低压断路器中铁磁性栅片的近极压降影响因素

低压断路器中电弧电压直接关系到断路器的灭弧性能,而栅片的近极压降直接影响电弧电压,因此研究其可以为优化断路器性能提供帮助。搭建简化的实验装置,测量直流电流等级为250 A时稳定燃弧过程的电弧电压,并绘制电弧电压与栅片间距的关系曲线,通过拟合曲线求得近极压降;同时从栅片材料、厚度和电流等级等方面探究影响近极压降的因素。实验结果表明,不同材料的近极压降会有差异,而栅片厚度和电流等级的大小不会对其产生影响。

电动汽车不对称转子永磁电机转矩脉动抑制

针对内置式永磁同步电机转矩脉动大、转子结构复杂优化设计困难的问题,提出一种新型不对称转子结构,该转子结构相邻磁极的极弧系数不同,使得相邻磁极产生转矩脉动相位相反,从而实现对转矩脉动的抑制。首先,从理论上推导了不对称转子结构极弧系数与转矩脉动幅值、相位的关系,并根据理论总结出低转矩脉动不对称型内置式转子结构的设计原则。其次,根据总结的设计原则,设计一台30 kW电动汽车用不对称内置式转子电机并与原样机进行对比分析,对电机的电磁性能进行全面的比较评估。结果表明新型不对称转子结构在不明显影响其他主要电磁性能、不增加电机成本的同时能够有效抑制转矩脉动,转矩脉动下降29.4%。最后,制作通过样机试验验证了理论分析以及仿真的有效性,为内置式永磁同步电机转矩性能的提升提供理论支持。

电机转子轴窜优化的数值模拟

为解决电机轴窜问题,以一台2 800 kW的全封闭高压凸极同步电机为例,采用有限体积法对电机内流场进行数值模拟,与实验对比证实模拟结果的准确性。结果表明:转子两端风压差值过大为引起电机转子轴窜的原因;减小弧形风扇轴向高度易于减小转子轴向窜动量,相对于原弧形风扇,轴向优化后转子两端风压差值分别减小72.98%和96.49%,最终优化后的弧形风扇转子两端轴向风压差值为77.9 N,转子轴向窜动量为0,满足电机设计要求。该研究可为电机转子轴窜优化提供理论依据。

基于极弧系数选择的实心转子永磁同步电动机齿槽转矩削弱方法研究

齿槽转矩的削弱是永磁电机的难点和研究重点之一。为削弱实心转子同步电动机的齿槽转矩,文中提出了一种基于能量法和傅立叶分解的的解析分析方法,给出了能明确表达齿槽转矩与设计参数关系的齿槽转矩解析表达式,据此研究了极弧系数对齿槽转矩的影响。在此基础上,提出了极弧系数的最佳确定方法。根据该文给出的方法,可以方便地得到不同极数和槽数配合时的最佳极弧系数,进而削弱齿槽转矩。最后利用有限元法对其进行了验证,证明文中提出的方法是正确有效的。

极弧系数组合优化的永磁电机齿槽转矩削弱方法

永磁电机在高性能控制系统中应用越来越广泛,然而永磁体与有槽电枢铁心之间相互作用,产生齿槽转矩,引起电机的振动和噪声,并影响系统的控制精度。通常情况下,永磁电机各磁极的极弧系数相等。为削弱齿槽转矩,可设计相邻磁极极弧系数不等。文中采用不等极弧系数组合削弱永磁直流电机齿槽转矩,利用基于能量法和傅里叶分解的解析法得到齿槽转矩的表达式,通过分析起作用的气隙磁密的傅里叶系数,给出了使得齿槽转矩最小的极弧系数组合的确定方法。但是由于采用了一些假设,上述确定方法存在一定误差。为使齿槽转矩最小,采用全局优化方法与有限元相结合以获得最优极弧系数组合。文中对每极槽数为整数和分数的2台电机模型分别进行了解析分析和优化,结果表明:该优化方法可显著削弱齿槽转矩。

无刷双馈电机复合转子结构参数的优化设计

无刷双馈电机在变速恒频风力发电系统和变频节能驱动领域具有广阔的应用前景,其转子耦合能力是影响该种电机出力和功率密度的最重要因素。本文提出一种新型的隔磁磁阻和短路笼条相结合的复合转子结构形式。采用有限元分析法,深入分析了转子极弧系数、导磁层数、导磁层与非导磁层宽度比、有无短路笼条、短路笼条组数及短路笼条层数等结构参数对转子耦合能力的影响,得到了复合转子强耦合能力的结构尺寸。该种新型转子不仅结构简单、加工方便,而且具有强耦合能力和高转矩密度的优点,是无刷双馈电机最具应用潜力的新型转子之一,所研制的样机对转子的耦合能力进行了验证,论文研究工作为该种电机的新型转子设计提供了理论基础。

多相电励磁双凸极发电机的极数和极弧系数研究

电励磁双凸极发电机(wound-field doubly salient generator,WFDSG)的极数和极弧系数设计不当会导致电机产生较大的定位转矩和励磁绕组反电势。为了设计容错能力强、电压脉动率小的多相WFDSG,该文对多相WFDSG的极数和极弧系数进行了研究。在分析多相WFDSG原理的基础上,确定了多相WFDSG的设计要求;分析了定转子极数和极弧系数等结构参数对各绕组电感、电动势等性能参数的影响规律,推导了多相WFDSG普遍适用的定子极数、转子极数和定转子极弧系数等结构参数的约束公式,为设计多相双凸极电机提供理论基础。依据上述理论设计了一种12/9极四相WFDSG,利用有限元软件对传统WFDSG和该文设计的新型四相WFDSG样机进行了对比分析,试制了样机并进行了实验。仿真和实验结果验证了所提出的设计方法和电机结构的合理性。

Electromagnetic Design of a Switched Reluctance Motor With Segmental Rotors and Full-pitch Windings

整距绕组分块转子开关磁阻电机具有高速运行时低风（油）阻和低铁心损耗等优点，特别适合用于航天航空驱动系统。根据整距绕组分块转子开关磁阻电机的基本工作原理，结合输出功率与平均转矩的关系，将绕组电流等效为方波，推导出了整距绕组分块转子开关磁阻电机的主体尺寸计算公式；基于电机定转子未对齐位置和对齐位置的电磁特性，以及整距绕组分块转子开关磁阻电机的电磁特点，确定了定、转子极弧系数选取的规则；同时分析了绕组匝数等主要尺寸的选取的规则；最后，基于上述方法优化设计了一台实验样机，并通过有限元仿真及实验验证了整距绕组分块转子开关磁阻电机的电磁设计方法的正确性。

极弧系数选择对永磁无刷直流电机激振力波的影响

研究了极弧系数选择对于永磁无刷直流电机空载激振力波的影响。推导永磁体磁动势的傅里叶分解系数的表达式,采用机械阻抗法分析无刷直流电机的空载电磁噪声。研究径向充磁和平行充磁时极弧系数对电磁噪声的影响,进而提出通过合理选择极弧系数削弱对电磁噪声起主要作用的激振力波的方法,并采用空间和时间2次傅里叶分解得到主要阶数激振力波的频谱。有限元计算结果验证了所提方法的有效性。

基于单一磁极宽度变化的内置式永磁同步电动机齿槽转矩削弱方法

结合永磁电机极弧宽度组合和永磁体不对称放置的方法提出了一种仅改变隔磁磁桥削弱内置式永磁同步电动机齿槽转矩的方法。通过在永磁体槽和转子外表面之间增加隔磁磁桥,改变磁桥的形状和尺寸,使得内置式永磁同步电动机的一个磁极的极弧宽度变化,同时保持其余磁极宽度不变,且相邻磁极间的宽度相等,通过合理选择隔磁磁桥的形状和宽度,可以非常有效地削弱齿槽转矩。由于每极整数槽和非整数槽时,采用单一极弧宽度变化造成的影响不同,本文采用解析法分别对两种情况进行了研究,得到了磁极的两种极弧宽度和磁极间距大小与齿槽转矩的关系式,据此得到了磁极极弧宽度的确定方法。

基于有取向硅钢的轴向磁通开关磁阻电机准三维解析分析与设计

轴向磁通开关磁阻电机定、转子齿形在不同圆周半径上极弧角度变化不一致,利用二维解析法分析该类电机会带来较大误差。该文利用准三维解析法对轴向磁通电机展开径向分层计算,确定电机转子关键位置处的磁链特性。在准三维解析法分析的基础上,利用准三维有限元方法对基于不同铁磁材料的模型进行了比较分析。研究结果和样机测试数据表明:基于有取向硅钢材料的轴向磁通开关磁阻电机定、转子磁极轴线对齐位置处的磁链值可以提高15%,准三维解析法的分层计算精度较高,对于电机初期设计而言,该方法的磁链分析误差从工程上认为是可以接受的。

双层Halbach永磁电机解析建模与优化

提出双层Halbach永磁电机的二维解析模型,模型中转子永磁包括内外两层,每层每极均由两块永磁构成,且每层中间磁块均为径向磁化。通过分区域求解标量磁位的微分方程,解析得到双层Halbach无槽电机的气隙磁场。利用卡特系数考虑齿槽作用,解析获得双层Halbach有槽电机的气隙磁场。接着,为优化气隙磁场波形,分别解析获得外层径向磁化磁块的最优极弧比和内层径向磁化磁块的最优极弧比,从而获得双层Halbach电机气隙磁场的优化解。计算结果表明,双层Halbach电机不仅气隙磁场和反电势的波形正弦度都优于单层Halbach电机,而且电磁转矩的波动更小,因此具有更好的电磁性能。二维有限元法与二维解析法计算结果一致性较好,验证了二维解析模型的正确性。

一种削弱永磁同步电动机齿槽转矩的方法

为了研究实心转子永磁同步电动机的削弱措施,结合永磁电机永磁体极弧系数和永磁体不对称放置的方法,提出了一种仅改变实心转子非磁性槽楔的齿槽转矩削弱方法。通过非磁性槽楔的变化改变一个磁极的极弧宽度,其余磁极宽度不变,同时保持各个非磁性槽楔的宽度相同,通过合理的选择槽楔的形状和宽度,可以非常有效地削弱齿槽转矩。通过解析法研究了采用该方法后实心转子永磁同步电动机齿槽转矩的表达式,得到了永磁体剩磁平方的傅立叶分解表达式。据此得到了磁极的两种极弧宽度和磁极间距大小与齿槽转矩的关系式和磁极极弧宽度的确定方法。该方法仅改变了槽楔的形状,对电机结构影响较小,且合适极弧宽度组合较多,有限元验证表明该方法可有效地削弱齿槽转矩。

近极槽数表贴式永磁同步电机齿顶漏磁分析与计算

近极槽数表贴式永磁同步电机的齿顶漏磁比较大,凭传统经验选取齿顶漏磁系数,再利用有限元软件仿真的方法延长了电机设计周期,即齿顶漏磁的快速、准确计算十分必要。根据半单元电机内每个齿的齿顶漏磁各自不同的特点,提出了平均每极齿顶漏磁的计算方法。将半单元电机内的所有齿的齿顶漏磁规算到每个磁极下,推导出了平均每极齿顶漏磁和齿顶漏磁系数的解析表达式。在此基础上进一步研究了电机极数和极弧系数的变化对齿顶漏磁系数的影响。平均每极齿顶漏磁解析法计算结果与有限元软件仿真结果一致,验证了平均每极齿顶漏磁计算方法的正确性和准确性。

电气双余度无刷直流电动机转子极弧系数研究

电气双余度是一种常见的无刷直流电动机(Brushless DC motor,BLDCM)的余度形式。极弧系数直接决定着电气双余度BLDCM的电动势(Electromotive force,EMF)的平顶宽度,而EMF波形对电气双余度BLDCM的电磁转矩波动有着直接的影响;并且极弧系数对电气双余度BLDCM的定位转矩也有着显著的影响。本文针对电气双余度BLDCM,研究了极弧系数对其转矩波动的影响。首先分析了由非理想EMF波形引起的电气双余度BLDCM电磁转矩波动;然后,采用电磁场有限元分析,计算和分析了极弧系数对电气双余度BLDCM的EMF波形和定位转矩的影响;进而得到了有助于减小各种转矩波动的极弧系数取值范围。最后通过示例的计算分析给出了电气双余度BLDCM极弧系数选取的参考方法。

双凸极永磁电动机磁阻转矩和转矩脉动的关系研究

目前针对双凸极永磁电机的转矩脉动,研究工作主要集中在对换相引起的转矩脉动进行消除和抑制。考虑到双凸极永磁电机一个显著特点是电磁转矩为磁阻转矩和永磁转矩的耦合,所以从磁阻转矩的角度来分析双凸极永磁电机的转矩脉动。建立一台12/8极双凸极永磁电动机的数学模型,并通过有限元计算得出其静态参数。在此基础上通过不同电流、不同转速下多种仿真结果得出磁阻转矩对电机电磁转矩的脉动影响随着电机负载的增加成正比增加,并提出通过合理选择定转子极弧长度及磁钢参数来减小磁阻转矩、增加永磁转矩,最终减小磁阻转矩对电机转矩脉动的影响。仿真结果验证了所提出的方法。

永磁体不对称放置削弱内置式永磁同步电动机齿槽转矩

针对内置切向式转子结构磁极偏移时,每极磁密的大小和分布都不相同的问题,基于解析法研究了偏移角度的确定方法。与表面式永磁电机不同,内置切向式结构在永磁体不对称时,每极极弧宽度会发生变化,影响每极磁密的大小和分布,两者都对齿槽转矩有影响,因此确定永磁体位置时须考虑两者的影响。基于内置式永磁同步电动机齿槽转矩解析表达式,分析每极磁密大小与分布对齿槽转矩的影响,研究磁极偏移角度的确定方法,并与表面式永磁电机磁极偏移角度进行了对比。采用有限元法计算不同偏移角度对齿槽转矩有影响的磁密谐波和齿槽转矩,有限元计算结果表明,由于考虑了磁极偏移对每极磁密的影响,磁极偏移能有效地削弱齿槽转矩。

V型内置式永磁同步电动机齿槽转矩削弱方法研究

齿槽转矩的削弱是永磁同步电动机研究的重点之一。根据齿槽转矩解析表达式,研究了最优极弧系数的确定方法。建立了V型内置式永磁同步电机极弧系数的参数化模型,通过修改转子参数,使电机极弧系数趋于最优值,从而永磁电机的齿槽转矩能够得到降低。有限元仿真验证了该方法的有效性。

同杆双回输电线路的潜供电流与恢复电压

分析了同杆双回线潜供电流和恢复电压的电磁耦合分量、静电耦合分量 ,讨论了影响它们的主要因素。结果表明 :潜供电流中静电感应分量 (与线路长度成正比 )比重较大 ;恢复电压中的静电感应分量与线路长度无关 ,而电磁感应分量与线路长度成正比 ;潜供电流和恢复电压的电磁感应分量与故障点的位置密切相关 ;线路的潜供电流和恢复电压与换位方式、线路电压等级、传输功率、导线布置方式等有关。

车用双层内嵌式永磁电机转子磁极优化设计研究

针对双层内嵌式永磁(IPM)电机现有空载气隙磁密解析模型与实际波形存在误差的问题,根据电机空载磁力线分布情况,提出一种考虑气隙磁密极弧边缘效应的空载气隙磁密解析模型。该模型能进一步提升空载气隙磁密谐波计算精度,并通过与有限元分析(FEA)法和传统解析法进行对比,验证了模型的有效性。采用定子齿滤波系数和定子轭滤波系数分别描述定子齿磁密和定子轭磁密与气隙磁密的内在联系。根据铁心损耗公式,引入定子谐波铁耗表征系数,采用改进磁路模型,保证空载气隙磁密基波幅值不变,以电机谐波损耗为优化目标对转子磁极进行优化。采用有限元法对比基准电机和优化后的电机空载定子铁耗和负载工况下的电机性能,验证了优化结果的有效性。