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節(jié)能減碳：疊片鐵心尺寸對電機(jī)磁性能的影響

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期：2023-11-15  瀏覽次數(shù)：3095
自2015年《巴黎協(xié)定》簽訂以來，全球各國相繼采取多種措施應(yīng)對氣候變化、限制全球變暖幅度，以防止氣候變化對地球生態(tài)系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)和社會造成嚴(yán)重影響。由于目前各國長期低排放戰(zhàn)略也沿襲了國家自主貢獻(xiàn)的“自下而上”模式，其制訂和實施完全依賴于各國的自身情況及自主意愿，全球積極有效地應(yīng)對氣候變化仍面臨諸多挑戰(zhàn)。加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系、改革創(chuàng)新輸變電技術(shù)、大力推動節(jié)能電器設(shè)備等已成為節(jié)能減碳的重要途徑。

現(xiàn)代社會需要大量的能源，尤其是清潔能源和適應(yīng)性強的電能。最大的電力消耗者是電動機(jī)，其用電率超過57.3%。電機(jī)分為工業(yè)、商業(yè)和家庭應(yīng)用，提高電機(jī)效率是快速實現(xiàn)節(jié)能的有效途徑。電子電力設(shè)備實現(xiàn)了能源、儲能和配電網(wǎng)之間的能量雙向轉(zhuǎn)換。他們利用IGBT、SiC和GaN半導(dǎo)體使得功率轉(zhuǎn)換電子和電機(jī)控制器可以在以高頻狀態(tài)下運行。

另一方面，在逆變器控制的開關(guān)操作中，磁滯曲線中產(chǎn)生了次級回路，這會增加鐵心損耗。國內(nèi)外的研究中雖有涉及使用逆變器勵磁的電機(jī)磁性能的相關(guān)研究，但鐵心尺寸對電機(jī)磁性能的影響仍然不明確。通常情況下，正弦激勵下如果軟磁材料相同，則鐵心尺寸不會影響測量磁性能，這是因為激勵電流波形被控制，使得通過對次級側(cè)感應(yīng)電壓進(jìn)行時間積分得到的磁通密度成為正弦波。然而，在逆變器勵磁下，與正弦波激勵不同，激勵電流的波形沒有得到控制，因此產(chǎn)生的輸出波形會失真。

岐阜大學(xué)Kyyoul Yun教授及其團(tuán)隊在研究鐵心尺寸對電機(jī)磁性能影響方面做了大量的研究工作。在最新的一項研究中，他們通過在正弦激勵和逆變器激勵下保持疊片鐵心的橫截面積和匝數(shù)不變，僅改變輸入電壓V，保持載波頻率和調(diào)節(jié)方式恒定，測量了疊片環(huán)形電機(jī)鐵心尺寸對磁性能的影響。

他們發(fā)現(xiàn)，在逆變器勵磁下，小、中、大型環(huán)形鐵心的磁滯性循環(huán)寬度分別為205.1、248.4和273.1 A/m，而在逆變器勵磁下，小、中、大型環(huán)形鐵心的次級回路寬度分別增加了73.1、96.1和123.5 A/m。在逆變器勵磁下，小、中、大樣本的鐵損耗值分別為6.05、9.58和11.62 W/kg。與正弦激勵下各環(huán)形鐵心的鐵損耗相比，逆變器勵磁下，小、中、大型環(huán)形鐵心的鐵損耗分別增加了124.9%、256.1%和332.0%。

這些發(fā)現(xiàn)表明，鐵心越大所需電壓和鐵損就越高，即激發(fā)較大環(huán)形鐵心需要更多的能量。這是因為相對于其他鐵心，大型環(huán)形鐵心的單位時間內(nèi)磁通密度變化更大，產(chǎn)生的渦流較大。因此大型環(huán)形鐵心產(chǎn)生的渦流損耗大于其他鐵心。





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