基于凸型线圈双向电磁力加载的管件电磁翻边成形

传统线圈电磁力单一导致管件翻边角度不佳。本文提出采用凸型线圈管件翻边的方法,通过设计新型线圈,同时为管件翻边提供双向电磁力。建立了两组模型,分别采用传统线圈和凸型线圈驱动管件发生电磁翻边成形,探讨分析了两组管件模型翻边成形过程中的电磁力矢量以及变形速率的变化。结果表明,凸型线圈加载管件翻边时提供的双向电磁力极大地提高了管件变形的流动性,从而提高了翻边角度。此外,相同放电参数下基于凸型线圈的管件翻边角度较传统线圈提高了1.25倍。显然,新型线圈能够在一定程度上改善管件电磁翻边的质量问题,为电磁翻边成形的工业化应用提供更多可能。

大型发电机端部绕组电磁力物理数字孪生建模

为了在“智慧汽轮机”中更好地结合物理信息模型先验知识与数据驱动模型,并向真实机组模型迁移试验模型,进一步实现可靠的实验室数值仿真数据和真实运行数据互相印证与混和建模驱动,以600 MW大型汽轮发电机为研究对象,建立融合演进因素的汽轮发电机定子绕组本体模型,提出集成数字孪生智能绕组研究框架,并提出智能绕组内涵的形式化定义。基于镜像法、气隙回转电流应用叠加法、毕奥-萨伐尔定律和安培力定律建立定子端部绕组电磁力的数学机理物理信息模型。对有限元电磁力和数字化电磁力进行了分析对比,验证了所建立电磁力数字化物理信息模型的合理性。对比分析振动响应结果,进一步验证了数字化电磁力物理信息建模的正确性以及有限元电磁力对比验证的正确性。研究将对“智慧汽轮机”运维的振动动态基于物理机理与数据驱动混和建模的数字孪生故障诊断与预测提供有力的支撑。

大容量变压器夹件的电磁力及减振方法研究

高压大容量电力变压器内部存在较大的绕组漏磁,使变压器的金属结构件存在较大涡流,导致变压器内部产生大的电磁干扰。文中研究了变压器夹件涡流引起的电磁干扰机理。采用有限元方法计算了变压器夹件的磁感应强度、涡流和夹件所受的电磁力,分析了电磁力的分布特点。研究了夹件在电磁力作用下产生电磁振动和噪声的原理,根据夹件的筋结构建立了电磁振动的有限元模型,对夹件的振动位移、振动速度进行了计算,并对此振动产生的噪声进行了分析计算。针对夹件的两种不同磁屏蔽结构,通过对夹件电磁振动最小的固定位置研究,得到了夹件减振的最佳方法,并对两种磁屏蔽下夹件的电磁振动和噪声进行了比较。文中的研究结果能够对变压器的振动研究和噪声监测提供参考。

水轮发电机励磁绕组匝间短路时定子铁心动态电磁力研究

为准确分析水轮发电机励磁绕组匝间短路时定子齿壁电磁力的分布特点和变化规律,利用ANSYS软件建立了某水轮发电机有限元模型,并结合麦克斯韦应力法,对发电机励磁绕组不同程度短路故障时定子齿壁动态电磁力进行计算,得到了定子齿壁动态电磁力分布情况。结果表明:水轮发电机励磁绕组匝间短路故障后,定子铁心受到不平衡电磁力,且不平衡电磁力呈现槽口大、槽底小的变化规律,随着短路匝数的增加,定子铁心动态电磁力大幅增大。

永磁电动悬浮多工况下的电磁力特性研究

永磁电动悬浮系统由于自身弱阻尼的特点,运行过程中磁体的姿态易受外界扰动而发生改变,从而影响系统的电磁力特性。该文针对磁体倾斜、横移、偏转等工况,采用解析计算、仿真分析、实验验证相结合的方法来研究系统电磁力特性。首先阐述系统的结构及原理,推导Halbach永磁体阵列在水平、倾斜、偏转状态下的磁场分布函数,建立适用于系统多工况的三维解析模型;其次,搭建三维仿真模型,仿真结果验证了解析模型的正确性,并结合解析模型对比分析系统典型工况下的浮阻特性和悬浮能力;最后,依托组内自研的最高设计时速为600km/h的动轨实验台,分析了系统在固定参数下的电磁力特性和垂向自稳定能力,并验证解析模型的准确性及磁体在不同横移位置的电磁力特性。

考虑端部效应的动子无源型Halbach磁悬浮永磁直线电机电磁力分析

针对光刻机等高精确度定位平台无摩擦、无接触、无噪声需求,提出一种采用动子无源型平移和悬浮一体化Halbach磁悬浮永磁直线电机以实现定位平台的无摩擦悬浮及长距离定位运动。为了精确分析该类电机的悬浮力和推力特性,提出一种考虑动子永磁体端部效应的电机磁场解析模型并采用傅里叶分解法得到Halbach阵列永磁体磁场解析式。基于此磁场解析模型,通过洛伦兹力法得到了动子电磁力解析模型,并基于正交分解法推导了电机悬浮力和推力解耦的电磁力模型。结合有限元仿真对建立的电磁模型进行了对比验证,在此基础上,设计并制作了一台10极12槽样机,通过搭建实验平台进行推力和悬浮力测试,将实验测试值与有限元仿真值和解析值对比验证了所提出方法的准确性和快速性。

微加速度计电磁力反馈系统设计与仿真分析

针对电容式加速度传感器的闭环控制需求,设计了一种电磁反馈系统,以满足用于惯性导航的高精度加速度传感器的需求。该系统保证了加速度传感器具有高机械灵敏度的同时,还能拓宽其量程。建立了电容式微机电系统(MEMS)加速度传感器的闭环控制模型,并对电磁结构进行了有限元分析。仿真结果表明:线圈电流为277.3μA时,电磁力达到了1.509 mN。当输入反馈电压为-19.1~19.1 mV时,反馈系统能实现加速度传感器在±5g(g=9.8 m/s^(2))范围内的闭环控制。计算表明加速度传感器敏感结构的机械噪声为1.22×10^(-8)g/Hz^(1/2)。利用Simulink分析可知,在±5g范围内,电容式MEMS加速度传感器闭环控制系统的反馈电压与输入加速度具有良好的线性关系,其灵敏度为3.8 mV/g。

基于响应面法的变压器绕组电磁力高效计算

为解决传统有限元法求解绕组电磁力速度慢、模型参数固定等问题,该文提出将响应面拟合计算的方法运用在变压器绕组电磁力的计算上,实现在不同工况的绕组电流下的变压器绕组电磁力的快速计算分析,且能考虑到绕组辐向形变对其所受电磁力的影响。首先,采用有限元软件对一台三相变压器进行参数化建模和“场-路”耦合仿真,由此得出该变压器绕组的电流、漏磁、电磁力分布规律;其次,通过设计的电磁力测量实验设计,比较仿真计算与实验测算的漏磁和电磁力分布,验证该文所建立模型的可靠性。最后,结合试验设计(design of experiments,DOE)和拉丁超立方采样开展绕组电磁力响应面设计,构建绕组辐向、轴向电磁力与特定规律下的绕组形变和绕组电流的拟合关系,并验证响应面计算的精度。该方法能为电力变压器绕组抗冲击能力的提升及电力设备数字化分析提供技术参考。

衔铁偏心对高速电磁阀全工况电磁力的影响

高速电磁阀(HSV)是电控燃油喷射系统的关键部件,其衔铁偏心作用是影响高速电磁阀静、动态特性的重要因素.为了揭示高速电磁阀衔铁偏心作用对其全工况电磁力的影响规律,结合试验和数值模拟方法,建立了高速电磁阀有限元仿真模型,并通过与试验电磁力对比验证了其精度,最大误差为4.8%;分析了衔铁中心偏移和偏转及其交互作用对高速电磁阀电磁力的影响.结果表明:随着衔铁中心偏移率增大,轴向电磁力逐渐变小,而径向电磁力逐渐增大,但总体对电磁力的影响不显著;随着衔铁中心偏转角增大,轴向电磁力近似呈线性下降,轴向电磁力最大降低率为59.5%,而径向电磁力虽然逐渐增大,但增幅不明显;衔铁中心偏移与绕偏移方向偏转交互作用对轴向电磁力的影响最显著,全工况下该交互因子与轴向电磁力的相关系数绝对值最小为0.471,最大为0.624.

负荷不对称工况发电机定子电磁力与振动特性

为了研究电力系统中负荷不对称引起的发电机磁场畸变和振动加剧问题,针对三相不对称电流产生的负序电流,首先利用对称分量法推导出各序电枢磁动势,同时考虑励磁电流直流分量和偶倍频交流分量产生的磁动势,利用麦克斯韦应力张量法推导径向电磁力密度表达式,通过二维傅里叶分解得到电磁力密度谐波,获取电磁力密度的时间和空间谐波特征。以一台QFSN-300-2型汽轮发电机为例,仿真验证了负荷不对称工况发电机电磁力特征谐波的存在,分析得出其中两类幅值极大的新电磁力谐波为该故障下振动加剧的原因,评估了谐波对定子铁心振动和振型的影响,得出定子四倍频和六倍频振动增大的结论,对长期工作在负荷不对称状态下发电机组的气隙电磁力理论研究和振动减缓有指导意义。

基于双层凹型集磁器的管件电磁胀形电磁力特性及变形行为研究

针对传统管件电磁胀形存在管件壁厚减薄严重和变形不均匀等问题,提出基于双层凹型集磁器结构的单线圈管件电磁成形方法,通过径向电磁力场分布的调控和轴向电磁力的协同加载,为同时抑制管件壁厚减薄和改善变形均匀性提供了新的技术途径。为验证该方法的有效性,基于电磁-结构场耦合数值模型,对比探究有无双层凹型集磁器下轴径电磁力分布特性、管件壁厚减薄量以及轴向变形均匀性等关键物理量的变化规律,研究集磁器的内凹高度对管件成形行为的影响。仿真结果表明,与传统管件电磁胀形方法相比,新方法下管件壁厚减薄量可从22.07%降低至8.30%,且轴向均匀性扩大至2.31倍。

基于双向电磁力加载的板件电磁胀形均匀性研究

为解决传统板件在电磁胀形中变形不均匀的问题,提出一种基于双向电磁力加载的板件电磁胀形方法。通过COMSOL模拟软件建立了板件电磁胀形的二维轴对称仿真模型,在阐明板件电磁胀形基本原理的基础上,研究了系统结构参数对板件成形均匀性的影响,并与传统电磁力加载方式进行了对比分析。结果表明,双向电磁力加载可有效抑制板件中间区域的凸起,使得板件成形均匀性大幅度提高。在胀形高度保持一致的情况下,板件最大均匀变形区域由22.5 mm增加到61.2 mm,增加为原来的2.7倍。因此,通过设计合理的系统参数,双向电磁力加载方法可改善板件电磁胀形均匀性不足的问题。

先导式比例电磁阀电磁力水平特性分析及优化

阻尼可调减振器作为悬架系统的核心部件,对汽车行驶平顺性至关重要,而先导式比例电磁阀作为减振器中的重要元件,对减振器性能起到关键作用。介绍了电磁阀的结构及工作原理,利用Maxwell 2D有限元仿真软件建立电磁铁仿真模型,对静态下的电磁力-位移水平特性进行仿真计算,并根据仿真结果对电磁铁隔磁环倾角、导套厚度、衔铁长度、衔铁宽度等结构参数进行调整分析,通过电磁力水平特性试验,验证仿真模型的准确性。引入正交实验法,对各参数进行协同优化,采用标准差这一指标衡量电磁力水平特性,优化后的产品电磁力标准差为0.635888,优化效果提升7.98%。为阀体的机-电-液-磁耦合仿真分析奠定了基础。

轮毂电机驱动车轮不平衡电磁力分析

为分析电机齿槽形状、极对数和不同类型的偏心等因素对轮毂电机不平衡电磁力的影响,对表贴式外转子永磁同步轮毂电机建立有限元模型,基于电磁仿真,得到气隙处磁场密度图像。研究结果表明:电机齿槽的开口尺寸、齿槽的对称程度以及齿槽是否采用圆角均会影响不平衡电磁力数值;极对数的改变显著影响电机整体磁场密度的分布,随着极对数的增加,气隙磁场密度显著增大,不平衡电磁力呈类指数级增大且分布更均匀;不同类型的偏心均会导致电机不平衡电磁力的增加,其中在动偏心和混合偏心下不平衡力产生复杂谐波,其基波周期增大的倍数均与极对数呈现相关性。

基于电磁力的机翼非接触式加载试验平台特性研究

目的研究分析基于电磁力的非接触式翼面加载的可行性与适用特点。方法利用多匝铜线绕制的驱动线圈,通入大电流产生强磁场,柔性线圈贴附于机翼表面,柔性线圈中的电流与强磁场相互作用产生较大的电磁力,实现对翼面的稳定加载。建立电磁力加载仿真计算模型,基于该模型分析不同线圈结构时电磁力特性,并设计力学加载平台,开展试验测试。结果对比了柔性线圈和薄铁片2种电磁力加载方式的不同,柔性线圈产生的电磁力比薄铁片小,但具有更好的线性度和可控性。上下布置2个驱动线圈能产生更大电磁力,但需要使2个驱动线圈电流方向相反,电流方向相反时产生的电磁力比方向相同时增强了16倍。减小驱动线圈间距,使柔性线圈靠近驱动线圈,也能显著提高电磁力。开展了力学加载平台试验,柔性线圈产生的电磁力达到57 N,并可持续加载320 s。结论通过试验验证了提出的基于电磁场非接触式翼面加载的可行性,柔性线圈易贴附于机翼表面,可为复合材料、复杂翼形的力学加载测试提供一定参考。

变频驱动下电机高频径向电磁力波研究

采用场路耦合法对永磁同步电机高频径向电磁力特征频率产生原因和主要组成成分进行研究。通过解析法分析谐波电流的产生机理及谐波特性,并利用数值仿真对其进行验证;结合磁动势−磁导法和麦克斯韦张量法分析出高频径向电磁力特征频率的分布;对有限元计算得到的气隙磁场进行时空分解,采用麦克斯韦张量法计算磁场相互作用产生的高频径向电磁力。结果表明,变频驱动下永磁同步电机的高频径向电磁力主要是由变频器谐波电流引入的谐波磁场和定子基波磁场的相互作用产生,这对永磁同步电机的研究提供了一定的指导意义。

微牛级电磁力标定装置仿真与测试研究

如何获得高精度标定力是微牛级推力测量的重要基础。本文构建了C型磁路结构和矩形线圈组合方式以产生高精度宽范围电磁标定力。利用有限元方法分析了该装置特征区域磁场分布,对矩形线圈与磁体相对位置影响进行了讨论,最后搭建标定实验平台并进行标定实验。得到主要结论:在特征区域范围内磁场分布均匀性较好,最大差异率仅为0.7%;电流在10μA~20.2 mA范围调节时,电磁力标定范围为0.097~237.32μN,实验测量数据与仿真结果最大误差为1.73%;当线圈电流分辨率为10μA时,标定力实测分辨率优于0.1μN。

转子偏心对永磁同步电动机电磁力特性的影响

目的永磁同步电动机在变频供电下运行时,转子偏心将加剧电动机的电磁振动,并加大电动机电磁力特性的分析难度。为了研究永磁同步电动机转子偏心时的电磁力特性,方法提出一种快速电磁力特性解析分析方法,在建立电动机永磁体磁动势、定子绕组基波及谐波磁动势、气隙磁导函数的解析模型的基础上,构建电动机无偏心、静态偏心、动态偏心时径向电磁力的解析分析模型,并研究电动机电磁力的阶数成分、频率成分特征。结果经分析发现,与电动机不偏心时电磁力的阶数r和频率成分fk相比,电动机静态偏心、动态偏心时均会增加阶数为r±1和r±2的电磁力;电动机静态偏心时,新出现的电磁力的频率成分为f_(k);电动机动态偏心时,新出现的电磁力的频率成分为f_(k)±f_(1)/p,f_(k)±2f_(1)/p。搭建电动机本体和矢量控制电路结合的联合仿真模型,该模型能够反映电动机不同运行状态下绕组电感、永磁体磁链等参数的变化,利用该模型分别仿真分析电动机无偏心、静态偏心和动态偏心带载运行时径向电磁力的阶数成分、频率成分。仿真分析结果与解析分析结果相符,验证了本文解析分析方法的正确性。结论研究结果可为电磁振动的削弱、电动机故障的预测与诊断提供理论依据。

考虑不对称饱和的电机径向电磁力解析建模

由于内置式永磁同步电机磁饱和特性的存在,使得解析分析电机运行过程中定子所受的径向电磁力缺乏系统有效的方法,不利于在前期设计开发阶段进行电机电磁振动和噪声的抑制。针对内置式永磁同步电机转子不对称磁饱和的问题提出了一种电磁力的解析计算模型。通过将绕组函数法与等效磁路法相结合,推导了考虑电磁饱和情况下的电机磁动势。利用卡特系数计算了电机的等效气隙磁导。通过磁势乘磁导法建立气隙磁场模型,并结合Maxwell应力方程最终建立了电机径向电磁力的解析模型。最终通过有限元法验证了该模型的准确性。该模型能够反应电磁力与电机各结构参数的关系,有利于在设计阶段快速改进电机结构来抑制电机电磁振动和噪声。

三相电流不对称对永磁同步电机电磁力波的研究

通过有限元法研究了三相不对称电流对永磁同步电机径向电磁力的影响。经理论分析推导,三相电流不平衡条件下,电机会产生了0阶2倍频径向电磁力。以一台3 kW永磁同步电机为例,建立了有限元分析模型,分别对电机处于三相电流平衡与不平衡时的电磁力进行仿真计算,仿真结果验证了理论推导的正确性。