同步发电机定子铁心磁-热-固耦合计算分析

为分析发电机运行过程中定子铁心的损耗、温升及其在磁拉力和热应力综合作用下的机械结构响应,文中对同步发电机定子铁心进行磁-热-固多物理场耦合计算。首先,理论推导铁心损耗及其所受的单位面积磁拉力,分析铁心的温升特性,在此基础上解析得到铁心在磁拉力和非均匀热载荷耦合激励下的机械结构响应;然后,构建CS-5型故障模拟发电机作为有限元仿真的三维物理模型,计算得到铁心的单位面积磁拉力、损耗曲线和温度分布情况,并进一步计算获得磁拉力和热载荷同时作用下铁心的变形、应变和应力。结果表明:发电机在稳定运行后,定子齿槽温度最高;槽口处变形量最大,槽底应力较高。最后,通过热电偶和温度巡检仪对CS-5型故障模拟发电机在实际运行过程中的定子铁心端面、槽内和外圆表面的温升进行实时监测,实测的定子铁心温度场分布和有限元仿真结果相吻合,验证了磁-热-固多物理场耦合方法的有效性。文中获得了定子铁心的温度分布规律及其在磁-热耦合激励下的机械结构响应分布规律,为发电机结构逆向优化设计及定子铁心变形预防提供了技术参考。

非晶电机定子铁芯的制备工艺及最新研究进展

非晶合金凭借优异的综合软磁性能,尤其是在高频下有着极低的损耗而在高速电机领域备受关注。概述了非晶电机的优势和类型,综述了非晶定子铁芯的关键制备工艺,对比了径向叠压和轴向卷绕铁芯、模块拼接和整体成型铁芯以及有槽和无槽铁芯的各自优缺点。从退火处理、浸胶固化以及加工成型方式的角度总结了上述制备工艺对非晶带材和铁芯的性能影响。最后,结合非晶电机的最新研究进展,分析了当前非晶合金应用于电机定子铁芯存在的问题,并对未来非晶电机定子铁芯加工方法的发展进行了展望。

计及电磁-传热影响的蒸发冷却风力发电机定子铁心穿管结构优化设计

采用自循环式蒸发冷却技术是提升大容量风力发电机组散热能力和可靠性的一种经济且有效的方式,然而在传统电机的分析设计和性能预测过程中,往往会忽略定子局部穿管结构的改变对电机电磁性能的影响,同时也会忽略这部分接触热阻在热传导过程中对电机冷却性能的影响。对此,该文首先基于风力发电机的运行特性和单元灵敏度方法分析了定子铁心穿管结构对电机电磁及冷却性能的影响,然后通过小倾角自循环管道换热实验以及接触热阻温升实验对空心圆铜管的换热能力以及接触热阻进行了分析和测试,最后建立了以电磁及传热性能为优化目标的铁心穿管结构优化策略,并以一台10 MW永磁直驱式风力发电机为研究对象,对定子铁心穿管结构开展了优化设计研究。通过优化方案的有限元分析验证说明,提出的优化策略可以准确且有效地满足电机电磁和冷却性能的设计要求,同时从电磁和散热两个维度来评估,所提出的优化策略同样适用于相同应用场景下的其他永磁同步电机。

Design and Analysis of New Modular Stator Hybrid Excitation Synchronous Motor

Hybrid excitation motor is a combination of permanent magnet motor and electric excitation motor,which can flexibly adjust the air gap magnetic field.At present,the traditional silicon steel sheet core material is widely used,but this material limits the further reduction of stator iron loss.In this paper,a new type of hybrid excitation synchronous motor with modular stator structure based on amorphous alloy material is proposed.The design power is 1kW,and the speed is 3000rpm.By placing the armature winding and electric excitation winding in the stator slot,the slip ring and brush are avoided,and the reliability of the motor is improved.The rotor adopts staggered magnetic pole structure,which has strong flux adjusting ability.The core loss is greatly reduced by using amorphous alloy.Firstly,the structure and working principle of the new motor are given;Secondly,the size parameters of the motor are given,and the principle of flux adjustment is verified and analyzed by three-dimensional finite element(3D-FEM);Finally,through theoretical analysis of the influence factors of the magnetic adjustment ability and 3D-FEM finite element computation,the flux adjustment ability and the torque lifting at low speed are verified,and the advantages of the motor are verified.

异频电流激励下发电机定子铁芯损耗试验实测分析

对于大容量电机的定子铁芯损耗试验,采用高频激励代替工频激励可有效降低试验难度,提高试验安全性。为探究在异频电流激励下电机定子铁芯表面及短路故障点的温升趋势,本文以一台电动机为例,制造定子铁芯短路故障点,开展了工频50Hz到高频300Hz下电机的定子铁芯损耗试验。研究结果表明,在高频电流激励下,铁芯表面温度及故障点温度的上升趋势具有较好的一致性,增加电源频率可使系统消耗的无功降低,功率因数升高。

采用异频电流激励法开展发电机定子铁芯损耗试验的可行性研究

发电机在运行中由于热和机械力的作用,引起片间绝缘损坏,造成短路,在短路区域形成局部过热,会危及机组的安全运行,因此对发电机定子铁芯进行损耗试验有重要意义。为解决现有试验方案在进行大型机组试验时绕线困难等问题,本文提出了一种采用异频电流激励法开展发电机定子铁芯损耗试验的方法。采用ANSYS Maxwell建立仿真分析模型,通过对幅值相同、频率不同的励磁电流下的铁芯发热情况进行分析,论证了采用异频电流法开展发电机定子铁芯损耗试验的可行性。

定子铁心焊缝数量及尺寸对永磁同步电机性能的影响

本文基于工程实践,首先仿真分析了焊槽尺寸形状、焊槽位置和焊槽数量对于6极54槽新能源汽车用永磁同步电机三相感应电势不平衡度的影响;其次仿真分析了在不同定子槽数和电机极数下,电机三相感应电势不平衡度的变化规律;最后进行了样机制作和测试验证。通过仿真分析和试验验证,指出了对于6极54槽新能源汽车用永磁同步电机,焊槽的宽度和深度均会影响电机的三相感应电势的不平衡度,电机的三相感应电势的不平衡度与焊槽的尺寸成正比例关系;同时还指出了对于永磁同步电机,从减小三相感应电势不平衡的角度,定子焊槽的数量不适宜选用极数的整数倍;此外还指出了电机的三相电压和电流的平衡度与电机的扭矩输出和运行效率的对应关系。

压裂电机定子铁心与机座过盈配合分析

针对5000型电驱压裂用主电机定子铁心与机座间的过盈配合,同时考虑实际应用中的高低温工况,采用有限元的计算方法,对设计过盈量下的接触面装配应力及传递力矩进行校核。分析结果对于压裂电机定子铁心与机座结构设计有一定指导意义。

一种定子铁心加强筋机器人自动组对焊接线的设计

定子铁心是电机结构的核心部件之一。定子铁心由定子冲压片、定子通风槽板、加强筋、驱动端定子压圈板、非驱动端定子压圈板、定子齿压板组成,通过弧焊工艺连接成一个整体。文章设计了利用工业机器人对定子铁心上的加强筋进行自动抓取和焊接的智能化焊接生产线。定子铁心加强筋机器人自动组对焊接线,可以完成多种定子铁心的加强筋自动抓取和焊接工作,而且能进行多种产品的混线生产,提高了生产效率,提升了产品的质量与稳定性。

基于变频电流激励的发电机定子铁心磁化试验

为探究变频电流激励下发电机定子铁心表面、故障点的温升趋势和故障点短路电流的变化情况,在定子铁心上选取不同线圈匝数的短路故障点,开展了工频(50 Hz)和高频(250 Hz)下定子铁心磁化试验,记录不同频率下铁心的温升;在同一工况下施加不同频率(50、100、150、200、250、300 Hz)的正弦波进行铁心磁化试验,记录不同励磁电流频率下铁心模拟故障点的故障电流。试验结果表明:高频电流激励下铁心表面温度及故障点温度的上升趋势具有较好的一致性,并且不同频率下的故障点短路电流无明显变化,验证了基于变频电流激励的发电机定子铁心磁化试验的可行性。

小型汽轮发电机定子压圈材料优化分析

本文针对汽轮发电机定子压圈铸件材料在生产过程中存在的问题和现状,提出定子压圈材料优化方案,建立有限元分析模型,进行刚度和强度计算分析对比,论证优化方案的可行性。试制一台定子铁心,进行压装试验,论证优化方案的可靠性。定子压圈材料优化后,不仅解决了铸件毛坯缺陷多、加工困难易开裂的质量问题,而且定子压圈的制造成本也有一定程度的降低。

高速永磁电机定子铁心损耗的分析与计算

为了提高高速永磁电机定子铁心损耗计算的准确性。首先,通过分析高速永磁电机定子铁心的磁化特性,给出了定子铁心的磁化轨迹图。然后,根据得到的磁化轨迹图对铁耗模型进行了改进,并依据有限元法验证了该解析法的准确性。最后,对比了样机铁心损耗的测试值,给出了优化后的新铁耗计算模型。样机定子铁耗计算模型的优化为高速永磁电机系列化设计提供了有力参考。

40MW汽轮发电机定子铁心压圈与齿压板压指间隙问题的分析与处理

文章针对一台40MW汽轮发电机定子压圈与齿压板压指之间存在间隙的问题,从零部件质量、波浪度和定位筋阻滞作用方面进行分析,并逐一验证。通过大规模的数据收集、整理、分析与验证,提出支撑环合缝处焊接应力收缩是导致压圈与齿压板压指间隙问题的根本原因。为了避免后续生产时再次发生此类问题,提出了具体处理与预防措施,有效提升了发电机的制造质量。

基于开口变压器法的交流电机定子铁心短路故障检测

为了简便、可靠地检测和定位交流电机定子铁心叠片的片间短路故障,缩短机组维修和停运时间,提出利用开口变压器法检测交流电机定子铁心故障的方法。首先推导定子铁心正常和叠片片间短路故障情况下开口变压器铁心的磁通特征,进一步得到开口变压器感应电压的表达式,预测了片间短路故障的感应电压特征。然后以一台QFSN-300-2型汽轮发电机定子作为研究对象,通过二维有限元电磁模型进行仿真验证,进一步在一台小型异步电机定子铁心上进行实验验证。仿真和实验结果表明:在定子铁心正常情况下,开口变压器线圈在定子铁心各槽的感应电压都很小;当定子铁心某槽发生片间短路时,开口变压器线圈在该槽的感应电压随之升高,并且感应电压的幅值随着故障位置和故障程度不同而有所差异,证明了开口变压器法可用于检测交流电机定子铁心叠片片间短路故障。

无磁轭轴向磁通风力发电机多目标偏好优化设计

为了实现小型风力发电机的高性能及微风启动,将3D打印赛钢塑料与混合Halbach阵列、模块化弹性定子铁心结合,提出一种无磁轭模块化轴向磁通风力发电机。根据设计要求,分析不同材料的重量,确定了电机的初步方案。在目标约束的基础上,以感应电动势波形畸变率为主要偏好,感应电动势、齿槽转矩为次要偏好进行优化设计。采用了改进的多目标遗传优化算法及响应面法对电机进行了多目标偏好优化,并与无偏好的优化结果对比,体现了偏好优化的优势。最后,通过有限元仿真及样机实验验证该电机性能。

白鹤滩右岸水轮发电机定子铁心装配新技术

白鹤滩水电站安装16台全球单机容量最大的1000 MW水轮发电机组,同时也是目前制造安装标准要求极高的机组。针对全新的高精度安装要求,对定子铁心装配工艺进行技术创新优化,为打造精品机组提供技术支撑及有力保障。

类椭圆定子模芯加工刀具设计及优化

针对类椭圆螺杆泵定子结构复杂、加工难度大、成本高等问题,通过研究定子模芯螺旋曲面的特性,确定加工定子模芯所需刀片形状为菱形。首先,根据不同导程的定子模芯最小曲率半径变化规律,确定菱形刀片刀尖圆弧半径的选择范围。分析了刀具加工定子模芯的误差,优选出刀盘直径;其次,通过建立刀具加工定子模芯切削过程的有限元模型,分析了加工过程中工件的应力变化情况和刀具的反作用力随时间变化规律;最后,优选出刀具的前角值为8°,后角值为15°,并验证优选出的刀具是合理的,为类椭圆螺杆泵定子模芯及其他复杂曲面的加工刀具设计和优化提供了参考。

管状电机细长孔定子嵌线工艺研究

文章针对定子铁芯长度与直径比值大的微型单相异步电动机细长孔定子嵌线生产无法采用传统手工嵌线方法的难题,设计了一种嵌线工具,该工具采用沿定子铁芯内孔轴向方向嵌线的工艺方法,提高了嵌线工序的生产效率,保证了定子绕组的对地耐压和匝间耐压符合质量标准。首先介绍了微型单相异步电动机的组成及定子组件样式和单相异步电动机传统手工嵌线方法,然后提出了管状电机概念的由来及通用型号,最后就管状电机细长孔定子嵌线工艺展开了详细的分析。

集成压缩机用双定子磁通切换电机的设计及优化

针对轴流压缩机系统体积大、冷却难的问题,基于6/4双定子磁通切换永磁电机,提出一种新型集成压缩机用磁通切换永磁电机(FSPMM)。首先,推导了考虑转子斜极影响的齿槽转矩解析表达,建立了气体流量轨迹模型。其次,设计E型槽FSPMM和C型槽FSPMM结构并建立有限元仿真模型,对其磁密分布、反电动势、齿槽转矩、电磁转矩及波动等电磁特性进行了计算和对比分析,结果表明E型槽FSPMM的电磁性能明显优于C型槽FSPMM的电磁性能。最后,综合考虑电磁性能和流体影响,对E型槽FSPMM的转子结构进行了优化,优化后的6/4双E型槽FSPMM的转矩波动下降了15.25%,出口流速提高到113.27 m/s,适用于多级轴流压缩机系统。

水布垭电厂3号机组扩修改造后的检修处理

水布垭电厂3号机组扩修改造投入运行后,在常规检修过程中又发现一系列的新问题,部分推力瓦温度高、定子铁芯拉紧螺杆松动、下导轴承导瓦拉伤严重等。针对出现的问题进行原因分析,制定了扩修改造中应严格按照要求精心实施、一丝不苟地完成各项预定方案,为电厂其他机组后续扩修改造探索了途径。