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电机铁芯损耗曲线的拟合
编辑:杭州旭烈电机(铁芯)有限公司   时间:2019-07-25

        随着电机功率的提高,从电磁设计到机械加工,都具有很高的难度。众所周知,随着电机容增大,电磁负荷增加,电机的发热及冷却成为电机设计为关心的问题。电机发热主要由生的热量和绕组产生的热量。

        铁心损耗的计算原理:

        铁耗是由交变磁场在铁心内产生的,目前工程上普遍采用的是由Bertotti等人首先提出铁心损耗分离理论,它根据铁磁材料在交变磁场作用下产生损耗发热的机理不同,进而进行分离后分别考虑,还有叠加求得铁磁材料总损耗。因此,对导磁又导电的材料,根据 Bertotti铁耗分离理论,铁耗一般由3部分组成,即磁滞损耗、涡流损耗和附加损耗。

       (1)式中:式中,Fe P 为单位重量铁心总损耗;h P 为单位重量磁滞损耗;e P 为单位重量涡流损耗;ex P 为单位重量附加损耗。根据Steinmetz方程,磁滞损耗和附加损耗可以统称为Steinmetz损耗,可以用式(2)表示:

βαB f K P h h =  (2)式中,h K 、α和β是取决于材料性能的常数,当1=α时,表示不考虑附加损耗,只考虑钢片在工频下的损耗。在一般电机的频率范围内,磁场在钢片上可以认为均匀分布的,涡流损耗可以通过解析方法计算得到,(3)式中,ρ为钢片的电阻率,Fe ρ为钢片的密度,Fe ∆为钢片的厚度。由上式可知,涡流损耗系数与磁通密度、频率及材料厚度的平方成正比。

        一般情况下,附加损耗ex P 比较小,计算中不予考虑。从以上分析可以看出,式(7)较简单,一般在工程上使用。式(6)是计算铁芯损耗较为准确的公式,但式中出现了h K 、e K 、α和β四个未知数。我们可以通过实验,在不同频率下测得这种硅钢片材料损耗的一系列曲线,然后用式(6)拟合出这条曲线,从而得到这四个未知参数的值。这样,计算铁芯损耗的时候,就可以省去通过磁密查曲线的过程,根据计算得到的磁密,通过式(6)就

可以直接得到,大大简化了编程及计算过程。

       损耗参数的计算:

      为确定各参数的值,需要一系列的铁芯损耗实验值作为已知条件拟合得到。根据数学理论可以知道,符合这些实验值的参数值有很多,为比较准确分离Steinmetz损耗和涡流损耗,需要不同频率、不同厚度时的铁损值做曲线拟合,拟合得到的参数值能比较正确地模拟铁芯损耗的实际情况。本文以M250-50硅钢片为例,介绍各损耗系数的求解方法。附表为M250在厚度为0.5mm和0.35mm时的损耗曲线。

       根据前面的分析,附表的数据应满足式(6),因此,根据附表就可以拟合出各个参数的值。本例采用专业的曲线拟合软件1stOpt进行数据拟合,需要做以下方面的工作:

(1)定义s、f、B为自变量,P为因变量,h K 、e K 、α和β为参数,以式(6)作为拟合函数;

(2)以实验测得的结果作为已知数据,如附表;

(3)使用“标准麦夸特法+通用全局优化法”,修正参数值,进行拟合迭代,不断比较近似度,达到设定的收敛标准。

       需要注意的一点,由于上述曲线是在径向磁场的作用下测得,对于铁芯来讲,由于电机漏磁场的作用,还会在铁芯表面产生周向涡流,因此,实际的铁芯损耗应该比计算的结果大。

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