prius2010驱动电机分析

254339861 · 发表于 2017-9-12 10:40

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？

limengde2001 · 发表于 2017-9-12 11:53

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？

limengde2001 · 发表于 2017-9-12 14:53

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？

limengde2001 · 发表于 2017-9-13 14:47

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：

limengde2001 · 发表于 2017-9-13 21:37

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

limengde2001 · 发表于 2017-9-13 22:17

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

simolcad · 发表于 2017-9-13 22:18

非常感谢，好东西啊！！

limengde2001 · 发表于 2017-9-14 10:05

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
n (rpm)	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：

limengde2001 · 发表于 2017-9-14 23:26

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

limengde2001 · 发表于 2017-9-14 23:36

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。

yupoo · 发表于 2017-9-21 11:10

limengde2001 发表于 2017-9-13 21:37
补充计算汇总：

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

yupoo · 发表于 2017-9-21 16:07

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

yupoo · 发表于 2017-9-22 10:49

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

shengxi · 发表于 2017-9-23 07:14

楼主好人，很好的文章

limengde2001 · 发表于 2017-9-28 23:19

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~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

yupoo · 发表于 2017-9-29 16:44

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

yupoo · 发表于 2017-10-9 11:19

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

BY_CH1 · 发表于 2017-10-27 19:25

yupoo 发表于 2017-9-21 16:07
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。

前辈，MotorSolve是不是导入的模型充磁会有问题，官方教程好像也没有导入模型，
我导入的模型充磁有问题，请问有办法改么？？？？？？？？

BY_CH1 · 发表于 2017-10-27 21:07

yupoo 发表于 2017-9-21 16:07
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。

导入径相这种就没有问题。

yupoo · 发表于 2017-10-30 11:15

BY_CH1 发表于 2017-10-27 19:25
前辈，MotorSolve是不是导入的模型充磁会有问题，官方教程好像也没有导入模型，
我导入的模型充磁有问题 ...

你这个是motorsolve 啥版本啊？
导入模型是有问题，但是可以确定的一点的时，负载状况，磁力线是要发生偏转的。但是至少磁钢内部磁力线是要垂直于永磁体的

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