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楼主: limengde2001

[Maxwell] prius2010驱动电机分析

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[LV.6]常住居民II

 楼主| 发表于 2017-9-12 10:09 | 显示全部楼层
重新修正机械损耗,得效率map图如下,可见与橡树岭实验室拆解报告中给出的效率测试结果吻合的很好

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[LV.7]常住居民III

发表于 2017-9-12 10:40 | 显示全部楼层
limengde2001 发表于 2017-9-9 20:21
7 空载反电势、空载磁密、齿槽转矩、气隙磁密波形(13500冷态)
Prius2010反电势很高。线反电势有效值960V ...

大神又出货了

反电势线电压有效值500V是多少转的反电势?
1500V是峰值转速的反电势吗?

点评

多谢提醒,已更正, 500V为实验值,13500rpm反电势 相电压有效值(冷热状态不明确) 1500V为仿真值,13500rpm反电势 线电压峰值,对应相电压有效值560 误差较大,可能来自建模误差  详情 回复 发表于 2017-9-12 11:53
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[LV.6]常住居民II

 楼主| 发表于 2017-9-12 11:53 | 显示全部楼层
254339861 发表于 2017-9-12 10:40
大神又出货了

反电势线电压有效值500V是多少转的反电势?

多谢提醒,已更正,
500V为实验值,13500rpm反电势 相电压有效值(冷热状态不明确)

1500V为仿真值,13500rpm反电势 线电压峰值,对应相电压有效值560

误差较大,可能来自建模误差

补充内容 (2017-9-13 21:42):
这么高的反电势大家怎么看?
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[LV.6]常住居民II

 楼主| 发表于 2017-9-12 14:53 | 显示全部楼层
本帖最后由 limengde2001 于 2017-9-12 14:57 编辑

9.峰值转矩
峰值转矩足够,不过转矩脉动挺大

此外,250Apk已经达到饱和的




补充内容 (2017-9-14 11:59):
这么大的转矩脉动,好吗?,是否prius采取了其他措施,来保证动力系统的平顺?

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[LV.6]常住居民II

 楼主| 发表于 2017-9-13 14:47 | 显示全部楼层
十、电机受控运行分析
前面状态分析都是正弦电流激励分析,然而实际电机运行状态受控于控制器,有一定差别,但总的来说与报告中电机参数一致。有以下几个特点:
1.高速时反电势非常高,控制器要求高。
2.高速时功率下降明显,效率也下降,实际最高转速25kw已经不能长期连续运行。
3.报告中指出:
According to the 2010 Prius repair manual, the stator temperature is generally kept below 100oC.
另外,the motor can operate at 25 kW (3,000 rpm and 25oC coolant) for about 10:16 (minutes:seconds) prior to reaching a stator temperature of 100oC. If the stator temperature limit is raised to 130oC, the motor can operate for about 28:49 under these conditions
所以,工况很复杂,热设计关键在于:根据工况,综合设计使电机在不同功率下可以连续运行需要的时间。只有这样才能在满足要求的前提下,优化设计、提高功率密度。

下面是基于MTPA控制策略做的仿真结果:
  
矢量控制MTPA策略变频运行
  
母线电压
650
极限相电流
176Arms/250Apk
峰值转矩
230
峰值功率
62
峰值转速功率
37.8
转折速度
2500
最高效率
96.5%
80%高效区占比
89.57%eff-area>80%
  
83.48%eff-area>85%



效率map图如下:



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[LV.6]常住居民II

 楼主| 发表于 2017-9-13 21:37 | 显示全部楼层
本帖最后由 limengde2001 于 2017-9-13 21:40 编辑

补充计算汇总:
  
电动运行
  
低速额定运行
高速额定运行
峰值转矩运行
InputPower [kW]
27.68
24.09
75.03
OutputPower [kW]
26.15
24.16
61.59
Torque [NewtonMeter]
83.22
17.09
235.25
Speed [rpm]
3000
13500
2500
PowerFactor []
0.80
0.80
0.52
SupplyCurrent [A]
54.09
39.91
176.78
超前角
36.11
79.28
47.79
PhaseVoltage [V]
212.07
216.97
266.96
LineVoltage [V]
367.32
375.80
462.38
E0-rms-line[V]
216.22
973.00
180.19
CoreLoss [W]
230.00
661.91
315.26
SolidLoss [W]
0.80
1.93
11.08
StrandedLossR [W]
989.34
538.51
10565.81
MechanicalLoss [W]
80.00
1.62
55.56
TotalLoss [kW]
1.30
2.82
10.95
Efficiency []
95.26
89.54
84.91
TorqueRipple [NewtonMeter]
11.83
9.21
38.08
PowerBalance []
2.03
-2.59
4.44
V(d-axis) [V]
-265.83
-244.22
-307.03
V(q-axis) [V]
98.24
262.65
-52.78
I(d-axis) [A]
-45.08
-55.46
-185.17
I(q-axis) [A]
61.80
10.50
167.96
L(d-axis) [uH]
2.05
1.95
1.48
L(q-axis) [uH]
3.98
4.82
2.01
FluxLinkage(d-axis) [Wb]
0.0729
0.0462
-0.0681
FluxLinkage(q-axis) [Wb]
0.2074
0.0424
0.2732
电密
8.68
6.41
28.38
电负荷
561.68
414.39
1835.55
热负荷
4877.87
2655.10
52093.98
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[LV.6]常住居民II

 楼主| 发表于 2017-9-13 22:17 | 显示全部楼层
凸极率分析
比较prius04及leaf,10的凸极率要小些。

提取出低速时MTPA运行时prius2010的电感,如下:


补充内容 (2017-9-14 23:29):
可见prius在本次电机设计换代的过程,并没有专注提高凸极率来最大磁阻转矩

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[LV.5]常住居民I

发表于 2017-9-13 22:18 | 显示全部楼层
非常感谢,好东西啊!!
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 楼主| 发表于 2017-9-14 10:05 | 显示全部楼层
本帖最后由 limengde2001 于 2017-9-14 10:38 编辑

十一、可靠性分析之结构强度

11.1 转子磁路结构离心应力分析
  
转子磁路结构离心应力分析
  
n (rpm)
nb
nh
1.2 nh
3000
13500
16200
最大离心应力/MPa
15.5
313
451
空载运行转子表面最大形变/mm
0.001
0.024
0.034

可见,prius2010在局部应力方面改善
最高转速压力变形如下:




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 楼主| 发表于 2017-9-14 23:26 | 显示全部楼层
十一、可靠性分析之热分析

补充内容 (2017-9-28 23:18):
在试验过程观察瞬态热试验,对瞬态热的问题又有了新的理解,尽管主要是铜耗引起,近似线性,但准确分析复杂度其实又增加不少:
1.瞬态温升快,导致电阻增加,温升提高
2.温升高,反电势降低,电流增大,发热加剧
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[LV.6]常住居民II

 楼主| 发表于 2017-9-14 23:36 | 显示全部楼层
本帖最后由 limengde2001 于 2017-9-14 23:38 编辑

十二、可靠性分析之退磁分析
退磁分析与热紧密相关:
1.稳态热与稳态电磁分析相耦合,才能准确分析损耗,进而计算温升;
2.内禀矫顽力的温度系数很高,只有准确分析温升,才能准确计算临界场强、分析退磁。
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[LV.7]常住居民III

发表于 2017-9-15 08:49 | 显示全部楼层
这么厉害  多向大神学习  CAD模型可以发下吗  邮箱 jiang200412@126.com  谢谢
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[LV.7]常住居民III

发表于 2017-9-21 11:10 | 显示全部楼层

MTPA 控制时,I 应该是滞后于E0,gamma角吧,也就时候gamma应该是负的,对吗,不知道大神在仿真时是这样操作的吗? 此时的id,iq应该都为正值吧

点评

超前是正的~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~  详情 回复 发表于 2017-9-28 23:19
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发表于 2017-9-21 16:07 | 显示全部楼层
本帖最后由 yupoo 于 2017-9-21 18:42 编辑

紧跟大神的步伐,分析了一下pruis 2010

按照国际惯例,先来个齿槽转矩。


可以注意到,pruis 2010 通过增大了转子表面的Notch ,较2004 的齿槽转矩的波形的,有所平滑啊,尽管两款电机的齿槽转矩都不大。


13500rpm 时的空载反电势 ,幅值为1348V

补上一张james handshot 的ppt,关于pruisi 2010 13500rpm时的空载反电势,可以看到差别不大

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[LV.2]偶尔看看I

发表于 2017-9-21 17:09 | 显示全部楼层
为什么冲片模型文件不能下载,要特定用户?
大神,能否发一份给我?邮箱18079569990@163.com,非常感谢
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发表于 2017-9-22 10:49 | 显示全部楼层
yupoo 发表于 2017-9-21 11:10
MTPA 控制时,I 应该是滞后于E0,gamma角吧,也就时候gamma应该是负的,对吗,不知道大神在仿真时是这样 ...

今天看了一下资料发现我问的这个太傻了啊
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[LV.6]常住居民II

发表于 2017-9-23 07:14 来自手机 | 显示全部楼层
楼主好人,很好的文章
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[LV.6]常住居民II

 楼主| 发表于 2017-9-28 23:19 | 显示全部楼层
yupoo 发表于 2017-9-21 11:10
MTPA 控制时,I 应该是滞后于E0,gamma角吧,也就时候gamma应该是负的,对吗,不知道大神在仿真时是这样 ...

超前是正的~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
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[LV.7]常住居民III

发表于 2017-9-29 16:44 | 显示全部楼层
yupoo 发表于 2017-9-21 11:10
MTPA 控制时,I 应该是滞后于E0,gamma角吧,也就时候gamma应该是负的,对吗,不知道大神在仿真时是这样 ...

之前只对弱磁有了解,对MTPA不是很了解,现在弄明白了啊,多谢大神指点 啊
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发表于 2017-10-9 11:19 | 显示全部楼层
limengde2001 发表于 2017-9-28 23:19
超前是正的~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

多谢指点,估计本月可以有机会当面目睹大神的粉彩了
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