(kāi)口 對(duì)與永磁鐵的工作點(diǎn)的變化有關(guān)聯(lián)的損耗部件有一個(gè)明顯的影響 。 由于頻率的變化是 與狹縫的數(shù)量成比例變化的 ， 由于狹縫引起的渦流損耗在傳統(tǒng)電機(jī)中比模塊化電機(jī)更加顯著 。因此， 除了狹縫開(kāi)口寬度對(duì)于 齒槽轉(zhuǎn)矩和同步電感 的影響，還 必須在設(shè)計(jì)階段考慮到 其在永磁鐵上的渦流損耗的影響 。 第四章 總結(jié) 本文通過(guò)論文所提及的分析方法和有限元計(jì)算方法對(duì)模塊化電機(jī)和傳統(tǒng)電機(jī)的渦流損耗進(jìn)行了分析。從分析結(jié)果可以表明 ， 模塊化電機(jī)和傳統(tǒng)電機(jī)都存在著明顯的渦流損耗，對(duì)磁鐵進(jìn)行分割可以有效的減少這個(gè)部件的損耗。論文提及的 分析預(yù)測(cè) 得到的結(jié)果和有限元法得到的結(jié)果已經(jīng)在 模塊化 電 機(jī) 中證明兩個(gè)結(jié)果 吻合良好 。 然而，對(duì)于 傳統(tǒng)電機(jī)來(lái)說(shuō)，本文提及的分析預(yù)測(cè)得到的結(jié)果與 有限元分析 得到的 結(jié)果 兩者 之間的差異 比較大， 這是由于定子 狹縫 開(kāi)口的渦流損耗 相對(duì)于模塊化電機(jī)來(lái)說(shuō) 更加顯著， 而這種損耗在分析模型中是被忽略的。 作者信息：稿件收于 2021 年 10 月 14 日 Hiroaki Toda 專業(yè)是電子與電氣工程，英國(guó)謝菲爾德大學(xué)，英國(guó)謝菲爾德 S13JD，在日本岡山縣倉(cāng)敷市休假， JFE 鋼鐵株式會(huì)社（電子郵件： ） Zhenping Xia, Jiabin Wang, Kais Atallah， David Howe，專業(yè)是電子與電氣工程學(xué)院，英國(guó)謝菲爾德大學(xué) S13JD， （電子郵箱：@。 @ ） 論文標(biāo)識(shí)符 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 參考文獻(xiàn) [1] K. Atallah and D. Howe, “Modular permanent mag brushless machines for aerospace and automotive applications,” in Proc. 20th Int. Workshop RareEarth Mags and Their Applications, 2021, pp. 10391048. [2] K. Atallah, , and D. Howe, “Torque ripple minimization in modular permanent mag brushless machines,” IEEE Trans. Ind. Applicat., vol. 39, pp. 1689– 1695, . 2021. [3] T. Oikawa, T. Tajima, K. Matsumoto, H. Akita, H. Kawaguchi, and H. Kometani, “Development of high efficiency brushless DC motor with new manufacturing method of stator for pressors,” in Proc. 16th Int. Compressor Engineering Conf., CD124, 2021. [4] A. G. Jack, B. C. Mecrow, P. G. Dickinson, and D. Stephenson, “Permanent mag machines with powdere