SiC逆变器供电的牵引电机匝间绝缘性能评估

采用碳化硅(SiC)逆变器供电,虽然可以减小牵引变频电机体积、质量、温升,提高电机效率,但逆变器输出电压的高频、短上升时间等特性给牵引变频电机绝缘带来了挑战,尤其是匝间绝缘将会承受更高的电压负荷,导致绝缘过早失效。本文首先通过模拟SiC逆变器在最大开关频率及实际电缆线长度下高压变频牵引电机匝间绝缘所承受的电压波形,在不同电压参数(频率、电压峰峰值、上升时间)、不同温度、不同匝间绝缘层厚度(0.23 mm、0.30 mm)下对高压变频电机电磁线进行局部放电起始电压测试及耐电晕寿命测试,并根据牵引电机的实际运行工况和绝缘系统的电负荷失效机理,分析PDIV、局部放电特性及寿命的变化机理。PDIV测试结果表明:频率与上升时间的变化并不会对PDIV产生影响;温度升高,PDIV呈现下降趋势,但由于制作工艺问题,在部分温度下会出现上升趋势;厚度的增加对PDIV提升较大,在考虑成本及效率可控的前提下,提高厚度能有效提高变频电机匝间绝缘能力。耐电晕测试结果表明:温度与上升时间的变化会造成绝缘寿命发生较大改变;频率及电压峰峰值对绝缘寿命的影响呈非线性关系,可用反幂模型表达,并且在工业应用上针对频率对绝缘寿命的影响可直接通过比例关系进行折算。

压缩机用直线振荡电机频率跟踪控制

作为一种新型压缩机,直线压缩机具有效率高、体积小、噪声和震动小的优势,但要发挥其效率高的优点,需对驱动频率进行控制,以跟踪其机械谐振频率。针对该特性,提出了一种基于二阶广义积分器(SOGI)和双相关相位检测算法的直线振荡电机频率跟踪控制算法。该控制算法与基于位移电流积平均值(ASCP)的频率跟踪控制算法相比,具有动态响应快、变工况下运行稳定的优点,且增强了对外界干扰的抑制效果,提高了控制系统的稳定性。仿真和实验表明,所提出的控制算法可以快速跟踪电机固有频率,验证了理论的合理性和有效性。

永磁同步电动机转子冲片强度分析

针对永磁同步电动机转子冲片强度分析,应用有限元法仿真计算电机转子冲片强度,建立基于FKM强度准则的冲片局部应力超屈服状态下的静强度评估方法。结果表明,基于线弹性有限元分析的局部应力计算值超屈服后,转子冲片仍具备一定承载能力。基于FKM强度准则的静强度评估方法可有效评估转子冲片局部应力超屈服强度下的安全裕量,为永磁电机冲片强度设计提供参考。

永磁同步直线电动机动子清洁装置的设计

针对永磁同步直线电动机在矿山运输系统中动子吸附铁屑和磁性尘沙的问题,现提出了一种可以安装在定子上的清洁装置,通过设计清扫吸附装置的结构,应用有限元仿真软件计算动子吸附铁屑和磁性尘沙的受力情况,使用流体仿真软件计算清洁装置清除动子表面铁屑和磁性尘沙所需的风量和风速。通过清洁装置的样机试验表明,清洁装置具有良好的清扫和吸附铁屑、灰尘的能力,达到永磁同步电动机永磁体动子表面清洁的效果。

基于响应面法的牵引电机风道散热筋结构优化

对于轨道交通牵引电机来说,强迫风冷是一个有效降低电机温升的散热方式。为了使电机的散热效果达到最佳,现对某轨道交通牵引电机风道结构进行了建模与仿真。同时采用响应面法,以风道内定子铁心散热筋厚度、数量、高度作为研究对象,定子温升与风道压降作为响应值,对风道内部铁心散热筋结构进行优化设计。结果表明:对定子铁心温升和通道压降的影响从大到小排序为:铁心散热筋数量、高度和厚度。经响应面优化,结构参数组合为:铁心散热筋厚度为0.5mm、数量为7、高度为9.2mm。同时对优化参数进行了数值模拟验证,定子温升与风道压降的响应面预测值与数值计算值仅仅相差1.57%和0.82%,从而验证了响应面模型的有效性。

高速动车组永磁同步牵引电动机热管理技术研究

针对高速动车组永磁牵引电机高功率密度、高效率的技术要求,介绍传统冷却方式下电机的冷却存在的问题,创新性地提出了新型多路并联全域高效冷却结构,详细说明了新型水冷结构的设计、仿真以及试验验证结果。试验结果表明,该永磁电机冷却结构设计合理,在各种工况下均温度分布合理、具有良好的性能表现,满足高速动车组复杂的运用工况要求,同时性能指标优于国外竞争对手。

地铁永磁牵引电机冷却风扇性能与气动噪声研究

根据自扇风冷型地铁永磁牵引电机对冷却效果和气动噪声抑制的平衡设计要求,对分别采用两款冷却风扇的某一地铁永磁牵引电机的冷却效果和气动噪声进行数值分析和试验研究。两款风扇的主要差别在风扇外径,风扇B的外径比风扇A小约23%。研究结果表明,与风扇A相比,风扇B在电机风道内引起的风量、静压和消耗功率分别降低29%、47.4%和53%。在电机额定运行工况下,流量降低使电机温升增加约9 K,其满足电机温升设计要求,而相应的气动噪声降低3.3 dB(A),具有良好的降噪效果。

重复脉冲极性及占空比对变频电机绝缘局部放电起始电压的影响研究

研究重复脉冲电压参数对变频电机绝缘局部放电起始电压(PDIV)的影响规律,有利于低压散绕电机的绝缘性能评估。本文搭建了重复脉冲及正弦电压下的局部放电测试系统,通过对双绞线施加不同电压波形,研究了重复脉冲极性及占空比(0.01%~70%)对I型变频电机匝间绝缘PDIV的影响规律及机理,分析了正弦与脉冲电压下PDIV测试等效条件。结果表明:占空比为50%时,脉冲电压双极性下试样PDIV约低于单极性下PDIV的12%;随着脉冲占空比的增加,单极性下PDIV值逐渐升高,双极性下PDIV变化较小,但呈现先增加后减小的趋势;当单极性脉冲占空比为10%以下,双极性脉冲占空比为30%~70%时,与正弦电压下PDIV测试值最接近。对此,采用脉冲电压测试电机绝缘PDIV时,需考虑占空比的选取;且在一定电压参数下,正弦与脉冲电压PDIV测试基本等效。

低压散绕变频电机绝缘薄弱点定位方法研究

根据IEC相关标准,采用重复脉冲和正弦电压测定变频电机绝缘系统PDIV,是评估低压散绕变频电机绝缘性能的关键手段。然而,现行IEC标准难以识别定子绕组绝缘薄弱点。对此,联合重复脉冲和正弦PDIV离线测试技术,提出定位变频电机绝缘薄弱点的"三步法":首先采用重复脉冲电压测定电机匝间绝缘PDIV;然后利用正弦电压测定相间及主绝缘PDIV,并与匝间PDIV对比,确定电机绝缘薄弱点;最后通过测试电机在不同接地方式下的PDIV,可定位绝缘薄弱点是否位于定子绕组首端。另外,通过定子绕组电压分布仿真、3个商用电机薄弱点识别及电机寿命实验,综合验证了上述方法的可行性。此研究可实现变频电机绝缘薄弱点的有效定位,提升电机绝缘潜在风险诊断效率。

100%低地板车辆用永磁同步牵引电动机关键技术

介绍了一款基于100%低地板车辆的永磁同步牵引电动机,并对永磁电机磁路结构、关键方案、总体结构、冷却结构等进行研究,开发了样机完成相关试验并进行了装车考核。与异步牵引电动机相比,该永磁同步牵引电动机在重量、效率、节能效果等方面具有明显的优势。

同轴磁齿轮极数配合规律

为解决同轴磁齿轮的内转子永磁体极对数、外转子永磁体极对数和调制环齿数选取问题,研究其极数配合规律。介绍同轴磁齿轮的基本结构,推导其气隙磁密解析式;基于磁齿轮气隙磁密谐波分析,对磁齿轮内转子永磁体极对数、外转子永磁体极对数和调制环齿数的相互配合关系进行研究,给出极对数配合的选取原则;详细对比分析4种不同极对数配合磁齿轮的转矩特性;设计一台内转子永磁体极对数为5、外转子永磁体极对数为19、调制齿个数为24的同轴磁齿轮,并进行样机制造与试验。结果表明:当磁齿轮内转子永磁体极对数与外转子永磁体极对数之和等于调制环齿数时,磁齿轮可获得较高的传动比和较强的转矩输出能力。

基于周期性半模型的中低速磁浮用直线电机的性能计算分析

中低速磁浮列车直线感应电机磁路不对称且受纵向及横向边端效应的影响,性能计算困难。文章分别采用磁路法、二维有限元法及三维有限元法进行了直线电机的牵引力及法向力计算,在全模型三维有限元仿真基础上提出采用周期性半模型有限元仿真方法进行电机性能仿真,并搭建了中低速磁浮列车直线电机静态测试平台进行测试验证。通过对比测试发现,周期性半模型三维瞬态有限元仿真测试的牵引力与平台测试结果偏差3.9%,与全模型有限元仿真结果一致;但与全模型方法相比,采用周期性半模型方法的计算时间可缩短约40%,这样既兼顾了电机特性计算的准确性,又提高了计算速度。基于周期性半模型方法可以在直线感应电机设计阶段实现计算的最高准确性,从而降低直线感应电机因无法进行台架性能测试所带来的设计风险。