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节能减碳:叠片铁心尺寸对电机磁性能的影响

放大字体  缩小字体 发布日期:2023-11-15  浏览次数:2912
自2015年《巴黎协定》签订以来,全球各国相继采取多种措施应对气候变化、限制全球变暖幅度,以防止气候变化对地球生态系统、经济和社会造成严重影响。由于目前各国长期低排放战略也沿袭了国家自主贡献的“自下而上”模式,其制订和实施完全依赖于各国的自身情况及自主意愿,全球积极有效地应对气候变化仍面临诸多挑战。加快规划建设新型能源体系、改革创新输变电技术、大力推动节能电器设备等已成为节能减碳的重要途径。

现代社会需要大量的能源,尤其是清洁能源和适应性强的电能。最大的电力消耗者是电动机,其用电率超过57.3%。电机分为工业、商业和家庭应用,提高电机效率是快速实现节能的有效途径。电子电力设备实现了能源、储能和配电网之间的能量双向转换。他们利用IGBT、SiC和GaN半导体使得功率转换电子和电机控制器可以在以高频状态下运行。

另一方面,在逆变器控制的开关操作中,磁滞曲线中产生了次级回路,这会增加铁心损耗。国内外的研究中虽有涉及使用逆变器励磁的电机磁性能的相关研究,但铁心尺寸对电机磁性能的影响仍然不明确。通常情况下,正弦激励下如果软磁材料相同,则铁心尺寸不会影响测量磁性能,这是因为激励电流波形被控制,使得通过对次级侧感应电压进行时间积分得到的磁通密度成为正弦波。然而,在逆变器励磁下,与正弦波激励不同,激励电流的波形没有得到控制,因此产生的输出波形会失真。

岐阜大学Kyyoul Yun教授及其团队在研究铁心尺寸对电机磁性能影响方面做了大量的研究工作。在最新的一项研究中,他们通过在正弦激励和逆变器激励下保持叠片铁心的横截面积和匝数不变,仅改变输入电压V,保持载波频率和调节方式恒定,测量了叠片环形电机铁心尺寸对磁性能的影响。

他们发现,在逆变器励磁下,小、中、大型环形铁心的磁滞性循环宽度分别为205.1、248.4和273.1 A/m,而在逆变器励磁下,小、中、大型环形铁心的次级回路宽度分别增加了73.1、96.1和123.5 A/m。在逆变器励磁下,小、中、大样本的铁损耗值分别为6.05、9.58和11.62 W/kg。与正弦激励下各环形铁心的铁损耗相比,逆变器励磁下,小、中、大型环形铁心的铁损耗分别增加了124.9%、256.1%和332.0%。

这些发现表明,铁心越大所需电压和铁损就越高,即激发较大环形铁心需要更多的能量。这是因为相对于其他铁心,大型环形铁心的单位时间内磁通密度变化更大,产生的涡流较大。因此大型环形铁心产生的涡流损耗大于其他铁心。





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