prius2010驱动电机分析

zengxiaodong

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 ...

齿槽转矩只有0.23N.m

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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 ...

反电势波形



在3000r/min时，相反电势有效值105.97V（基波）
在13500r/min时，相反电势有效值476.84V（基波）


相磁链

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空载相自感（增量电感）



空载相互感（增量电感）

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电流角度扫描结果

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另外一个转子位置的扫描结果，可见最佳超前角度是不变的！

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也可以把峰值电流、相位超前角、输出转矩绘制成三维图

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根据上面的最佳电流相位角控制，选取3个负载工况如下：

峰值电流80A，超前角42.5度；
峰值电流160A，超前角50度；
峰值电流250A，超前角51度。


第一种工况：

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第二种工况：

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第三种工况：

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可见转矩脉动情况是很好的，最大也不过8%上下。

转矩——电流的线性度也是很好的，对抗饱和的性能很理想！

上面给出磁链的数据是为了便于计算极限转速，也可以用于计算交直轴电感。

看看全局的磁力线动画，可以与Magnet制作的动画做对比


接下来，提供径向力波的分析结果。

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分析径向力波的第一步，就是得到气隙的径向磁密和切向磁密的空间、时间分布。下面波形是上述第一种工况。



这个动画波形可以用一个字来形容，乱！

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对径向磁密、切向磁密进行平方差运算，再乘以适当的系数，就可以得到径向应力。


可见，有明显的空间0次、1次力波，而且力波的变化非正弦性也很明显。

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对上贴径向应力波进行空间带通滤波，可以得到空间各次力波的时变动画，下面给出空间1次力波的动画，这也是电机工作主波引起的径向力波，既无法避免也难以减小。

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为了详细了解径向力波的时空特性，可以做2D FFT分析。




补充内容 (2020-10-18 15:56):
2D FFT的详细讲解，请参阅如下帖子。
https://bbs.simol.cn/thread-196361-1-1.html

zengxiaodong

zengxiaodong 发表于 2020-10-14 10:32
分析径向力波的第一步，就是得到气隙的径向磁密和切向磁密的空间、时间分布。下面波形是上述第一种工况。
...

气隙磁密波形，以及其得出的径向应力波形，总有一个烦人的“毛刺”如影随形，有时候“毛刺”还特别大，我在这个帖子https://bbs.simol.cn/thread-158805-1-1.html里面彻底解决了！
下面是重搞的示例波形，确实没有毛刺了。

zengxiaodong

zengxiaodong 发表于 2020-10-13 13:23
另外一个转子位置的扫描结果，可见最佳超前角度是不变的！

根据电流扫描结果，最佳超前角控制时，电机的转矩——电流曲线如下。


可见，转矩的线性度非常好，几乎没有出现转矩饱和的情况。因此，只需要妥善解决冷却问题，电机会有较大的转矩输出能力，当然功率密度也可以很高。

https://bbs.simol.cn/thread-158881-1-1.html这个帖子讨论了超高转矩密度电机的设计，其最根本的评价指标就是“转切应力”，Pruis2010的最大转切应力接近120000帕斯卡，这是很高的数值！

工业电机转切应力即使50000帕斯卡都是很极端的数值！

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在最大输出转矩工况下（对应相电流的峰值为250A），电机各部分的磁密云图如下：





磁钢区域最低磁密0.447T以上，这也可以判定退磁的安全余量。

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小雨点儿 发表于 2018-11-13 12:38
请问大家注意到气隙磁密波形并没有相关资料中表述的那么好，按着楼主仿真的模型，做了空载仿真~~差到哪里呢 ...

幅值明显不一样啊，而且横轴的极距也不对。

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这个帖子谈到了https://bbs.simol.cn/thread-136527-1-1.html电机端电压大幅度上升的情况，这个问题从前面楼层提供的磁链数据就可见一斑。
也可以从气隙磁密分布来加以反映。





可见负载后气隙磁密大幅度增加，而且空间相位也显著移动了。

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zengxiaodong 发表于 2020-10-14 13:56
为了详细了解径向力波的时空特性，可以做2D FFT分析。

讨论一下Prius2010电机的振动噪声问题。

由于该电机是48槽8极永磁同步电机，可以简化成6槽1极的最简电机模型进行计算，这种电机空间0次力波会比较明显。而最简电机的空间1次力波，这是由工作主波引起的径向力波，既无法避免也难以减小，它就是众所周知的2p次力波（扩展到整个电机）！
由于电机为8极，所以非零的最低空间力波是8次，然后是16次、24次、32次......，可见力波的空间阶次都很高，引起振动噪声的可能性不大（其实也难以考虑）。

因此，对于最简电机而言，我们需要关注的是0次、1次空间力波，更进一步说，甚至是仅需重点关注0次空间力波！

根据2D FFT的结果，我们找到空间0次力波，发现其主要频率有2个，一个是6f（幅值858.65），另一个12f（幅值334.43）

当转速是3000r/min时，电源频率200Hz，因此空间0次力波的频率为1200Hz，2400Hz，这两个频率都是噪声的敏感频率。