永磁同步电机定子绕组交流损方法及匝间绝缘电压应力研究.pdf

永磁同步电机定子绕组交流损耗抑制方法及匝间绝

缘电压应力研究

摘要

新能源汽车电机在实际运行中需要配置逆变器以达到较宽的调速范围，由

逆变器供电的电机，其电压和电流波形为非理想的正弦波。定子电流谐波会额

外增加定子绕组的交流损耗，使得定子绕组的交流损耗问题更加严峻。在逆变

器高频高电压变化率脉冲电压激励下，定子绕组匝间绝缘将承受更大的电压应

力，容易造成绝缘损伤的问题。因此，本文以一台60kW车用永磁同步电机为

研究对象，围绕逆变器供电下永磁同步电机及其控制系统的联合仿真、定子绕

组交流损耗计算及抑制方法、定子绕组匝间绝缘电压应力分布特性展开研究。

首先，建立了逆变器供电下永磁同步电机及其控制系统的二维场路耦合联

合仿真模型，对低速运行工况、额定运行工况以及峰值转速工况下永磁同步电

机的运行性能进行了仿真分析，得到了不同工况下永磁同步电机定子电流以及

定子电压的分布规律，为后续逆变器供电下定子绕组的交流损耗计算以及绝缘

电压应力计算奠定基础。

其次，提出了逆变器供电下永磁同步电机定子绕组交流损耗的计算方法，

研究了定子绕组在低速运行工况、额定运行工况以及峰值转速工况下交流损耗

的分布规律，并与理想正弦波电流激励下的定子绕组交流损耗进行了对比。在

此基础上，提出了不等截面导体、不均匀分股数以及端部换位三种定子绕组交

流损耗抑制方案，并对三种抑制方案的交流损耗抑制效果进行了计算分析。

最后，建立了原电机绕组方案和不均匀分股数绕组方案下定子绕组的高频

等效电路模型，给出了高频等效电路模型中电容参数以及电阻参数的计算方法，

通过与永磁同步电机二维瞬态电磁场有限元模型进行耦合，获得了原电机绕组

方案和不均匀分股数绕组方案在逆变器高频高电压变化率脉冲电压激励下定子

绕组匝间绝缘电压应力的分布规律。

关键词永磁同步电机；联合仿真；交流损耗；绝缘电压应力

--I

StudyonACLossSuppressionMethodand

Turn-to-TurnInsulationVoltageStressinStator

WindingofPermanentMagnetSynchronousMotor

Abstract

Inpractice,toachieveawiderangeofspeeds,EVmotorsneedtobeequipped

withinverters.Thevoltageandcurrentwaveformsoftheinverter-poweredmotorare

non-idealsinewaves.ThestatorcurrentharmonicswillincreasetheAClossofthe

statorwinding,whichmakestheAClossproblemofthestatorwindingmoresevere.

Underhigh-frequencyandhigh-voltageratepulsevoltageexcitationoftheinverter,

thestatorwindinginter-circuitinsulationwillbesubjectedtogreatervoltagestress,

whichcaneasilycauseinsulationdamage.Therefore,a60kWvehiclepermanent

magnetsynchronousmotorisusedasthesubjectofthispaper.Theco-simulationof

apermanentmagnetsynchronousmotoranditscontrolsystemunderinverterpower

supply,thecalculationandsuppressionofstatorwindingAClosses,andthe

distributionpropertiesofstatorwindinginter