基于热路法的自然冷却永磁同步电机定子温度计算

为获取电机运行时的温升情况,本文使用热路法对一台自然冷却永磁同步电机定子的温度进行计算。在Maxwell中进行二维电磁场仿真,得到电机定子的损耗。将电机定子分为多个部件,使用简化圆筒T型热路模型并结合立方体热路模型搭建各部件的单元模型,在计算各部件的相关热阻后,得到电机定子的热路模型。根据热平衡原理建立温度场线性方程组,求解电机定子的温度。在Fluent中建立电机定子的三维简化模型,给予材料属性、边界条件及其他相关设置后,进行电机稳态温度场仿真。最后对电机进行温升实验,使电机在额定工况下运行至热平衡状态后,进行实验测量。将热路法计算的结果与实验和仿真结果进行对比分析,验证了热路法的正确性。

计及周期/半周期性边界条件的永磁电机子域模型

该文提出的表贴磁极永磁电机考虑周期/半周期性边界条件的子域模型,为舰船大容量直驱多相永磁推进电机的设计优化提供一种快速、高效的工具。介绍周期性边界条件和半周期性边界条件的原理及实现方法,并将其应用到基于等效面电流的子域模型中求解电机气隙磁场,而后通过有限元仿真验证了解析计算的准确性。对比3种求解域下子域模型中谐波系数矩阵的维数和求解速度,表明考虑周期/半周期性边界条件的子域模型在保证结果精度的前提下,能大幅降低矩阵维数,并显著减少求解时间。对实验样机进行空载和负载实验,空载反电势与负载转矩实验结果与解析结果吻合较好,进一步说明了周期/半周期性边界条件下所用子域模型的正确性。

基于坐标轴变换的九相永磁同步电机无位置传感器缺相容错控制

多相永磁同步电机发生缺相故障后,电流畸变与内部参数变化对系统造成的干扰是无法预料的,这给无位置传感器驱动系统的稳定运行带来了极大挑战。为了实现电机无位置传感器控制下缺相故障在线切换容错运行,该文提出一种基于坐标轴变换的多相永磁同步电机无位置传感器缺相容错控制策略。首先,通过坐标轴变换建立故障后多相永磁同步电机的降阶解耦模型,并重构电机容错运行输出转矩最大时的容错电流。该建模方法适用于多相永磁同步电机任意缺相故障,且得到的数学模型与电流参考值不随故障相位置而变化。在此基础上,基于坐标轴变换的降阶解耦模型构建修正滑模观测器,有效提高无位置传感器缺相容错控制系统的转子位置估算精度。最后,通过一台9 kW九相永磁同步电机缺相容错试验,验证所提控制策略的有效性。

十二相整流发电机二极管开路的故障运行分析

为研究十二相整流同步发电机在整流元件故障工况下的运行性能,针对不可控整流桥提出了适用于故障情况的二极管通断判别方法。基于电路拓扑理论建立了十二相整流同步发电机系统模型,对单个二极管开路的故障工况进行分析,表明单个二极管开路对直流侧供电品质产生影响,并能得出直流电压与负载大小的数值关系。通过样机仿真结果与试验结果的对比分析,证明了所提分析方法的有效性,为判断多相整流同步发电机二极管开路故障时容错运行的可行性提供理论依据与实用措施。

多相电机定子绕组组合模式对磁动势与参数的影响

多相绕组不同于三相绕组之处是其具有绕组组合的灵活性,确定多相电机定子绕组组合模式则为电磁设计的前提条件。根据多相电机的运行要求,选择对称三相绕组为多相整流发电机定子绕组的基本组成单元,对称四相或五相绕组为变频器供电多相电动机定子绕组的基本组成单元。针对多相电机相数为偶数或奇数、定子绕组半对称与全对称结构4种组合模式,分别进行磁动势分析与定子参数分析。结果表明,在电机相数为偶数时,半对称组合模式比全对称组合模式更有利于消除空间谐波磁动势;而在电机相数为奇数时,半对称组合模式与全对称组合模式在消除空间谐波磁动势方面没有区别,两种模式下稳态定子参数也相等。分析结果为多相定子绕组组合模式的选定提供了依据。

异步电机转子感应非正弦电流时的导条损耗

为计算异步电机转子导条流过非正弦电流时的损耗,采用了先分别计算不同频率电流对应损耗再进行叠加的分析方法。该方法基于电路原理而非通过电磁场分析来计及集肤效应对损耗的影响,在对转子导条分层处理并求出相应参数的前提下,推导说明导条流过非正弦电流时的损耗等于分别流过不同频率正弦交流电流时的损耗之和。文中给出算例并计算了不同频率转子电流在该导条中产生的损耗,同时用有限元法直接计算流过实际非正弦电流时的转子导条损耗,比较计算结果验证了损耗所满足的叠加关系。采用叠加方法求取损耗不仅减小了计算工作量,而且能定量计算某一特定频率电流产生损耗大小。

三相异步电机在单相电源供电时稳态运行性能的分析和计算

基于分析单相电机稳态运行的等效电流法，结合近代电路理论中网络图论的有关内容，推导了三角形接法三相异步电机在单相电源供电时，以矩阵形式表示的性能计算公式。将计算值和实验值进行比较的结果表明，两者是比较接近的。

异步电机双笼转子导条集肤效应的计算

为解决因异步电机转子内、外笼采用不同电阻率的导条而用传统的解析方法无法计算集肤效应的问题,提出了一种准确性与有限元法相当而计算要简单得多的数值计算方法。该方法先把双笼转子导条分为4个半圆块,再在每块中分成若干层,以计算各层自身及相互间的参数为基础,列写出用矩阵形式表示的支路电压方程。通过矩阵运算,推导了各层电流间的相互关系,计算了考虑集肤效应时的导条损耗与槽漏磁场能量,最后由等值交流电与直流电情况下的损耗之比得出电阻增大系数、漏磁场能量之比得出漏感减小系数。给出了算例的计算结果并说明了该方法的有效性。

十二相异步发电机功率绕组与整流系统的电路分析

为了对异步发电机十二相功率绕组带整流负载系统进行仿真计算,采用了基于电路拓扑理论的回路电流法。针对系统多回路变拓扑结构加之电容与电感元件同时存在等复杂情况,以网络图论为基础,结合回路电流法,列写矩阵形式表示的网络方程。求解过程中定步长和变步长联合使用,解决了计算结果的稳定性问题。通过对计算数据进行等间隔插值、快速Fourier变换、输入量迭代等数值计算方法的应用,最终得出各变量的基波与谐波分量。仿真波形与实验波形比较吻合证实了分析方法的有效性,而变量基波分量计算值与实验值一致说明分析方法的相当高准确性。

自激异步发电机单相空载建压电容的计算

对Y接三相自激异步发电机单相空载稳态运行性能进行分析,通过计算来着重说明平衡电容值和自激建压电容值之间的不同组合对所建端电压的影响。分析过程中用对称分量法推导发电机单相空载稳态运行时的回路阻抗,令回路阻抗的实部与虚部分别为零,作为异步发电机稳态运行的条件和性能计算的基础。采用直接搜索优化方法求解二维方程并计算出单相空载电压值,针对单变量函数用数值法确定给定端电压下的电容组合和最小建压电容值。单相空载电压计算值与实测值相互吻合,验证了该分析方法的有效性和准确性。

计及频率影响时单相异步电机转子参数的数值计算

在对单相异步电机转子槽分块与分层处理的基础上， 推导了集肤效应作用下每层电流的数值计算公式。通过直接计算导条损耗与漏磁场能量得出了计及频率影响时转子导条电阻与转子槽漏感。论文还给出了转子参数的计算结果。

以特征值为判据的异步发电机自激建压过程分析

为研究自激电容对异步发电机空载暂态建压过程的影响并确定最小建压电容值,采用了以状态方程矩阵特征值计算为基础的分析方法。从自激异步发电机αβ坐标系下的等值电路出发,推导了异步发电机空载建压时的状态方程,通过对状态方程进行局部线性化,进而计算出线性状态矩阵的特征值。根据不同自激电容值所对应特征值实部的符号并应用系统稳定性理论,以此判断电容为该值时电压是否得以建立,空载暂态建压过程的仿真波形与实验波形较为一致,说明了分析方法的有效性。把特征值实部绝对值选为目标函数并结合一维优化方法计算了异步发电机空载最小建压电容值,此值与传统方法计算结果相吻合,进一步证实了分析方法的正确性。

12/3相双绕组异步发电机定子谐波漏感的计算

为计算12/3相双绕组异步发电机多达上百的相间谐波漏感,在两线圈间谐波电感的求取和绕组与线圈连接关系确定方面采用了新的分析方法。以单一线圈而不以一相绕组为基础,通过总电感减去基波电感的方法计算两线圈间的谐波电感,并在区分控制绕组和功率绕组情况下给出了异步发电机任意2个定子槽中线圈间谐波电感值。仿照图论结合回路电流法分析电路网络的过程,列写了表示线圈支路电流与一相绕组回路电流间的关联矩阵,用规范统一的编程方法计算各相绕组间的谐波漏感,并对其中几个电感值进行了定性分析。所用分析方法通用性强,对绕组连接复杂多相异步电机定子谐波漏感参数计算优势明显。

12/3相双绕组异步发电机定子端部漏感的计算

为计算12/3相双绕组异步发电机多达上百的相间端部漏感,在两线圈间端部漏感的求取和绕组与线圈连接关系确定方面采用了新的分析方法,此方法具有简单通用等传统方法所不具备之优点。通过引入气隙电流和镜像电流,以Biot-Savart定律为基础,把线圈端部各大段分成若干小段,用数值方法计算两线圈间端部电感。仿照图论结合回路电流法分析电路网络的过程,列写了表示线圈支路电流与一相绕组回路电流间的关联矩阵,用规范统一的编程方法计算各相绕组间的端部漏感并给出了几个漏感参数值。最后还对文中方法和其它方法的计算结果进行了比较。

基于二端口网络的三相异步发电机不对称稳态分析

对星接自激异步发电机三相不对称稳态运行进行分析计算,重点研究发电机电压变化情况。分析过程以Z参数的二端口网络和对称分量法为基础,推导发电机负载端的二端口网络模型及参数,该二端口网络输入端、输出端分别与异步发电机的正、负序等效电路相接合,建立异步发电机不对称稳态运行的等效电路。通过电路方法分析自激异步发电机不对称稳态运行性能,计算过程中实现了两个求解量的解耦。新分析方法通用性强,能大大提高计算速度。针对自激异步发电机带多种不同组合的三相不对称负载进行实验,实验值与计算值吻合好,由此验证了分析方法的有效性和准确度。

12/3相双绕组异步发电机定子槽漏感的计算

为计算12/3相双绕组异步发电机多达上百的相间槽漏感,在槽比漏磁导求取和绕组与线圈边连接关系确定方面采用了新的分析方法。通过对定子圆底槽各层的分片处理,由数值方法推导了层间槽比漏磁导计算公式,并给出了相应的计算结果。仿照图论结合回路电流法分析电路网络的过程,列写了表示线圈边支路电流与一相绕组回路电流间的关联矩阵,用规范统一的编程方法计算各相绕组间的槽漏感,并对其中几个电感值进行了定性分析。所用分析方法通用性强,对绕组连接复杂多相异步电机定子槽漏感参数计算优势明显。

异步发电机自激建压临界值的计算

以自激异步发电机αβ轴等值电路为基础,结合系统稳定性理论说明了异步发电机自激建压的条件。对系统的特征值进行分类,定义特征值实部函数,并对不同自激电容和转速下的函数值进行计算。以特征值实部函数绝对值作为目标函数,采用一维搜索优化方法对样机的建压临界电容和临界转速进行计算。新方法与传统方法计算结果一致,验证了新方法的正确性。

异步电机不对称运行时电容值的确定

借助网络图论,用回路电流法列写了便于计算机辅助分析计算的网络方程,计算了单相电源供电的三相异步电机稳态运行时的各支路电流。基于支路电流,推导了对应于正序与逆序旋转磁场的正序与逆序等效电流。以逆序电流有效值与正序电流有效值之比作为不对称运行异步电机运行状态的判据,该判据最小为优化的目标函数,运行电容值为一维变量,用黄金分割法求出某一转差率下的理想运行电容值。算例的计算结果表明,在运行范围内理想电容值变化不大,这为选择一合理的固定运行电容值提供了理论依据。

自激异步发电机投切负载的暂态过程分析

投切负载是异步发电机运行中的重要暂态过程,对其进行分析可以为优化电机运行方案和合理设计电机保护措施提供理论支持。以异步发电机αβ0坐标系下的暂态等值电路为基础,列写异步发电机空载运行和带电阻负载运行情况下的自治状态方程。首先用非线性电路理论判断自治状态方程稳定性,再用4阶Runge-Kutta法分别求解投切负载时的状态方程,得到各状态变量的瞬时数值。把计算数据从αβ0坐标系转换到abc坐标系下,根据各时刻数值画出波形得到异步发电机投切负载时的暂态过程。给出相一致的实验结果和仿真计算结果,验证了所用分析方法的正确性。

三角形接法三相异步发电机单相稳态建压分析

给出三角形接法三相自激异步发电机单相稳态建压时各参数满足的关系式,研究自激电容值对所建端电压的影响。基于对称分量法,通过矩阵分析推导发电机单相空载稳态运行时的回路阻抗,以回路阻抗为零作为异步发电机稳态运行的条件,采用坐标轮换优化方法求解方程并计算出空载电压值,所采用的方法编程简单且稳定性好。计算了不同自激电容下所建立的空载电压值,计算值与实验值吻合较好,证明了文中分析方法的有效性和准确性。