Electromotive Force Calculation of Fifteen-phase Induction Motors With Non-sinusoidal Supply

非正弦供电十五相感应电机基波磁动势正幅值与3次谐波磁动势负幅值不在同一位置时的叠加磁动势波形称为常规磁动势波形,此种情况下感应电动势的计算是该种电机电磁性能分析与优化设计的前提。与正弦磁动势或理想叠加磁动势不同,常规磁动势下电机的感应电动势与激磁电流相位因磁路饱和不再相差/2,为此提出把感应电动势作为激磁电流流控电压源的处理方法。鉴于电机每半个极下气隙磁密波形不再相同的情况,提出基于电机1个极距区域的拓展分布磁路法计算气隙磁密,进而求出基波感应电动势与3次谐波感应电动势。非正弦供电十五相感应电机样机的感应电动势计算值与实测值相互吻合,说明了拓展分布磁路法计算感应电动势有效且具有较高的准确度。

非正弦供电十五相感应电机气隙磁势分析

根据非正弦供电十五相感应电机不同次谐波电流可以产生同速气隙磁势的特点,说明利用3次谐波磁势降低基波磁势幅值以改善电机性能指标的理论根据,并确定叠加磁势峰值达到最小时的3次谐波激磁电流表达式。对感应电机中的非正弦电流进行傅里叶分解,通过计算各次谐波电流产生的不同次谐波磁势,揭示了谐波电流产生同次谐波磁势时、其转速为同步速之规律。以叠加磁势数学表达式为基础,通过求导计算叠加磁势峰值,再由优化方法中的直接法确定出叠加磁势最小峰值以及相应3次谐波激磁电流有效值和相位角。分析了磁势峰值降低后电机性能指标改善及功率密度提高的原因,为十五相感应电机优化提供了理论基础。

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。

新型12相多重叠加逆变器的建模与仿真

基于圆形移相变压器的12相多重叠加逆变器的工作原理,分析了在12相方波电压输入情况下,圆形移相变压器中的磁动势将近似为圆形旋转磁动势,因此在三相输出绕组中将得到近似的三相对称正弦电压.文中建立了该逆变器的数学模型,推导了参数计算公式,给出了简单的调压策略,并用Matlab对12相多重叠加的逆变过程进行了仿真.仿真结果表明,这种新型的12相多重叠加逆变器可以有效地减小输出的谐波,改善逆变器的输出性能,同时可以方便地调节输出电压.

非正弦供电十五相感应电机磁路计算方法

鉴于电机气隙磁势为非正弦分布磁势,提出分布磁路法对非正弦供电十五相感应电机进行磁路计算并求出激磁电抗。分布磁路法从基波和3次谐波合成磁势出发,在电机半个极范围内进行等间隔周向分块,通过迭代计算得到沿圆周各节点气隙磁密,并由傅里叶分解得到基波和3次谐波磁密。以等值电路为基础同时结合分布磁路法,迭代计算给定电压下基波激磁电抗与3次谐波激磁电抗。对非正弦供电十五相感应电机样机进行空载实验,得到基波激磁电抗与3次谐波激磁电抗实测值。激磁电抗计算值与实测值相互吻合,说明了分布磁路法的有效性和准确性。

滑条式静磁微执行器的pull-in现象分析

从滑条式静磁微执行器的模型出发,应用静磁微执行器的pull-in方程,分析了滑条式静磁微执行器的pull-in现象,用磁动势控制模型和力学平衡两种方式得出了执行器的吸合位置及吸合时的磁动势.对于特定的滑条式磁微执行器结构,pull-in位置为初始气隙宽度的1/3处.算例计算结果表明,该静磁微执行器的pull-in磁动势仅为3.84A.

多相电机定子绕组改进绕组函数的有限元分析

提出改进绕组函数的有限元算法,解决了改进绕组函数的准确计算问题。根据有限元算法和叠加原理,分析了线圈和多相电机相绕组的改进绕组函数的基本特征,并根据该基本特征研究了多相电机气隙磁动势分布和气隙电感。结果表明,多相电机相绕组的改进绕组函数与绕组函数之间的差别为与多相电机结构有关的函数,电机正常运行时,该函数通常只含偶次谐波,并会影响电机气隙磁动势分布的计算,进而影响交、直轴电感曲线的谐波,但对交、直轴电感曲线的直流分量影响较小,基本可以忽略。

转子绕组星-环形拓扑结构无刷双馈电机

磁阻式和特殊笼型是目前无刷双馈电机常用的两种转子结构,但采用这两种转子结构的电机导体利用率低、谐波含量大,导致电机性能达不到工业应用要求。提出一种转子绕组采用星-环形接法的绕线式无刷双馈电机,星-环形结构可以提高绕组的导体利用率,这种电机可以作为发电机或电动机。引入基尔霍夫(Kirchhoff)定律用以说明星-环形结构的工作原理,并通过列举绕组实例说明了方法的有效性,同时对所选方案的磁势谐波进行分析。样机实验结果表明,基于星-环形原理设计的绕线式无刷电机具有优良的性能。

基于BP神经网络的转子匝间短路故障识别方法

分析了发电机转子绕组发生匝间短路后的电磁特性,得到了匝间短路后的特征参数。在确定的运行状态下,发电机励磁磁动势故障前后维持不变而励磁电流增大。据此选取故障样本,将BP神经网络应用于发电机匝间短路故障识别。BP神经网络不依赖于发电机的数学模型及其结构参数。最后实测了故障发电机的特征信号,与理论分析结果基本吻合。

一种用于多重叠加逆变的圆形移相变压器

为改善多重叠加逆变器性能,提出一种用于多重叠加逆变的新型圆形移相变压器。移相变压器采用圆形铁心结构,与一般移相变压器相比,该变压器磁路结构更加对称,绕组设计更加简单。分析了非正弦供电条件下,变压器定子谐波磁动势的特点,推导出了谐波磁动势计算公式。实验结果表明,圆形移相变压器内部能形成旋转磁场,正常建立空载电压;将圆形移相变压器应用于多重化逆变时,能有效减小输出电压谐波,改善逆变器输出性能。

一种新型高频功率电感器分布磁压结构

在分析高频电感器线圈涡流损耗构成及起因的基础上,提出通过设计电感器磁压以减小其线圈涡流损耗的研究思路,并据此研究思路,提出一种具有分布磁压的新型高频电感器磁芯结构。新结构通过在开集中气隙的高磁导率磁芯柱与线圈间加入低磁导率磁材料,为电感器的磁压分布构造一辅助磁路,进而使电感器线圈窗口内的磁场分布均匀化,大大减小了线圈涡流损耗。与已有的高频电感器磁芯比较,新结构工艺简单且不增加磁芯损耗。应用电磁场有限元仿真软件对新型分布磁压结构进行了分析与设计,给出了设计指导,并进行了实验验证。

同步发电机定子绕组短路故障瞬态过程电磁转矩特性分析

为了研究定子内部短路故障后瞬态过程中电磁转矩的变化特性,基于动力学虚位移原理,对同步发电机定子绕组内部匝间短路故障前以及故障后瞬态过程的电磁转矩进行了理论分析,研究了在振动偏心影响下同步发电机定子内部短路故障前后气隙磁动势的变化特征,并得到了故障发生后瞬态过程中各频率电磁转矩分量的幅值和频率特性。同时建立了动模实验模型,实验测量了一台功率为30kVA的同步发电机不同短路故障下的电磁转矩,并对其进行频谱分析,实验分析结果验证了理论推导的准确性。该结果为基于电磁转矩的定子内部故障诊断技术提供了理论基础。

一种基于磁动势平衡的Rogowski线圈控制模型

Rogowski线圈主要应用于脉冲大电流的测量,而电力系统中测量用电流互感器的使用环境中存在着诸多干扰。因而,要实现Rogowski对线圈工频稳态电流的准确测量,就需要了解Rogowski线圈对工频稳态电流的测量特性以及干扰对测量的影响。为此提出了一种基于磁动势平衡思想的Rogowski线圈动态控制模型,利用该模型描述了Rogowski线圈的一、二次侧各电气参量,并对互感器工频电流的稳态测量特性、干扰信号的影响作出了分析。

分数槽集中绕组永磁交流伺服电机定子磁动势及绕组系数分析

本文根据绕组电流产生磁动势的基本原理,使用Matlab软件对典型常用的几种分数槽集中绕组单元电机的定子磁势进行傅里叶级数展开,得到分数槽集中绕组磁势各次谐波的频谱图。通过对频谱的分析,得到分数槽集中绕组永磁交流伺服电机定子磁势的谐波分布规律。在磁势谐波频谱的基础上分析了分数槽集中绕组的绕组系数,得到了绕组系数分布规律及绕组系数表。为分析解决分数槽集中绕组永磁交流伺服电机其它问题打下基础,为电机的设计提供依据。

分数槽集中绕组永磁电机低谐波设计方法综述

分数槽集中绕组永磁电机谐波大的弊端限制了其在航空航天、机器人等高端领域的广泛应用。研究分数槽集中绕组电机低谐波设计方法,避免因谐波引起过高的转子损耗及振动噪声,具有十分重要的现实意义。通过对分数槽集中绕组永磁电机电枢绕组磁动势谐波及电枢反应磁场谐波进行分析,从分布效应、相移技术、内置磁障及齿槽结构等四方面对永磁电机低谐波设计方法进行归类,介绍并分析了每类典型技术方法的特征及优缺点。最后,对分数槽集中绕组永磁电机低谐波设计方法进行了总结和展望。

多相感应电机任意非正弦气隙磁密的磁动势分析与应用

多相感应电机转矩密度的提高依赖于非正弦气隙磁密行波的合理构建,由于传统的电流相位、幅值控制策略无法给出期望的非正弦磁密行波,因此文章研究了控制多相感应电机定子相电流中基波和谐波幅值、相位、频率的大小来构建期望的气隙磁密波形的方法。首先基于单根载流导体产生的气隙磁动势波形,推导了任意相数、不对称、包含任意高次谐波电流波形激励的具有典型绕组结构的多相感应电机的磁动势分布表达式。根据以上磁动势分析结论,多相电机可通过变电流相序变极。针对气隙磁密行波逼近方波波形的案例,根据所提出的磁动势分析方法分析和预测了理想空载励磁电流的波形。将预测波形和方波供电下的励磁电流波形进行了比较,从FFT分析结果来看,仍需微调各次谐波电压相位,从而实现各次电流相位完全一致。

载波移相对直线电机高频振动抑制的研究

PWM驱动电机系统中,在功率元件开关状态下会产生高频振动。针对变频驱动多相直线电机高频振动噪声的问题,提出使用载波移相技术降低噪声。根据电机振动与磁动势间的关系,推导了双绕组互移30°的多相直线电机磁动势的计算公式,经过分析得出结论:通过调节载波移相角,进而调节电机两绕组电流中的高频谐波的角度差,有效地抵消了电机合成磁动势的高频分量幅值,并推导和分析了最优移相角度的选择,最后进行了仿真,验证180°为最优移相角。

Auxiliary Teeth Design to Reduce Short-Circuit Current in Permanent Magnet Generators

In this paper,a new auxiliary teeth structure is proposed for fault-tolerant permanent magnet(PM)generators,which can reduce the short-circuit currents.Firstly,the short-circuit current and the phase to phase isolation of the fault-tolerant generator are analyzed briefly.Secondly,the auxiliary teeth structure is optimized to improve fault-tolerant capability.Then,the PM generators with different stator structures are compared to evaluate the proposed auxiliary teeth structure.Four critical generator parameters are investigated,i.e.back-electromotive forces,short-circuit currents,stator magneto motive force(MMF)harmonics,and torque performances.The results show that the proposed structure has better fault-tolerant capability than the conventional two-layer windings.Moreover,the stator MMF harmonics can be suppressed.Furthermore,the cogging torque and torque ripple can be suppressed by adopting the proposed structure.Finally,the simulated results are given to validate the theoretical analysis.

交流电机绕组磁势动画演示研究及其编程

针对交流绕组磁势这一电机学的重要内容,通过编程开发,在理论分析基础上,以"波形"与"相量"等为表述方式对磁势的变化情况进行动画演示,形象的体现磁势"脉振"与"旋转"、"圆形"与"椭圆形"等诸多特点。有利于加深对电机学"磁势"概念的理解,同时亦丰富了电机学中关于磁势的分析与表达方式。

基于定子合成磁势分析的火电机组振动机理研究

定子绕组流过暂态不平衡电流时,发电机内部磁场分布将发生变化,继而会影响定、转子之间的受力和振动。分析定子绕组合成磁势方位角变化,可提取三种不用的定子磁场模式:旋转磁场、步进磁场以及固定磁场,且固定磁场下汽轮机振动急剧增加。文中采用有限元仿真计算,以单相绕组通直流电来模拟固定定子磁场的方式,发现随着定转子磁势夹角的变化,转子在较短时间内承受较大的冲击力矩,且在故障期间循环往复,最终导致跳机。