zengxiaodong 发表于 2022-10-13 18:30

这样看来,目前Motor-CAD的实导体AC Loss计算,后处理部分存在一些问题,不能给出导体损耗的空间分布(有效值)。

试了一下目前的最新版FluxMotor2022.1




这是某一瞬时的结果!

zengxiaodong 发表于 2022-10-13 21:08




不知道发电状态是不是仅需改变控制角就可以了?

zengxiaodong 发表于 2022-10-16 16:00

上面Fluxmotor计算的扁线损耗,是通过导入Flux计算的,而且由于Fluxmotor无法选择发电机工况,只好在Flux中强行改变控制角(变化180度电角度)来进行发电工况的计算。

但是,云图显示的是某瞬时的状态,要处理成涡流损耗有效值的云图,似乎比较麻烦!

zengxiaodong 发表于 2022-10-19 15:41

本帖最后由 zengxiaodong 于 2022-10-19 18:27 编辑

zengxiaodong 发表于 2022-10-19 18:28


zengxiaodong 发表于 2022-10-20 12:12

zengxiaodong 发表于 2022-10-24 13:22

本帖最后由 zengxiaodong 于 2022-10-24 20:35 编辑

这章内容(区区共22页)值得逐字逐句仔细阅读,非如此不可能搞懂扁线绕组的交流损耗。







zengxiaodong 发表于 2022-10-24 17:30

本帖最后由 zengxiaodong 于 2022-10-24 18:50 编辑

以Prius为例,频率按照800Hz,温度按照20℃(因为铜在50Hz时的透入深度为9.345毫米,见本帖59楼),则透入深度为9.345/4=2.34毫米。

假设扁线层数为Zt=8,那么根据楼上公式,可以计算出临界高度为1.09mm
假设扁线层数为Zt=10,那么根据楼上公式,可计算出临界高度为0.977mm


所以,目前很多扁线电机的导体高度,均超过了临界高度,这就会产生双边集肤效应(Double-Sided Skin Effect),导致非常严重的交流损耗!


补充内容 (2022-10-26 15:08):
Double-Sided Skin Effect,翻译成“双边挤流效应”更加好!

zengxiaodong 发表于 2022-10-24 22:10

zengxiaodong 发表于 2022-10-25 09:46

程福秀在《现代电机设计》里面,是对交流电阻表达式求导,得到临界高度的计算公式,及其对应的交流电阻系数。




陈世坤在《电机设计》里,也是用求导的办法,得到临界高度数值以及电阻系数,结合楼上这张图,就可以更直观看出“临界高度”的物理含义。



zengxiaodong 发表于 2022-10-25 13:25

本帖最后由 zengxiaodong 于 2022-10-25 19:18 编辑


在层数保持不变时,仅改变导体高度

zengxiaodong 发表于 2022-10-25 18:35

本帖最后由 zengxiaodong 于 2022-10-25 18:36 编辑

在层数保持不变,仅改变导体高度时,交流电阻最小值发生在临界高度时。

如果保持槽深不变,改变层数,又是什么情况呢?下面是汤蕴璆、梁艳萍《电机电磁场的分析与计算》中的一个计算实例



由于层数太少时,近似公式误差较大,所以,仅讨论层数3以上的情形,明显可以看出,只有层数达到15以上时,导体高度才接近临界高度,且此时交流电阻系数接近1.33

zengxiaodong 发表于 2022-10-26 10:28

看到这里,大家不免要问我一个至关重要的问题:

既然“临界高度”是1毫米左右,而实际扁线的高度远大于1毫米,那么AC Loss会是直流铜损耗的很多倍,为什么这么多车用马达还采用扁线绕组呢?况且各种文献以及测试对比数据都没有发现特别的异常损耗呀......

对这个疑问的答复很简单,那就是圆线绕组本身也是有很大的AC Loss(因为环流的缘故),所以,如果以圆线拉入式绕组为基准进行测试对比的话,发现不了太大的问题。

换句话说,Hofer动力总成公司提到的降低25%铜损耗,这应该是一个极为保守的数值!


zengxiaodong 发表于 2022-10-26 13:34

本帖最后由 zengxiaodong 于 2022-10-26 15:14 编辑

zengxiaodong 发表于 2022-10-24 17:30
以Prius为例,频率按照800Hz,温度按照20℃(因为铜在50Hz时的透入深度为9.345毫米,见本帖59楼),则透入 ...
双边挤流效应(Double-Sided Skin Effect),会产生严重的AC Loss,严重到什么程度呢?上2楼提供的图片表格有具体的实例,表中交流电阻比直流电阻增加竟然达到近8倍,这还是50Hz条件下的数值,如果频率继续提高,交流电阻还要更高!

很多扁线论文提供的图片,为什么我认为是错误的呢?就是因为它们出现了双边挤流效应(Double-Sided Skin Effect)

本帖17楼就是一个实例,这意味着“临界高度”被大大突破,因而是相当不合理的设计方案!


zengxiaodong 发表于 2022-10-26 16:38

本帖最后由 zengxiaodong 于 2022-10-27 08:14 编辑

楼上电密分布云图,特别要注意一点,那就是一旦发生了双边挤流效应的导体,其上下侧的电密其实是接近反相位的(相位差90~180度电角度)!

扁线层数为2层时的一个实例




采用有限分层法计算的2层扁线绕组导体中电流相量图如下,其具体计算方法是把每根扁线分割成若干根(层)假想的子导体,并认为每根子导体中的电流集中于几何中心线上,然后迭代求解




只有相量图,才是扁线导体中电流分布的完备描述————既有幅值,也有相位!





lijian988998 发表于 2022-10-26 19:31

学习,学习{:1_528:}

zengxiaodong 发表于 2022-10-27 08:24

zengxiaodong 发表于 2022-10-26 16:38
楼上电密分布云图,特别要注意一点,那就是一旦发生了双边挤流效应的导体,其上下侧的电密其实是接近反相位 ...

为什么发生了双边挤流效应的导体,其上下侧的电密其实是接近反相位的呢?

其原因是感应出的涡流足够大,大到甚至能够抵消传导电流(一侧叠加,一侧抵消)!感应涡流的大小很显然与频率、导体高度、电阻率等密切相关,这也就是“临界高度”会成为一个特征参数的根本原因。另外可以想见的是,由于导体中出现了反向的电流层,意味着导体中的电流分布极度不均匀,因此交流电阻就会变得很大。

zengxiaodong 发表于 2022-10-27 09:57

本帖最后由 zengxiaodong 于 2022-10-27 15:24 编辑

这篇论文有个48槽8极永磁电机的计算实例,在转速12000r/min时,最高效率仅仅94.5%,这是很低的数值。

我们有一个8极永磁电机,在3600r/min时,效率就很容易达到95%以上,用的是圆线绕组。






从论文中提供的图表可以看出,扁线绕组明显出现了双边挤流效应。


zengxiaodong 发表于 2022-10-27 14:10

本帖最后由 zengxiaodong 于 2022-10-27 15:26 编辑

以楼上8层扁线为例,假如绕组铜耗能够被降低60%,那将会是什么惊人的结果?

显然,不仅电机效率大幅度提高了,而且电机的冷却系统也会出现根本性的改变,因为没有那么多的热量需要散发了,油冷尤其是内油冷也许就不是必须的了!


或者反过来,假设散热系统不作改变,那么电机的输出扭矩(功率)大体上可以提高到1.581倍!

zengxiaodong 发表于 2022-10-27 16:33

本帖最后由 zengxiaodong 于 2022-10-27 22:48 编辑

zengxiaodong 发表于 2022-10-26 16:38
楼上电密分布云图,特别要注意一点,那就是一旦发生了双边挤流效应的导体,其上下侧的电密其实是接近反相位 ...
采用有限分层法计算时,类似于有限单元法,分层的假想子导体数越多,自然求解的结果越精确,如果分层数增加到无穷,就变成了光滑连续的电流相量曲线图。


以2层扁线的顶层为例,见下面图中红色的曲线




在无穷多分层数时,每个电流相量都成为无穷小,因此,“电流相量”要变成“电流密度相量”才更适合于描述。

类似的异曲同工的数学物理概念有:

质量、密度
概率、概率密度
频谱、频谱密度
电流、电流密度

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