调速永磁同步电机设计和测试相差甚远问题？

zhjw_kunshan

调速永磁同步电机：设计如下，但是设计数据和测试数据相差甚远，设计时额定电压为360V但是实际测试出来后发现达到额定负载时，电压达到了440V奇怪，这是个相当难度的问题，不知道有哪位兄弟可以帮回答一下原因？电流的数据基本吻合！所用软件ansoft maxell 5.0。
ADJUSTABLE-SPEED PERMANENT MAGNET SYNCHRONOUS MOTOR DESIGN
     GENERAL DATA
Rated Output Power (kW):        33.4
Rated Voltage (V):        360
Number of Poles:        24
Frequency (Hz):        42.4
Friction and Wind Loss (W):        1200
Rotor Position:        Inner
Type of Circuit:        Y3
Type of Source:        Sine
Domain:        Frequency
Operating Temperature (C):        75
     STATOR DATA
Number of Stator Slots:        54
Outer Diameter of Stator (mm):          480
Inner Diameter of Stator (mm):          340
Type of Stator Slot:        3
Dimension of Stator Slot
            hs0 (mm):          1
            hs1 (mm):          2
            hs2 (mm):          50
            bs0 (mm):          4
            bs1 (mm):          11.2
            bs2 (mm):          16.9
            rs (mm):          2
Top Tooth Width (mm):          8.92946
Bottom Tooth Width (mm):          9.04723
Skew Width (Number of Slots):        1
Length of Stator Core (mm):          210
Stacking Factor of Stator Core:        0.95
Type of Steel:        DW540-50
Slot Insulation Thickness (mm):          0.3
End Length Adjustment (mm):          1
Number of Parallel Branches:        3
Number of Conductors per Slot:        68
Type of Coils:        21
Average Coil Pitch:        2
Number of Wires per Conductor:        8
Wire Diameter (mm):          0.919069
Wire Wrap Thickness (mm):          0.06
Stator Slot Fill Factor (%):        75.5311
Coil Half-Turn Length (mm):          280.766
     ROTOR DATA
Minimum Air Gap (mm):          1
Inner Diameter (mm):          280
Length of Rotor (mm):          210
Stacking Factor of Iron Core:        0.95
Type of Steel:        zhutie
Polar Arc Radius (mm):          169
Mechanical Pole Embrace:        0.86
Electrical Pole Embrace:        0.862778
Max. Thickness of Magnet (mm):          5
Width of Magnet (mm):          37.9696
Type of Magnet:        n35sh
Type of Rotor:        2
     PERMANENT MAGNET DATA
Residual Flux Density (Tesla):        1.19
Coercive Force (kA/m):        876
Maximum Energy Density (kJ/m^3):        275
Relative Recoil Permeability:        1
Demagnetized Flux Density (Tesla):        7.26318e-005
Recoil Residual Flux Density (Tesla):        1.10079
Recoil Coercive Force (kA/m):        876.01
     MATERIAL CONSUMPTION
Armature Copper Density (kg/m^3):          8900
Permanent Magnet Density (kg/m^3):          7800
Armature Core Steel Density (kg/m^3):          7750
Rotor Core Steel Density (kg/m^3):          7350
Armature Copper Weight (kg):          48.6982
Permanent Magnet Weight (kg):          7.47958
Armature Core Steel Weight (kg):          76.4704
Rotor Core Steel Weight (kg):          33.6097
Total Net Weight (kg):          166.258
Armature Core Steel Consumption (kg):          360.694
Rotor Core Steel Consumption (kg):          160.652
     STEADY STATE PARAMETERS
Stator Winding Factor:        0.945214
D-Axis Reactive Reactance Xad (ohm):        0.954227
Q-Axis Reactive Reactance Xaq (ohm):        0.954227
D-Axis Reactance X1+Xad (ohm):        2.49987
Q-Axis Reactance X1+Xaq (ohm):        2.49987
Armature Leakage Reactance X1 (ohm):        1.54564
Zero-Sequence Reactance X0 (ohm):        1.21658
Armature Phase Resistance R1 (ohm):        0.156123
     NO-LOAD MAGNETIC DATA
Stator-Teeth Flux Density (Tesla):        1.81891
Stator-Yoke Flux Density (Tesla):        1.01069
Rotor-Yoke Flux Density (Tesla):        0.659754
Air-Gap Flux Density (Tesla):        0.776093
Magnet Flux Density (Tesla):        0.792338
Stator-Teeth Ampere Turns (A.T):        522.902
Stator-Yoke Ampere Turns (A.T):        2.86278
Rotor-Yoke Ampere Turns (A.T):        4.15763
Air-Gap Ampere Turns (A.T):        697.07
Magnet Ampere Turns (A.T):        -1227.34
Leakage-Flux Factor:        1
Correction Factor for Magnetic
  Circuit Length of Stator Yoke:        0.679825
Correction Factor for Magnetic
  Circuit Length of Roor Yoke:        0.592696
No-Load Line Current (A):        18.3175
No-Load Input Power (W):        1624.62
Cogging Torque (N.m):        3.63061e-011
     FULL-LOAD DATA
Maximum Line Induced Voltage (V):        469.541
Root-Mean-Square Line Current (A):        71.0219
Root-Mean-Square Phase Current (A):        71.0219
Armature Thermal Load (A^2/mm^3):        363.02
Specific Electric Loading (A/mm):        81.3835
Armature Current Density (A/mm^2):        4.46061
Friction and Wind Loss (W):        1200
Iron-Core Loss (W):        266.439
Armature Copper Loss (W):        2362.46
Total Loss (W):        3828.9
Output Power (W):        33404.5
Input Power (W):        37233.4
Efficiency (%):        89.7165
Synchronous Speed (rpm):        212
Rated Torque (N.m):        1504.67
Torque Angle (degree):        47.7041
Maximum Output Power (W):        43583.7
     WINDING ARRANGEMENT
The 3-phase, 2-layer winding can be arranged in 9 slots as below:
AZBCYABXC
Angle per slot (elec. degrees):        80
Phase-A axis (elec. degrees):        100
First slot center (elec. degrees):        0
     TRANSIENT FEA INPUT DATA
For Armature Winding:
  Number of Turns:        612
  Parallel Branches:        3
  Terminal Resistance (ohm):        0.156123
  End Leakage Inductance (H):        7.9911e-005
2D Equivalent Value:
  Equivalent Air-Gap Length (mm):        210
  Equivalent Stator Stacking Factor:        0.95
  Equivalent Rotor Stacking Factor:        0.95
  Equivalent Br (Tesla):        1.10079
  Equivalent Hc (kA/m):        876.01
Estimated Rotor Inertial Moment (kg m^2):        2.09885

zhjw_kunshan

无人能解释原因

cqj76

看看你反电动势电压

zhjw_kunshan

反电动势电压为332V

WEZDAH

减少线圈匝数试试，需要降低反电动势。

zhjw_kunshan

哦，但是减少线圈的圈数，电流会增大的。

shallyboy

Maximum Line Induced Voltage (V):        469.541
你设计的时候反电动势就挺大，并不是你给360V就是360V的，估计你的电机功率因数不高，可以减少线圈匝数

xpl1973

设计单中的最大反电势已有469V了。

谪仙人

有可能是设计时电流角（电流与反电势夹角）比较大吧，而实际电机运行时控制器采用id=0控制策略，那么设计时就是处于弱磁状态了，端电压可以比较小。

chenwenmin

    楼主，你好，从你的计算单来看，你设计的电磁方案中，额定转速下反电势最大值是469.541V，那么此时的反电势有效值为469.541÷1.414=332V，根据调速永磁同步电机最佳设计原则，额定点反电势要尽量接近施加电压，但又要略小于施加电压，大概保持 反电势÷施加电压=0.92--0.96，而332÷360=0.9222，基本上就在合理的范围内，所以除了槽满率稍低一点外，其他参数设计还算合理。
   至于你说的电压达到440V，我觉得可能性似乎不大，如果真出现这样的问题，有可能是变频器的电角度调得不对，你可以调整一下，我们公司以前也遇到过类似的问题，后来调整电角度后就好了。

lzhliang75

调速电机要分析的参数不仅仅是额定值,而且要包括,调速范围内的上下限,参数,需要进行更多的优化折中选择参数.

晒太阳的云朵

不知道你们采用什么控制方式，如果控制角对的话，就说明你的永磁体用的太少，匝数太多，导致较低的功率因数。因为额定值刚开始时认为定的，在这种情况下，电流差不多说明效率是差不多的，所以就是因为你的功率因数太低，这还会影响到电机的过负载性能。

chenwenmin

还有，楼主提供的hs2=2mm有点小问题，会造成肩角比较高，槽楔容易松动，可以适当提高hs1的值，并减少hs2的值，让肩角的角度尽量保持在30°左右比较合理。从工艺的角度来讲，肩角是越小越好的，这样有利于槽楔的固定；但是肩角过小又容易使齿尖部分饱和，从而影响电机性能。所以肩角的选择经常是一个折中的选择。个人意见，供参考。

chenwenmin

    另外还要稍微解释一下为何定子齿尖部分不能太薄的原因。定子槽hs1值过小，会造成齿尖过薄，很容易达到磁饱和。硅钢片的磁密度达到1.8T后，其导磁能力与空气接近，磁力线就会避开齿尖部分，相当于电机的槽口扩大了许多，而且还是不对称的，这时对于磁力线来说，磁阻的非线性程度大大增加，所以电机气隙中的谐波分量会增加（谐波产生的原因是磁阻的非线性），造成电机的振动和噪音的增加。因此，hs1的值要保证，不能太小。

hildr

极槽数配合不好
齿磁密太高
永磁体太厚，永磁体偏心太多，成本太高
反电势太高
楼主业余选手。

SNYDJ

这就是用商业软件的缺点,参数设置得不对,但你又无法修改!

zhjw_kunshan

hildr 发表于 2013-12-16 00:07
极槽数配合不好
齿磁密太高
永磁体太厚，永磁体偏心太多，成本太高

永磁同步电机的齿磁密空载时都是选择这么高的，这是参照我们的刘博士的建议来设计的！

zhjw_kunshan

chenwenmin 发表于 2013-12-12 11:56
楼主，你好，从你的计算单来看，你设计的电磁方案中，额定转速下反电势最大值是469.541V，那么此时的反 ...

应该是你所说的这样，但是变频器的角度不知道如何调整。后来重新设计了一个，将角度调整20度左右就没有这个问题了。我们采用的控制是Id=0的控制！非常感谢建议！

︶ㄣ個√過客℡

用软件计算出来的数据只能做参考
具体实施需要调整圈数以及线径等

adailengxueyu

学习了多谢回答。