西莫论坛研讨会第二期——气隙磁场专题

zengxiaodong · 发表于 2020-7-20 11:28

这篇帖子5年前被收录到《西莫电子期刊》的创刊号了，大家可以去下载

无标题.png

zengxiaodong · 发表于 2020-7-20 11:39

为了方便大家阅读，我把这篇帖子当时收录的内容制作成单独的PDF文件，供感兴趣的人参考。

气隙磁场专题.pdf (457.05 KB, 下载次数: 34)

zengxiaodong · 发表于 2020-7-24 11:08

应CEO要求，大力推广一下《西莫电子期刊》。本帖已经在6年前收入创刊号，感兴趣者可以到这个帖子去下载 https://bbs.simol.cn/thread-136610-1-1.html

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难得糊涂ljc · 发表于 2021-3-28 21:11

zengxiaodong 发表于 2010-11-4 19:38
电机的“相数”问题与“齿谐波”问题一样，由于概念上没有对内涵与外延很完善地加以限定，所以大家或多或少 ...

直接用槽距电角度解释绝对相数多少更明确一些，槽距电角度=p*360°/z，槽距电角度越小，谐波正弦度越好。

难得糊涂ljc · 发表于 2021-3-28 21:16

zengxiaodong 发表于 2010-11-4 19:58
上面讨论过的“简单相数”和“广义相数”都是数学相数，我们还有必要建立物理相数的概念。这其中的原因就是 ...

感觉这地方说的广义相数，物理相数还是数学相数更容易把人绕晕，名词太多不是好事，其本质应该是槽距角（机械角度）和槽距电角度的区别，槽距电角度=p*槽距角，至于两相电机还是三相四相对应的角度还是说明白是电角度还是机械角度更好，因为二者正好相差一个极对数的倍数，同时也方便我们小白理解，降低入门难度

难得糊涂ljc · 发表于 2021-3-28 21:38

forlink 发表于 2010-11-5 11:11
之所以是8极，而不是4极，这个就要从电机运行原理讲起。
先分析这台发电机转子不转的情况，当励磁绕组通 ...

这个地方是不是有错别字引起的歧义，这是一个径向电机，无论是在定子轭部还是转子轭部都不会沿着轴向流通啊，楼主是不是想说周向，圆周方向。因为励磁绕组使得凸极为N极，那么总要有构成闭合回路的S极，S极在这种情况下只能被迫从磁阻较大的转子槽流通，从而构成闭合磁路，所以有4个N极，就会有4个S极，从而构成8极

zengxiaodong · 发表于 2021-3-29 08:01

难得糊涂ljc 发表于 2021-3-28 21:16
感觉这地方说的广义相数，物理相数还是数学相数更容易把人绕晕，名词太多不是好事，其本质应该是槽距角（ ...

......其本质应该是槽距角（机械角度）和槽距电角度的区别......

看来你似乎完全没有理解相数的概念。

难得糊涂ljc · 发表于 2021-4-5 22:32

zengxiaodong 发表于 2021-3-29 08:01
......其本质应该是槽距角（机械角度）和槽距电角度的区别......

我这里解释的不是相数的问题，而是说用角度来分辨您所说的各种相数之间的区别会更清楚一些。我也是第一次听说广义相数，物理相数以及数学相数，名词多了并不好理解，所以我从您说的意思里面，感觉可以用一个角度变量加以分辨这三个概念，更容易入门理解

zengxiaodong · 发表于 2021-4-6 07:55

在电机定子所有的槽中，每个槽都通有电流，一般来说每个槽的电流相位各不相同，而存在不同的相位这个事实，就是电机的相数概念的由来。

如果各槽相位互不相同，那么就会有跟槽数相等个数的相数，典型的实例是异步电机的鼠笼转子。

普通电机，一般会槽数多，而相数尽量适当减少（常见3相），这就是说必然会导致有一些槽的电流相位相同。进一步的简化是，相位差180度电角度的槽，由于是相当于反向，因此只要反接就可以归为同相位，这又进一步减少了相数（减半），这就是物理相数的由来......

suifengpiao · 发表于 2021-9-28 10:53

zengxiaodong 发表于 2021-4-6 07:55
在电机定子所有的槽中，每个槽都通有电流，一般来说每个槽的电流相位各不相同，而存在不同的相位这个事实， ...

曾老师，您好:
有个关于电机的问题请教，不知道如何联系到您，就在此提问吧，非常期待您能指点一二，谢谢！
我用Ansoft Maxwell仿真了双定子单转子轴向电机的MAP（10极45槽，节距为4），这样的电机应该属于隐极式电机（即交直轴电感几乎相等），仿真结果显示在20秒峰值电流时直轴电感大于交轴电感，同时较大的负直轴电流可以获得更大的转矩（在低速远未达到母线电压限制）。另外在小电流（比如额定电流）时交直轴电感比较接近，这时有比较小的负直轴电流得到大一点点的转矩（同样运在低速远未达到母线电压限制）。
问题（1）：这种隐极式电机（分布绕组）在不同电流大小时，交直轴电感谁大谁小，为什么？如果真是Ld＞Lq，那么负的Id会产生负的磁阻转矩，这是不是和MTPA控制的初衷背道而驰？
Ld Lq.jpg

zengxiaodong · 发表于 2021-9-28 11:09

本帖最后由 zengxiaodong 于 2021-9-28 11:11 编辑

suifengpiao 发表于 2021-9-28 10:53
曾老师，您好:
有个关于电机的问题请教，不知道如何联系到您，就在此提问吧，非常期待您能指点一二，谢 ...

无论是MTPA还是Id=0都是数学理论上的分析，物理上与此并不完全符合。

实际的情况是，大多数所谓的隐极电机，都是电流适当超前时能得到最大的转矩。

建议参考阅读电机磁饱和那篇帖子。

suifengpiao · 发表于 2021-9-28 11:23

zengxiaodong 发表于 2021-9-28 11:09
无论是MTPA还是Id=0都是数学理论上的分析，物理上与此并不完全符合。

实际的情况是，大多数所谓的隐 ...

曾老师，您的意思是磁饱和的影响，会导致在一定的电流超前角时得到更大的转矩。
那问题是：仿真的数据是对的吗？即：Ld>Lq, Id 为负，这样磁阻转矩为负？
我想过会不会是：
（1）在大电流时，施加负的Id会改变永磁体的工作点，导致永磁转矩的增加量大于磁阻转矩的减小？
（2）根据电动机的功率计算公式P=m*U*I*cos(phi)*η，在负的Id时，功率因数或者效率增加了，导致在负的Id时总的转矩的增加？
请曾老师指点，谢谢！

suifengpiao · 发表于 2021-9-28 11:53

zengxiaodong 发表于 2021-9-28 11:09
无论是MTPA还是Id=0都是数学理论上的分析，物理上与此并不完全符合。

实际的情况是，大多数所谓的隐 ...

曾老师，能否把磁路饱和帖子的链接发一下？不知道是哪个，谢谢您！

suifengpiao · 发表于 2021-9-28 13:57

zengxiaodong 发表于 2021-9-28 11:09
无论是MTPA还是Id=0都是数学理论上的分析，物理上与此并不完全符合。

实际的情况是，大多数所谓的隐 ...

曾老师，您说的那个磁路饱和的帖子（电机磁饱和问题https://bbs.simol.cn/forum.php?m ... &fromuid=239412(出处: 西莫电机圈)），刚一口气看完，也看到了您说的”电流超前角技术”，结论是磁路越饱和，采用超前角后效果越明显。虽然仿真结果和实际电机的标定都验证了您观点的正确。可还是不太明白为什么会这样？曾老师，您理论和实践功力的深厚大家有目共睹（求助了很多人，都没有一个清晰的说法），您能否从深层次的理论知识解释一下为什么磁路越饱和电流超前角技术越有用（针对表贴式隐极电机），或者从电机转矩的计算公式T=3/2*P*[Ψf*Iq+(Ld-Lq)*Id*Iq]详细的分析一下每个参数如何变化最终导致采用电流超前角能在磁路越饱和时越能获得更大的转矩。
此问题已经困扰我很久了，每每想到都不能释怀，与很多西莫的朋友也讨论过相关问题都没有最终的定论。
盼望您的回复，谢谢！

zengxiaodong · 发表于 2021-9-29 09:19

suifengpiao 发表于 2021-9-28 13:57
曾老师，您说的那个磁路饱和的帖子（电机磁饱和问题https://bbs.simol.cn/forum.php?mod=viewthread&tid= ...

关于这个问题的解答：

1、在电机中并不存在直轴、交轴，这仅仅是忽略很多实际情况下的一种简单化假设而已，尤其是其中关于线性的分析，以至于满足叠加条件，这很显然更是并不准确的；

2、因此，衍伸出来的交轴电感、直轴电感等等参数也随之是一种近似的概念，更何况电感本身还有割线电感、切线电感之分呢。严格说来，只有切线电感才是有精确物理意义的参量；

3、自然而然，用假设的参数计算转矩的公式，从根源上就是一种粗略的近似而已；

4、如果固守交直轴理论不变，硬要用这套理论来分析计算电机性能的话，势必会造成这样一种情形，那就是为了解释实际物理现象，不得不进一步假设公式中各种参数的变化：例如电感增加或者减小......

5、这种“硬套理论”的典型代表，就是所谓的交叉饱和现象，为此发表了无数的硕士、博士论文，其实大家也乐在其中；

6、从科学哲学的角度而言，“硬套理论”也是一种可以有限自圆其说的理论，只不过是很吃力很别扭而已而已，且随着研究的深入会越来越吃力越来越别扭，削足适履是也！

suifengpiao · 发表于 2021-9-29 12:34

zengxiaodong 发表于 2021-9-29 09:19
关于这个问题的解答：

曾老师，非常感谢您的回复，您说的差不多也明白一些。
1. 在交直轴电感的计算上确实用到了“理想电机的假设”，电机实际运行时的情况不一样。那能不能按照你说的这种从科学哲学的角度“硬套理论”去分析，在大电流（磁路非常饱和）时，Ld>Lq, Id为负（磁阻转矩为负）即电流超前角控制，为啥还能获得更大的转矩？有限元仿真软件中电感的计算也是在“理想电机的假设”前提下计算的，并且转矩的计算也是根据交直轴电感和电流计算的，且仿真出来的数据和电机实际标定的出来的数据很接近。说明这样的计算也是可行的，至少工程上可以接受。那也就可以刨根问底的去分析您所说的“科学哲学的角度硬套理论”。

2. 如果不从“科学哲学的角度”出发，仅从磁路，磁场等方面出发，能不能帮忙分析一下，在磁路非常饱和时，采用电流超前角控制，也即加上一定的负的直轴电流，这样可以减轻磁路的饱和，接下来怎么去分析转矩会增加？是按照定转子磁场如何变化，相互作用产生更大的转矩还是采用功角计算公式出发去分析转矩的变化？
抑或是磁路饱和程度降低后改变了永磁体的动态工作点，使永磁转矩的增加量大于磁阻转矩（这时是负的）的减小？

我疑惑的是：采用超前角控制后是怎样一步一步的影响到转矩的增加，没有一个完整的闭环解释说服自己。

汤蕴璆老师书中对理想电机的基本假设如下：
(1) 电机的磁路为线性，铁心中的磁滞和涡流损耗忽略不计。
(2 ）气隙磁场在空间为正弦分布，磁场的高次谐波忽略不计。
(3 ）定、转子表面设为光滑，齿、槽的影响用卡氏系数来计及。
(4 ）直轴和交轴气隙可以不等，但气隙的比磁导可以用平均比磁导加上二次谐波比磁导来表示。
(5 ）对于三相交流电机，定子绕组为对称三组绕组。

有限元软件中交直轴电感和转矩的计算公式如下：
Ansys toolkit dq 轴电感的计算_1.jpg

汤老师书中交直轴电感计算公式如下：
汤蕴璆老师书里的dq轴电感计算（对于理想电机）.png

zengxiaodong · 发表于 2021-9-29 13:02

本帖最后由 zengxiaodong 于 2021-9-29 13:05 编辑

......有限元仿真软件中电感的计算也是在“理想电机的假设”前提下计算的，并且转矩的计算也是根据交直轴电感和电流计算的......

这句话完全错误！建立在完全错误的大前提下的讨论也就毫无意义了。

suifengpiao · 发表于 2021-9-29 13:29

zengxiaodong 发表于 2021-9-29 13:02
......有限元仿真软件中电感的计算也是在“理想电机的假设”前提下计算的，并且转矩的计算也是根据交直轴电 ...

那曾老师，该如何正确的理解这个问题，能否分析一下超前角控制的细节（改变了什么，为什么最终得到更大的输出）？谢谢！

suifengpiao · 发表于 2021-9-29 13:32

zengxiaodong 发表于 2021-9-29 13:02
......有限元仿真软件中电感的计算也是在“理想电机的假设”前提下计算的，并且转矩的计算也是根据交直轴电 ...

针对IPM电机很好理解，因为有磁阻转矩的加成，但是针对表贴式隐极电机该如何理解超前角控制的逻辑？

zengxiaodong · 发表于 2021-9-29 13:46

有限元软件中交直轴电感和转矩的计算公式如下：

这个结论你是哪来的？究竟什么是有限元估计你完全搞错了，搞混了。既然都有这些公式了，立马就可以计算各种参数了，干嘛还要有限元呢？有限元联立求解成千上万个方程，根本就不会牵涉到这些公式。

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[原创] 西莫论坛研讨会第二期——气隙磁场专题