一種采用取向硅鋼片的新型同步磁阻電機(jī)

孟延輝，祖樹濤，趙冀寧，李江龍，王占寧，李建鵬，王韶鵬，劉成成

(1. 國(guó)網(wǎng)河北省電力有限公司檢修分公司，石家莊 050070;2.河北工業(yè)大學(xué) 省部共建電工裝備可靠性與智能化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300130;3.河北工業(yè)大學(xué) 河北省電磁場(chǎng)與電器可靠性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300130)

0 引言

電機(jī)作為機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置廣泛應(yīng)用于國(guó)民生活和社會(huì)生產(chǎn)等各個(gè)方面，是國(guó)家發(fā)展不可或缺的一部分。但在能源短缺及環(huán)境污染日益嚴(yán)重的現(xiàn)狀下，人們對(duì)低污染高效率高轉(zhuǎn)矩密度的電機(jī)需求急劇增加。目前主流電機(jī)有感應(yīng)電機(jī)(Induction Machine,IM)[1-5]、永磁同步電機(jī)(Permanent Magnet Synchronous Machine,PMSM)[6-8]、同步磁阻電機(jī)(Synchronous Reluctance Machine,SynRM)[9-12]等。IM 具有較好的自起動(dòng)及過載能力，結(jié)構(gòu)可靠，造價(jià)較低，制造及維修技術(shù)都較成熟。但I(xiàn)M 恒功率范圍較窄僅為基速的2-3 倍，在恒功率范圍要求較高的應(yīng)用場(chǎng)合受到限制。IM 轉(zhuǎn)子上嵌有鼠籠條或纏有繞組，使得其在工作中轉(zhuǎn)子發(fā)熱嚴(yán)重，損耗較大，效率較低。相比于IM，PMSM 具有高轉(zhuǎn)矩和高功率密度的特點(diǎn)，同時(shí)PMSM 轉(zhuǎn)子上沒有勵(lì)磁繞組，發(fā)熱較低，損耗主要產(chǎn)生于定子側(cè)，因此散熱系統(tǒng)簡(jiǎn)單，效率可達(dá)到90%以上。然而稀土永磁體價(jià)格不穩(wěn)定，受市場(chǎng)影響較大，使得PMSM 造價(jià)遠(yuǎn)高于IM，并且稀土永磁體存在高溫退磁現(xiàn)象，這些缺點(diǎn)都限制PMSM 進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用，因此不含永磁體的SynRM 得到了科學(xué)家的關(guān)注。

SynRM的運(yùn)行基于磁阻最小原理，即磁通總是沿著磁阻最小的路徑閉合，其定子與IM 相同，轉(zhuǎn)子由硅鋼片疊壓而成并在沖有多層磁障，這種特殊結(jié)構(gòu)使得轉(zhuǎn)子直交軸磁阻出現(xiàn)了較大差異，表現(xiàn)出強(qiáng)烈的凸極性。SynRM定轉(zhuǎn)子都為硅鋼片，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)較低；轉(zhuǎn)子不存在繞組和永磁體，發(fā)熱較低；轉(zhuǎn)子不存在激磁磁場(chǎng)，因此電機(jī)在高速運(yùn)行時(shí)不需要弱磁，調(diào)速范圍較大。但因?yàn)橛卸鄬哟耪鲜勾抛枳兓贿B續(xù)，因此轉(zhuǎn)矩紋波和噪聲較大；并且轉(zhuǎn)子沒有勵(lì)磁磁場(chǎng)，定子電流需要產(chǎn)生較大分量進(jìn)行勵(lì)磁，使得電機(jī)功率因數(shù)較低；磁障之間為導(dǎo)磁橋，若導(dǎo)磁橋?qū)挾容^大，直交軸磁阻差值較小，若導(dǎo)磁橋?qū)挾容^窄，重載運(yùn)行下導(dǎo)磁橋會(huì)出現(xiàn)飽和，凸極率降低，轉(zhuǎn)矩減小。

針對(duì)SynRM 的轉(zhuǎn)矩和功率因數(shù)較低，重載下導(dǎo)磁橋飽和的缺點(diǎn)，本文提出了一種新型同步磁阻電機(jī)(NSynRM)。所提出的NSynRM 在非取向硅鋼片的框架下鑲嵌有取向硅鋼片，即在轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁橋和定子齒部嵌有取向硅鋼片，軋制方向沿著直軸磁通流通方向。利用取向硅鋼片軋制方向磁導(dǎo)率高，垂直軋制方向磁導(dǎo)率低的特點(diǎn)使SynRM在重載情況下有效緩解轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁橋和定子齒部的飽和，因此NSynRM 凸極率、轉(zhuǎn)矩和功率因數(shù)都得到提升，同時(shí)取向硅鋼片鐵耗相對(duì)較低，使得NSynRM 損耗較低。

1 新型同步磁阻電機(jī)

圖1(a)為SynRM 模型圖，圖1(b)為本文所提出的NSynRM 模型圖， NSynRM 在定子齒部和轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁橋部?jī)?nèi)嵌有取向硅鋼片(如圖1(c)所示)，疊壓方式為沖片疊壓式。磁障部分用環(huán)氧樹脂等非導(dǎo)磁材料填充。取向硅鋼片和無(wú)取向硅鋼片的B-H 曲線如圖2所示。

圖1 兩個(gè)同步磁阻電機(jī)模型圖

因?yàn)镾ynRM 勵(lì)磁源只有定子槽內(nèi)的電樞繞組，因此增加槽面積可以有效加強(qiáng)磁場(chǎng)增加轉(zhuǎn)矩，然而當(dāng)定子槽面積增加后又必然會(huì)使定子齒部變窄，在電流密度較大情況下齒部極易達(dá)到飽和，使得齒部硅鋼片磁導(dǎo)率下降，進(jìn)而限制磁通流通使得SynRM 轉(zhuǎn)矩下降。在齒部加入取向硅鋼片就為了解決這個(gè)問題，將取向硅鋼片軋制方向沿齒長(zhǎng)方向(齒部磁力線流通方向)放置，利用其軋制方向高磁導(dǎo)率的特點(diǎn)，使得齒部飽和程度降低，從而達(dá)到增加SynRM 轉(zhuǎn)矩的目的。SynRM 性能與直交軸電感密切相關(guān)，增加直軸電感(Ld)、降低交軸電感(Lq)可以提高SynRM 的輸出轉(zhuǎn)矩，提高其功率因數(shù)。在轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁橋上嵌有取向硅鋼片，增加了其抗飽和能力。本節(jié)所設(shè)計(jì)的SynRM 額定參數(shù)如表1所示。

表1 同步磁阻電機(jī)基本參數(shù)

圖2 兩種硅鋼片B-H曲線

圖2(a)為非取向硅鋼片B-H曲線，圖2(b)為取向硅鋼片沿軋制方向B-H曲線，圖2(c)為取向硅鋼片垂直軋制方向的剪切方向B-H曲線。如圖所示非取向硅鋼片膝點(diǎn)磁密為1.4 T，飽和磁密為1.6 T；取向硅鋼片在其軋制方向膝點(diǎn)磁密1.8 T，飽和磁密達(dá)到了1.95 T，而在其垂直軋制方向膝點(diǎn)磁密僅有1.2 T，飽和磁密1.4 T。因此在相同外加電流情況下磁通會(huì)先流過磁導(dǎo)率高的取向硅鋼片軋制方向，使得定子齒部和轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁橋處的通流能力顯著提高。圖3為在外加電流密度為6 A/mm2和18 A/mm2情況下SynRM和NSynRM局部磁密分布圖。

圖3 不同電流密度下電機(jī)磁密分布圖

圖3(a)、圖3(c)為SynRM分別在6 A/mm2和18 A/mm2電流密度下磁密分布圖；圖3(b)、圖3(d)為NSynRM分別在6 A/mm2和18 A/mm2電流密度下磁密分布圖。對(duì)比圖2可知在額定電流密度6 A/mm2下，SynRM導(dǎo)磁橋處硅鋼片磁密在膝點(diǎn)附近，定子部分齒已達(dá)到飽和；NSynRM在定子齒部的取向硅鋼片磁密在1.9 T左右，基本在其B-H曲線的膝點(diǎn)附近。在最大電流密度18 A/mm2情況下，傳統(tǒng)SynRM轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁橋基本飽和，定子齒部已處于嚴(yán)重飽和狀態(tài)，最高磁密為1.85 T；NSynRM定子齒部和轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁橋也處于飽和狀態(tài)，其最大磁密達(dá)到了2.0T，因此取向硅鋼片的加入使得SynRM在磁通流通的關(guān)鍵位置齒部和導(dǎo)磁橋的磁密飽和上限值得到提升，使定子電樞繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)能被充分利用。

圖4標(biāo)注了影響SynRM性能的主要參數(shù)，分別為傳統(tǒng)SynRM、NSynRM轉(zhuǎn)子參數(shù)以及NSynRM定子參數(shù)標(biāo)注圖。圖中S1和S2表示導(dǎo)磁橋?qū)挾?；W1、W2、W3為氣隙磁障寬度；β1、β2、β3為磁障端部角度；L1、L2為NSynRM取向硅鋼片寬度；H1為邊緣磁肋寬度；Sd為轉(zhuǎn)子實(shí)際長(zhǎng)度；R1、R2、R3定義定子尺寸，分別為定子軛部長(zhǎng)度、齒部長(zhǎng)度、齒部寬度；Q1、Q2定義定子鑲嵌的取向硅鋼片參參數(shù)代表取向硅鋼片的寬度和長(zhǎng)度。

圖4 同步磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)

通過綜合考慮電機(jī)魯棒性和電磁性能，表2列出了兩個(gè)電機(jī)的主要參數(shù)，以確定電機(jī)具體形狀。

表2 主要參數(shù)

2 新型同步磁阻電機(jī)性能分析

在確定上述兩個(gè)電機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸后，本節(jié)將分析所輸入的電流對(duì)其性能的影響及對(duì)兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、功率因數(shù)、鐵耗、效率等性能進(jìn)行分析對(duì)比。

2.1 電樞電流初相對(duì)SynRM的影響

本文中模型所采用的電樞繞組為整數(shù)槽集中繞組，分為A、B、C三相并分別通入正弦交流電以產(chǎn)生電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)所需要的磁場(chǎng)，繞組所施加電流激勵(lì)如下所示：

(1)

式中，IA、IB、IC分別為三相電樞繞組所施加的激勵(lì)，I為所加電流有效值，f為電機(jī)運(yùn)行頻率，θ為激勵(lì)電流初相，即正弦量零點(diǎn)到t=0所經(jīng)歷的電角度。SynRM沒有永磁體依靠電流勵(lì)磁分量對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁化，產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩。即調(diào)整電流初相角，使電機(jī)獲得更加的性能和運(yùn)行范圍。初相角決定了電流的直交分量和磁通的走勢(shì)，進(jìn)而影響交直軸電感。首先在額定電流密度6 A/mm2下對(duì)電流初相進(jìn)行參數(shù)化掃描，進(jìn)而分析其對(duì)電機(jī)性能影響。圖5為電流初相為0°和90°兩個(gè)極端情況下定子和轉(zhuǎn)子磁力線分布圖。

圖5 磁力線分布圖

從圖5可以看出當(dāng)電流初相θ=0°時(shí)，電樞繞組產(chǎn)生的磁力線基本沿著直軸導(dǎo)磁橋流通，使得導(dǎo)磁橋較為飽和，這是因?yàn)榇藭r(shí)電流全為直軸分量使得導(dǎo)磁橋兩側(cè)磁動(dòng)勢(shì)差值最大，磁力線沿著磁勢(shì)差值最大即導(dǎo)磁橋方向流通；當(dāng)電流初相θ=90°時(shí)電流全為交軸分量，導(dǎo)磁橋兩側(cè)磁動(dòng)勢(shì)相等因此磁力線大都流過轉(zhuǎn)子磁障然后經(jīng)過氣隙、定子形成閉合回路，這時(shí)導(dǎo)磁橋無(wú)磁力線流通不會(huì)產(chǎn)生飽和情況。因此隨著電流初相增加磁力線逐漸由轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁橋方向向磁障偏移。

圖6顯示了直交軸電感隨電流初相增加的變化趨勢(shì)。如圖所示直軸電感(Ld)隨電流初相的增加呈現(xiàn)先增加后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)，因?yàn)殡娏飨辔惠^小時(shí)磁力線大多經(jīng)過導(dǎo)磁橋閉合使得導(dǎo)磁橋較為飽和，磁阻大電感較低，隨著電流相位的增加直軸分量減小，交軸分量增加，因此磁力線逐漸偏向磁障，導(dǎo)磁橋飽和程度降低因此直軸電感上升，當(dāng)電流相位到達(dá)70°后導(dǎo)磁橋不再飽和，此時(shí)直軸電感趨于穩(wěn)定；交軸電感(Lq)隨電流相位變化不明顯，因?yàn)榻惠S主要為非導(dǎo)磁材料，磁阻很大受磁場(chǎng)影響很小。同時(shí)對(duì)比圖6(a)、圖6(b)兩圖可知在導(dǎo)磁橋飽和即θ<70°時(shí)NSynRM直軸電感要高于SynRM，當(dāng)導(dǎo)磁橋不再飽和后兩者直軸電感相差較小，因?yàn)榍对贜SynRM導(dǎo)磁橋和定子齒的取向硅鋼片發(fā)揮了作用，而當(dāng)導(dǎo)磁橋不飽和時(shí)取向硅鋼片的作用就很小，因此此階段兩個(gè)電機(jī)直軸電感近似相等；兩個(gè)電機(jī)交軸電感基本相同。凸極率最大值出現(xiàn)在θ為65°～75°范圍內(nèi)。圖7為兩個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)矩和功率因數(shù)隨電流初相變化曲線圖。

圖6 電流初相與電感變化曲線圖

轉(zhuǎn)矩與直交軸電流乘積和直交軸電感差值的最大值成正比，直交軸電流乘積如：

(2)

因此直交軸電感乘積在θ為45°時(shí)取得最大值，直交軸電感差值如圖7可知在θ為65°～75°范圍內(nèi)取得最大值，因此轉(zhuǎn)矩最大值出現(xiàn)在θ為50°～60°范圍內(nèi)，如圖8(a)所示NSynRM最大轉(zhuǎn)矩高于SynRM。圖8(b)為兩個(gè)電機(jī)功率因數(shù)曲線圖，功率因數(shù)隨著θ增加為先上升后下降，最大值出現(xiàn)在θ為65°～75°范圍內(nèi)，因?yàn)楣β室驍?shù)與凸極率成正比因此變化趨勢(shì)與凸極率變化一致，同時(shí)最大功率因數(shù)僅為0.66，因?yàn)殡姌须娏饔胁糠址至坑脕懋a(chǎn)生勵(lì)磁磁場(chǎng)，該部分磁能不能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，因此此電機(jī)功率因數(shù)要低于永磁電機(jī)。

圖7 電流初相與轉(zhuǎn)矩和功率因數(shù)變化曲線圖

2.2 電樞電流有效值對(duì)SynRM性能影響

電機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)其內(nèi)部磁場(chǎng)基本處于硅鋼片膝點(diǎn)附近，但電機(jī)在特定工況下也需要過載運(yùn)行即所輸入的電樞電流會(huì)高于額定電流的2～3倍，這時(shí)也要保證電機(jī)仍有較好的轉(zhuǎn)矩輸出能力，即內(nèi)部硅鋼片在電機(jī)過載運(yùn)行時(shí)仍有較好的導(dǎo)磁能力不出現(xiàn)過飽和問題，因此本節(jié)主要對(duì)SynRM和NSynRM的過載能力進(jìn)行比較分析。

圖8為SynRM和NSynRM直交軸電感隨電樞電流密度增加的變化曲線。如圖所示直軸電感(Ld)隨著電流密度的增加急劇下降并且下降幅度先快后慢，因?yàn)樵陔娏髅芏葹? A/mm2時(shí)電機(jī)內(nèi)部硅鋼片正處于其B-H曲線膝點(diǎn)附近(如圖3所示)，當(dāng)隨著電流密度增加硅鋼片較窄的部位如定子齒和轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁橋?qū)⒊霈F(xiàn)飽和并且這些部位是磁力線閉合的必經(jīng)之路，它們的飽和硅鋼片磁阻大為增加因此Ld迅速減小，當(dāng)電流密度繼續(xù)增加時(shí)硅鋼片已達(dá)到嚴(yán)重飽和，其磁阻增加幅度較小因此這時(shí)Ld降低緩慢；交軸電感(Lq)隨電流密度增加降低幅度較小，因?yàn)榻惠S磁阻為非導(dǎo)磁材料磁阻，其值很大對(duì)電流變化不敏感。因此凸極率(Ld/Lq)和直交軸電感差值(Ld-Lq)也隨著電流密度增加而大幅降低。對(duì)比圖8(a)、圖8(b)可知NSynRM直軸電感始終大于SynRM即NSynRM抗飽和能力更強(qiáng)，因?yàn)楫?dāng)電流密度較大時(shí)NSynRM內(nèi)部非取向硅鋼片已達(dá)到飽和但鑲嵌在導(dǎo)磁橋和定子齒的取向硅鋼片還沒飽和磁力線仍可以通過取向硅鋼片順利流通，這就使得其直軸磁阻小于SynRM，即直軸電感高于SynRM。

圖8 電流密度與電感變化曲線圖

圖9為兩個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)矩和功率因數(shù)隨電流密度增加的變化曲線圖。電機(jī)轉(zhuǎn)矩隨著電流密度增加逐漸上升但上升趨勢(shì)逐漸變緩，同時(shí)電流密度越大兩個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)矩之間的差值越明顯。因?yàn)镹SynRM內(nèi)部的取向硅鋼片在軋制方向膝點(diǎn)遠(yuǎn)高于非取向硅鋼片(如圖2所示)，電流密度增加使得非取向硅鋼片內(nèi)的磁密達(dá)到飽和但取向硅鋼片內(nèi)部磁密沒有到達(dá)其膝點(diǎn)起到仍有較好導(dǎo)磁作用，電流密度越大其作用越明顯即NSynRM在重載情況下仍能輸出較高轉(zhuǎn)矩，但電流密度過大時(shí)取向硅鋼片也會(huì)出現(xiàn)飽和情況。兩個(gè)電機(jī)功率因數(shù)都隨著電流密度增加而降低，NSynRM功率因數(shù)降低幅度比SynRM降低的更為緩慢。因?yàn)樵撾姍C(jī)功率因數(shù)與凸極率正相關(guān)，當(dāng)電流密度增加時(shí)直軸磁路逐漸飽和其電感大幅降低，交軸電感磁阻很大其電感變化變化不明顯使得凸極率降低，功率因數(shù)也隨之降低。同時(shí)NSynRM功率因數(shù)要高于SynRM且隨著電流密度增加兩者功率因數(shù)差值逐漸擴(kuò)大。

圖9 電流密度與轉(zhuǎn)矩和功率因數(shù)變化曲線圖

為更清楚比較數(shù)值，圖10為出兩個(gè)電機(jī)在電流密度為6 A/mm2和18 A/mm2轉(zhuǎn)矩隨時(shí)間變化曲線圖。

圖10 轉(zhuǎn)矩隨時(shí)間變化曲線圖

圖10中I和NI分別代表SynRM和NSynRM所施加的電流密度，在電流密度為6 A/mm2時(shí)兩個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)矩平均值分別為8.5 Nm與8.9 Nm，轉(zhuǎn)矩增加了4.7%；在電流密度為18 A/mm2時(shí)兩個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)矩平均值分別為21.7 Nm與24.2 Nm，轉(zhuǎn)矩增加了11.5%，因此可見在電機(jī)過載過載工況下NSynRM轉(zhuǎn)矩輸出能力明顯高于SynRM。

2.3 取向硅鋼片對(duì)電機(jī)損耗的影響

SynRM損耗主要來自電樞繞組的銅耗和磁場(chǎng)流過硅鋼片所產(chǎn)生的鐵耗以及雜散損耗。銅耗主要由所輸入的電流、繞組匝數(shù)、定子槽面積和軸向鐵心長(zhǎng)度等因素有關(guān)；下面將對(duì)SynRM和NSynRM兩個(gè)電機(jī)銅耗進(jìn)行分析。

電機(jī)銅耗為銅線通過電流所產(chǎn)生的歐姆損耗，根據(jù)電阻計(jì)算公式計(jì)算得出在額定運(yùn)行狀態(tài)下：SynRM銅耗為 174 W，NSynRM 為164 W；在最大電流密度運(yùn)行狀態(tài)下，SynRM 銅耗為1566 W，NSynRM為 1476 W。對(duì)比可知在額定運(yùn)行狀態(tài)下NSynRM銅耗稍低于SynRM，但隨著電流密度的增加兩個(gè)電機(jī)銅耗差值逐漸增大，因此NSynRM在重載工況下定子繞組溫升較低能節(jié)省更多能量。

鐵耗包括磁滯損耗Ph、渦流損耗Pe和附加損耗Pes，如下所示：

PFe=Ph+Pe+Pes

(3)

由于第三項(xiàng)附加損耗很小通?？梢院雎?，因此鐵耗也通常為磁滯和渦流損耗之和。本電機(jī)轉(zhuǎn)速為3000 r/min，頻率為100 Hz，屬于低頻狀態(tài)因此下面計(jì)算鐵耗時(shí)將渦流損耗進(jìn)行忽略，因此以下所說鐵損只包含磁滯損耗。

圖11 鐵損隨時(shí)間變化曲線圖

圖11分別為SynRM和NSynRM兩個(gè)電機(jī)在6 A/mm2和18 A/mm2運(yùn)行工況其鐵耗隨時(shí)間變化曲線，從圖中看出隨著輸入電流密度的增加鐵耗平均值和其波動(dòng)幅值都在增加。在6 A/mm2電流密度下，SynRM和NSynRM所產(chǎn)生的鐵耗平均值分別為28 W和23.5 W，NSynRM鐵損下降了16%；在18 A/mm2電流密度下，SynRM和NSynRM所產(chǎn)生的鐵耗平均值分別為40 W和35.5 W，NSynRM鐵損下降了11.3%。因?yàn)殡S著電流密度增加電機(jī)內(nèi)硅鋼片逐漸飽和，在電樞磁場(chǎng)作用下發(fā)熱嚴(yán)重，同時(shí)NSynRM在磁場(chǎng)流通的重要位置都嵌有取向硅鋼片，降低了這些位置的飽和程度，因此使得其鐵耗低于傳統(tǒng)SynRM，但當(dāng)電流密度過大時(shí)，取向硅鋼片也會(huì)到達(dá)飽和，所以隨著電流密度的增加兩個(gè)電機(jī)鐵耗數(shù)值逐漸接近。

效率為電機(jī)設(shè)計(jì)所必需的關(guān)注的指標(biāo)，電機(jī)效率代表輸入能量的電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的比率，電機(jī)效率為輸出能量/輸入能量即：

(4)

式中，Pin為輸入能量，Pinv為逆變器損耗能量，Pcopper為繞組的歐姆損耗，Pm為電機(jī)的電磁功率，Pcore為電機(jī)鐵耗，Pmech為電機(jī)雜散損耗由經(jīng)驗(yàn)所知其數(shù)值大約為輸出功率的2%，Pout為輸出功率。

在額定電流密度(6 A/mm2)下，SynRM效率為91.7%，NSynRM為91.8%；在最大電流密度(18 A/mm2)下，SynRM效率為87.68%，NSynRM為89.16%通過計(jì)算可知在低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下同步磁阻電機(jī)銅耗占能量損耗的大部分，且隨著輸入電流密度的增大銅耗所占能量損耗的比例越大。通過對(duì)比可知在額定負(fù)載下SynRM和NSynRM電樞繞組銅耗分別為174 W和164 W，所能輸出的功率分別為2590 W和2717 W，NSynRM銅耗比SynRM減少了10 W，輸出功率增加了4.9%，效率提升了0.7%；在最大負(fù)載情況下SynRM和NSynRM銅耗分別為1566W和1476W，所能輸出的功率分別為13326.5 W和14871 W，NSynRM銅耗比SynRM減少了90 W，輸出功率增加了11.6%，效率提升了1.5%?？梢钥闯鯪SynRM在額定負(fù)載下性能較優(yōu)于傳統(tǒng)SynRM，但當(dāng)電機(jī)過載運(yùn)行時(shí)NSynRM繞組損耗顯著降低，電機(jī)輸出功率和效率得到明顯提升。

3 結(jié) 論

本文針對(duì)傳統(tǒng)同步磁阻電機(jī)(SynRM)中轉(zhuǎn)矩和功率因數(shù)較低，鐵心磁密飽和的問題進(jìn)行了研究，提出了一種新型同步磁阻電機(jī)(NSynRM)，通過在定、轉(zhuǎn)子上選取位置并安置取向硅鋼片提升電機(jī)性能，通過有限元軟件在額定負(fù)載和過載兩種工況下計(jì)算了其轉(zhuǎn)矩、功率因數(shù)、損耗、效率等性能。NSynRM在鐵心和磁障中嵌有取向硅鋼片，在最大電流密度下取向硅鋼片內(nèi)部磁密稍高于其膝點(diǎn)，使得磁力線仍能較好流通。額定電流密度下NSynRM銅耗比SynRM減少了10 W，輸出功率增加了4.9%，效率提升了0.7%；在最大電流密度下NSynRM銅耗比SynRM減少了90 W，輸出功率增加了11.6%，效率提升了1.5%，因此表明本文所設(shè)計(jì)的NSynRM在過載運(yùn)行條件下可以提供更多轉(zhuǎn)矩，有效降低電樞繞組溫升，提高能量利用率。在可行性方面，由于只是對(duì)現(xiàn)有電機(jī)的部分位置添加或替換取向性硅鋼片，未對(duì)電機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行大的變化，因此具備可行性，后期將對(duì)計(jì)算模型制作樣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。