变频器时间谐波电流对永磁屏蔽电机性能影响分析

【目的】永磁屏蔽电机被广泛应用于对密封性和稳定性要求较高的领域,通常采用变频器给电机供电,而变频器供电时产生的时间谐波电流会导致电机性能恶化。因此深入研究时间谐波电流对电机性能的影响,对于优化电机设计、确保变频器供电时电机的稳定运行至关重要。【方法】基于有限元法进行建模,以一台额定功率1.5 kW、额定转速9000 r/min的永磁屏蔽电机为研究对象。对比分析了SUS304、SUS316和SUS430三种屏蔽套材料的永磁屏蔽电机在不同幅值的5次、7次时间谐波电流激励下的永磁体涡流损耗、屏蔽套损耗、转矩特性、效率以及功率因数。【结果】仿真结果表明:谐波激励的注入显著影响了电机损耗;随着谐波次数和谐波幅值的增加,永磁体涡流损耗和屏蔽套损耗均呈上升趋势,尤其是使用SUS430屏蔽套时,由于其较高的电导率和磁导率,导致涡流损耗增幅最大;谐波电流对平均转矩的影响很小,但转矩波动随着谐波次数和谐波幅值的增加而显著变大,而SUS430材料因其较高的磁导率能够有效地降低磁路中的磁阻,从而转矩波动最小;电机的功率因数变化较小,而效率随谐波幅值增加逐渐下降。【结论】本研究揭示了变频器供电引起的时间谐波电流对永磁屏蔽电机性能的影响规律,包括永磁体涡流损耗和屏蔽套损耗的增加、转矩波动的增大以及效率的下降;不仅为永磁屏蔽电机优化设计和谐波抑制提供理论依据,还对提高永磁屏蔽电机在实际应用中的性能与可靠性具有重要的参考价值。

二次水断供核主泵屏蔽电机冷却水瞬态热分析

核主泵屏蔽电机在热态极端环境参数额定(简称热态额定)工况下,二次水突然断供(secondary water supply outage,SWSO)300 s时刻,一次下导轴承润滑水温不超过警报温度95℃是产品出厂的重要指标,研究该情况下热流场计算方法及各种参数随时间演变特性对于电机热安全非常重要。首先,以北方工厂冷态环境参数下额定(简称冷态额定)工况该电机SWSO前后稳/瞬态厂内测量入出口试验数据为边界条件,采用有限体积法,进行流场和温度场的流固耦合数值模拟,模拟值与试验值300 s时的误差为5.97%,验证了计算方法准确性。然后,数值反演热态额定工况SWSO一/二次冷却水的温度场随时间变化规律。结果表明:SWSO 300 s内,二次水流速及对流传热系数随时间变化存在特征明显不同的2个阶段,二次水与螺旋槽壁面间对流换热系数h由稳态时7808.06 W/(m^(2)⋅K),13 s内减少到480.07 W/(m^(2)⋅K),随后h变化很小;热态额定参数时,下导轴承润滑水温远低于报警值95℃。为核主泵屏蔽电机轴承润滑水热安全计算提供参考。

真空泵用屏蔽电机无传感器残压重投控制策略

针对真空干泵机组故障、生产工艺需要等原因影响真空设备产线在线运行时间的问题,研究真空干泵用屏蔽式感应电机带速重投策略,寻求重投的有利时刻以保证带速重投的成功,对电机断电后的转速和定子失电残压特性展开研究。为此,根据屏蔽感应电机空间向量模型,建立基于电压电流混合磁链观测的无速度传感器估算模型、推导电机断电期间的转速估算方法以及定子失电残压解析式。通过重点研究定子残压和虚拟重投电压间幅值特性和相角特性,确定控制系统的首次重投点和其次重投点。以4 kW真空干泵用屏蔽感应电机机组为例,通过模型仿真和失电残压实验验证了该控制方法在泵类工程中有较好的适用性和准确性,重投阶段的转速稳定时间为0.5 s以内,重投阶段的冲击电流平均减小59.18%。

基于流固耦合的屏蔽电机多物理场仿真分析

针对内置螺旋管换热的屏蔽电机内部发热和冷却的复杂性及其工况的特殊性,借助有限元分析软件建立屏蔽电机三维温度场整机物理模型,通过仿真计算揭示电机内部温度场的分布规律和冷却介质的流动状态,并分析原因。结果表明:电机的峰值温度出现在定子绕组上端部,值为98.3℃,绝缘按180℃考核,各部件的温升均没有超过其材料的温升限值;热态额定工况下,电机处于安全状态。计算结果可为同类型屏蔽电机的冷却系统设计及温度场计算提供参考。

屏蔽电机内冷却循环流场及水力损失数值研究

本文采用RNG k-ε湍流模型对一屏蔽电机内部流动进行数值模拟,同时运用多孔介质模型及Ergun方程计算近似电机定子区域内流动,最终构建了基于能量守恒定律的水力损失分析理论模型,揭示了屏蔽电机内部水力损失演化过程,并结合相应流场现象进行了分析。计算结果表明,转子与多孔介质两者间隙内流体成螺旋形流动,同时较大的多孔介质阻力将导致冲击水流在此间隙前出现多个轴对称漩涡;推力轴承径向流道间的进口处出现类似叶片绕流的轴对称漩涡,同时推力轴承外流场还存在强环流;研究结果揭示了复杂的几何结构会导致产生较多漩涡,且造成较大水力损失,尤其是在推力轴承与滑动轴承间。以上计算结果可为相似电机内部冷却循环流动开展相关几何参数和结构优化提供一定参考。

屏蔽电机温度场仿真分析

科技进步推动屏蔽电机性能有所提升,然而,定子与转子屏蔽套位于气隙两侧,导致气隙加宽,进而降低了电机功率因数和效率,并使电机温度升高更为显著。过高的温度对电机绝缘材料构成严峻挑战,不达标的绝缘将加速老化,增加安全事故风险。同时,永磁体性能也会受到影响,出现可逆或不可逆的退磁。此外,转轴因高温发生微小形变,降低其结构强度。因此,温升已成为永磁屏蔽电机性能进一步提升的主要障碍。为此,现以永磁屏蔽电机为核心,构建了温度场模型,并详细研究了流体流速、屏蔽套厚度及铁心叠压系数对温度场的影响,为探索屏蔽电机温度场控制方法提供了数据支撑。

永磁屏蔽电机温度场分析

屏蔽泵融合了泵与电机的优势,其核心部件屏蔽套,确保了运输介质与电机本体的安全隔离。其性能卓越,完全取决于屏蔽电机的质量。为应对介质运输的挑战,特别设计了密闭电机结构,而永磁同步电机则以其高效、简洁的特性脱颖而出,满足了高标准的工作需求。然而,定子与转子屏蔽套的设置也带来了一些技术难题。它们位于气隙两侧,导致气隙增长,影响了电机的功率因数和效率,同时温升问题也愈发严重。因此,降低电机温升成为提升性能的关键。现以永磁屏蔽电机为研究对象,通过热网格模型计算热阻,求得电机温升情况,并通过仿真进行验证分析,为深入研究降低电机温升的途径提供数据支持。

核主泵屏蔽电机温度场研究

核主泵屏蔽电机是核电站的重要组成部分,其安全稳定的运行对核岛一次回路系统来说非常重要。针对核主泵屏蔽电机内发热与冷却的复杂性以及核主泵屏蔽电机工作在高温高压条件下的特点,以一台5 500 kW核主泵屏蔽电机为例,根据流体力学及传热学理论,建立三维流体场与三维温度场耦合的求解域物理模型,采用有限体积法计算额定工况下电机的温度分布。通过计算揭示了核主泵屏蔽电机内温度的分布规律,并分析了其原因,可为核主泵屏蔽电机的冷却结构设计以及更大容量核主泵屏蔽电机温度场的准确计算提供理论依据。

屏蔽电机屏蔽损耗与电机性能的计算与分析

根据电磁感应定律得到计算定子屏蔽套损耗二维涡流场有限元表达式,建立了工程涡流场的数学模型,采用有限元方法并结合端电压收敛条件对定子屏蔽套内的涡流损耗进行计算分析.通过与传统解析算法所得结果及有关实验数据进行比较,验证了有限元方法在计算损耗中的准确性.利用所得方法,对采用不同尺寸和不同材料时的屏蔽套损耗进行了计算分析,从而得出损耗随屏蔽套尺寸与材料特性变化的规律.同时,计算了定子屏蔽套尺寸改变时电机性能变化,研究涡流损耗对电机性能的影响,找出其间规律.所得计算方法和规律可对屏蔽电机的设计与制造以及整机的优化设计起到作用.

新型结构永磁屏蔽电机三维磁场分析和电感计算

采用三维有限元方法对一台用于屏蔽泵系统的新型结构永磁屏蔽电机进行了分析与计算。电机无转子铁心,结构简单且无转子铁耗。由于绕组端部漏感较大,必须采用三维数值方法计算。首先对电机进行了三维磁场分析,接着采用三维瞬态有限元方法计算了屏蔽套的涡流损耗,然后运用能量摄动法计算出额定负载时电机各绕组不同转子位置角的自感和互感值,再通过坐标变换获得电机的交直轴电感值。最后对实际样机的电感参数进行测量,测量结果与计算结果的一致性验证了计算结果的正确性。

基于ANSYS的大型屏蔽电机泵转子系统建模及动力学分析

基于ANSYS建立了大型屏蔽电机泵转子系统的有限元模型,通过模态分析和谐响应分析研究了陀螺效应对转子系统临界转速和质量不平衡响应的影响。分析结果表明:陀螺效应对临界转速计算结果影响较大,转子动力学分析时应考虑陀螺效应;考虑陀螺效应后,转子系统临界转速大于设计临界转速;各测点质量不平衡响应一次共振峰值小于横向振动设计限制;叶轮中心和上、下飞轮中心振幅远大于其它位置振幅,为易振动部位,实际运行中应重点选择这些位置进行振动监控。

屏蔽电机主泵惯性飞轮完整性分析

针对屏蔽电机主泵惯性飞轮完整性问题,采用解析法以及有限元软件ANSYS对屏蔽电机主泵飞轮在额定转速以及设计转速下进行结构完整性研究.从结构强度和断裂力学两方面对飞轮进行了分析.结果表明:在额定及设计转速下能够保证飞轮结构的完整性,并通过解析分析结果与有限元分析结果的对比表明分析结果可信.

低噪声屏蔽电机定子屏蔽套激振力和受迫振动分析

三相屏蔽电机是屏蔽电泵专属特种电机,该电机的性能优劣对系统振动噪声有很大影响。屏蔽电机气隙内的旋转磁场在定子屏蔽套中感应出涡流,除产生屏蔽套涡流损耗外,该涡流还将与气隙合成磁场相互作用形成径向和切向高频电磁激振力。考虑到定子屏蔽套是薄壁件,与定子齿冠间存在一定的安装间隙,所以在电磁激振力下定子屏蔽套将产生电磁振动和噪声。首先从解析的角度推导得到了径向和切向电磁激振力的数学表达式,进而采用有限元法计算定子屏蔽套典型位置点磁通密度时间谐波和圆周方向上磁通密度空间谐波分布规律及谐波含量,得到了不同屏蔽套材质时的涡流电流密度分布。计算了定子屏蔽套采用哈氏合金时的电磁激振力变化曲线,并与解析计算结果进行了横向对比,验证了解析计算的正确性。最后,计算分析定子屏蔽套的工作模态和在电磁激振力作用下的机械形变,为后续屏蔽电机的减振降噪提供理论依据。

屏蔽电机的磁场与屏蔽层损耗的解析计算

分析了屏蔽电机磁场的特点，建立了似稳场的数学模型，用解析法求出了屏蔽电机的磁场分布，进而计算出屏蔽层的涡流损耗，并通过实验验证了解析方法的可行性．

循环泵屏蔽电机定子端部温升过高数值计算

为研究环流使屏蔽电机端部出现温升过高的异常现象,以一台5 000 k W的循环泵屏蔽电机为例,基于电磁场和温度场的基本理论,建立电机三维电磁场和温度场的数学模型,采用有限元方法,对电机端部磁密、温升大小及分布进行计算和分析,明确环流是产生电机端部磁密过高及温升异常的的直接原因。通过研究定子齿压板及锥形环有环流分布及切断环流分布两种方案下磁场及温度场的分布规律,改进了齿压板的连接结构,使局部最高温度由230℃降低至175℃,从而解决了温升过高的问题。本研究可以对大容量电机在生产实践中安全稳定地运行,减少和杜绝安全隐患提供参考价值。

屏蔽电机定子温度场的数值计算与分析

以一台15kW屏蔽电机为例,根据其结构特点建立了定子绕组散下线时新的温度场计算模型,给出了屏蔽夹层通水时的屏蔽套表面散热系数。在此基础上建立了电机槽部和端部模型,进而确定了温度场计算的二维和三维计算模型。通过把温度场数值计算的结果与实测数据相对比,验证了所建模型的合理性,为小型屏蔽电机的温度场计算提供帮助。通过对屏蔽电机二维和三维的温度场计算,研究了温度在轴向、周向分布规律,为该类电机的优化设计提供了参考。

屏蔽电机屏蔽套电磁力仿真分析

屏蔽电机泵中屏蔽套为关键部件之一,起物理隔离作用,其完整性对一回路的安全运行有着重要的影响。屏蔽套安装在主泵电机内,受到交变磁场、冷却剂流场等因素的综合作用,载荷条件复杂。通过屏蔽电机内电磁场的谐波分析,得到磁感应强度分布规律和作用于屏蔽套的电磁力分布规律。结果显示,在铁芯范围内沿电机圆周方向屏蔽套所受电磁力呈周期分布,以切向力为主,且定子屏蔽套所受电磁力大于转子屏蔽套;从铁芯指向绕组端部,屏蔽套所受电磁力逐渐减小,离开铁心端面对应的轴向位置后,减小速率最大。

大型屏蔽电机泵转子系统的建模及临界转速计算

建立了大型屏蔽电机泵转子系统的集总参数模型,并采用Riccati传递矩阵法对转子系统的临界转速及振型进行了计算。计算结果表明:(1)采用Riccati传递矩阵法编制的转子系统临界转速求解程序计算稳定,计算精度足够高;(2)大型屏蔽电机泵转子系统的临界转速为设计超速的1.2倍,能够有效避开工作转速,设计裕量足够;(3)在正常工作下,转子系统上、下飞轮处为振动敏感部位,应重点监测,以免和承压壳体发生碰磨。

双屏蔽电机定子端部漏抗计算及其影响分析

针对双屏蔽电机端部结构件复杂,端部漏抗难以计算的问题。采用三维有限元数值解法对双屏蔽电机端部漏抗进行计算,利用端部漏抗计算结果采用二维场路耦合有限元法对双屏蔽电机性能进行计算,并将计算结果与实测值进行对比。在此基础上,分析了解析法在计算端部漏抗时产生误差的原因以及解析法的计算误差对电机性能计算的影响。计算结果表明:利用数值法计算端部漏抗得到的电机性能与实测值更接近,与数值法相比,由解析法计算误差引起的起动电流倍数和起动转矩倍数相对误差可分别达到11.75%和20.48%。计算结果为双屏蔽电机设计及计算提供了更准确的参考依据。

屏蔽电机定子齿压板局部温升过高分析

主泵屏蔽电机是化工厂以及核电站的重要组成部分,主要用来运送高温、高压、毒性、腐蚀性、放射性的液体,其安全稳定的运行对化工厂及核电站回路系统非常重要。针对主泵屏蔽电机内发热与冷却的复杂性以及工作在密封高温条件下的特点,以一台5 000 kW主泵屏蔽电机为例,采用温度场基本理论,用有限体积法对其端部齿压板和锥形环的温升进行数值计算,找到了工厂实验过程中电机端部温升过高的原因。结合电磁场分析结果,通过改进齿压板结构,给出了新型齿压板与锥形环的连接方案,从而解决了电机端部温升过高的问题,为更大容量主泵屏蔽电机温度场的准确计算提供理论和实践依据。