基于定子全浸式及绕组内冷式的蒸发冷却永磁直驱风力发电机优化设计研究

为了充分发挥蒸发冷却技术在风力发电领域中高效的散热性能以及免维护的自循环特性,本文基于发电机定子全浸泡以及绕组空心导线内冷的两种散热形式,对一系列不同功率等级下的直驱式永磁风力发电机进行了优化设计研究,并对不同冷却技术路线下的电机优化设计方案进行了对比和分析。本文首先分析了不同技术路线下不同蒸发冷却系统各自所具有的特点及优势;之后基于电磁场和传热学理论建立了发电机电磁参数及温度场的分析计算模型,并基于冷却系统的结构布局分析了不同技术路线下发电机定子的传热特性;最后基于发电机电磁场和温度场的耦合分析建立了风力发电机的优化设计模型,通过多目标遗传优化算法,对2MW、5MW和10MW三种不同功率等级下的直驱式永磁风力发电机进行了以材料和成本为目标的电机系统优化设计。优化结果及对比分析表明,针对兆瓦级直驱式风力发电机而言,采用空心导线内冷式技术更具有设计成本和冷却性能上的优势,本文中的优化方法和策略可以为蒸发冷却永磁直驱式风力发电机的优化设计提供理论依据和设计基础。

基于FBG和EMD的悬挂式永磁磁浮轨道厢梁应力检测技术研究

提出一种基于经验模态分解方法(EMD)的悬挂式永磁磁浮轨道厢梁光纤布拉格光栅(FBG)应力检测技术,用于检测过车时轨道厢梁应力,检测应力是否在安全范围内,保证行车安全性和平稳性。考虑到强磁场以及电磁干扰影响,采用轨上无电的FBG光栅传感应力检测方案,在上/下导向轮行径位置处分别布置一个测试点。FBG测试点受低频挠曲应力和高频导向轮应力双重作用,采用EMD方法分离两种应力,实验结果表明过车应力测试结果符合预期,可以有效确保轨道厢梁健康以及车辆的行驶安全。

基于永磁操动机构的光控模块式多断口真空断路器技术

提出了一种设计多断口真空断路器的新思路,即采用基于永磁操动机构的光控模块式真空断路器单元串联成为更高电压等级的多断口真空断路器。它使用光纤控制技术在低电位端对处于高电位的真空断路器的电子操动机构进行控制。最后,对光控真空模块单元中的电源系统进行了介绍。

永磁式磁悬浮列车系统研究

在分析磁悬浮机理的基础上，着重介绍了永磁式磁悬浮列车系统，提出了零功率控制器的构想，给出了分析和仿真结果．

动态扰动下无轴承永磁薄片电机的悬浮力补偿策略

传统的无轴承永磁薄片电机通过径向位移的闭环控制来间接实现悬浮力稳定控制,当薄片转子受到径向干扰时,悬浮力控制的精度和动态响应性能将受到限制。且悬浮力控制中所需的相位信息是需要在准确获得转子角度的基础上才能得到,因此增加了电机控制系统复杂性。为了克服以往悬浮力控制的上述不足,在推导了无轴承永磁薄片电机悬浮力变化量和悬浮力绕组磁链变化量之间关系的基础上,提出了径向悬浮力和径向位移的双闭环补偿控制策略,采用电压-电流模型对转矩绕组气隙磁链进行辨识,使得电机控制的灵活性大大增加。仿真和实验结果表明:所提出的悬浮力控制方法能够提高悬浮力控制精度和动态响应性能,系统抗干扰能力强,且具有良好的动、静态性能。

基于纹波电流计算的面装式永磁同步电机驱动系统逆变器死区补偿

对于电压源型逆变器,由于其功率开关管寄生电容的存在,使逆变器开关周期内输出电压上升和下降不再是瞬时实现,而传统的死区补偿方法并未考虑寄生电容的影响,不仅导致死区补偿效果欠佳,而且存在电流过零点判断困难及易产生过补偿的技术不足。为此,论文首先分析计及开关管寄生电容的逆变器死区效应,然后,针对面装式永磁同步电机(SMPMSM)驱动系统,详细推导其逆变器输出纹波电流的计算公式,提出基于纹波电流计算的逆变器死区补偿方法,并通过基于不同死区补偿方法的SMPMSM驱动系统建模、仿真和实验,验证了所提出的死区补偿方法的技术优势。

永磁直驱式风力发电机三相不平衡的补偿控制算法

提出了一种用于电网侧三相电压不平衡情况下的永磁直驱式风力发电机的逆变控制算法。通过对不平衡三相瞬时电压的矢量变换、分解并形成负序电流分量,与通过锁相环单位归一化的逆变输出电流相加,可以保证永磁直驱式风力发电机逆变输出的电流具有良好的正弦及三相平衡特性。该控制算法解决了永磁直驱式风力发电机在电网侧三相电压不平衡情况下的输出畸变问题,算法简单有效,计算量小,硬件采用分立元件即可实现,方便且可靠。

永磁式磁轴承的被动悬浮和主动悬浮问题研究

以磁轴承为研究对象 ,在论述磁轴承结构特点的基础上 ,介绍了该磁轴承试验模型的工作原理和系统组成 ,推导了其动力学模型。最后对磁轴承的被动悬浮特性进行了分析 ,对其主动悬浮控制系统进行了设计 ,给出了实验结果。

基于补偿的内置式永磁同步电机的谐波治理

为了抑制内置式永磁同步电动机的谐波,提出了一种前馈式补偿联合磁通补偿的治理方法。通过对内置式永磁同步电动机的谐波分析,研究了谐波的主要频率组成及产生原因。根据产生谐波原因不同,采用不同的补偿方法。对于齿槽效应引起的谐波,利用自动搜索算法找到相似的补偿量。根据前馈式补偿的方法,对不同组成部分的谐波分别进行了补偿。对于转子磁通变化引发的谐波,利用磁通补偿器来抑制它。最后,在matlab/simulink建立永磁同步电动机仿真模型,对计算结果进行仿真。仿真结果显示,dq轴谐波及电磁转矩谐波都得到了有效的抑制。

考虑端部效应的动磁式磁悬浮平面电机电磁力解析模型

自主设计了一种新型六自由度动磁式磁悬浮平面电机,其动子由四组完全相同的Halbach永磁阵列两两垂直组合而成,组合的永磁阵列的端部磁场存在畸变,端部效应显著。为此,论文采用机械伪周期磁场建模方法,推导了考虑端部效应的动子单组永磁阵列的磁场分布解析模型;采用洛伦兹力法,建立了其电磁力解析模型;基于有限元分析软件,构建了动子单组永磁阵列的磁场有限元仿真模型和在单根励磁线圈作用下的电磁力有限元仿真模型,并进行了仿真和比较研究。研究表明,解析计算与有限元仿真计算结果吻合,验证了建立的磁场分布和电磁力解析模型的有效性,解析模型可用于该类电机的快速计算与分析。

永磁式直流测速发电机的温度补偿

分析了温度对永磁式直流测速发电机性能的影响 ,给出了对其进行温度补偿的具体措施 。

表贴式永磁同步电机削极技术的研究

影响永磁同步电动机振动噪声的主要是电磁震动,一台好的电机应是气隙磁场谐波小,产生的齿槽转矩及转矩脉动小。通过对电机转子表面永磁体削极,使得电机气隙磁场接近正弦可显著减小永磁电机气隙磁场谐波及径向力谐波,减小永磁同步电机齿槽转矩。用解析法研究了电机气隙磁场优化方法和齿槽转矩的削弱方法,对表贴式永磁交流电机几种主要的削极方式进行了理论研究,总结了各种削极技术的优势和特点,通过有限元验证本次理论研究的正确性,对改善永磁交流电机性能有十分重要的实用价值。

表贴式永磁电机偏心削极技术的优化方法

偏心削极是表贴式永磁电机常用的削极方式,可以用来优化电机的气隙磁场正弦度,改善电机性能。由于偏心削极没有唯一解,本文针对偏心削极的寻优问题,提出了通过改变削极厚度和极弧系数对偏心削极寻优的方法。采用有限元法对偏心削极的优化效果进行寻优,将削极厚度和极弧系数作为两个变量,分析对比每种偏心磁极的气隙磁密波形以及气隙磁密谐波畸变率。选取其中谐波畸变率最小的削极厚度和极弧系数参数组合作为最优解,此时气隙磁场正弦度最优,达到了改善永磁电机性能的目的。

美国行业寡头发起专利“车轮大战”,中国通领科技集团“革命性”永磁式GFCI技术面临“法律绞杀”

在GFCI领域,美国企业一直信守传统的机电一体化漏电保护技术,而中国通领科技集团公司与中科院、北京大学、复旦大学、上海交通大学。

一种永磁磁垫式带式输送机的气隙特性研究

针对一种新型低阻力磁垫带式机输送运动稳定性问题,对其磁性输送带—永磁体支撑系统的气隙特性进行研究。建立了其永磁支撑系统三维简化力学模型,在合理假设的基础上,利用Maxwell方程推导出了悬浮力、磁阻力、侧向力的数学表达式,分析了永磁系统的气隙特性,并对不同气隙条件下永磁支撑系统进行有限元仿真,近而得出了气隙与磁通密度的近似关系。仿真结果表明,永磁支撑系统在合适气隙条件下,可以产生较大磁通密度,实现系统悬浮的稳定性,且永磁体中部产生的磁通密度最大,有利于带式输送机的物料运输;在一定条件下,气隙与磁场强度呈非线性关系,随着气隙增大,磁场的强度整体呈减小趋势。

永磁同步电机低速无传感器控制及位置估计误差补偿

针对转子磁钢表贴式永磁同步电机(Surface Mounted Permanent Magnet SynchronousMotor,SPMSM),提出了一种新型的脉振高频电压信号注入无传感器低速(和零速)的控制方法及位置估计误差补偿策略。首先设计了位置与转速估计系统,提出了一种调制信号的选取方法,实现了零速下转子任意初始位置检测、起动以及低速稳态运行;其次,针对随着转速的升高,转子的估计位置与实际位置误差会逐渐变大的问题,提出了一种误差补偿策略,保证了系统的可靠运行。实验结果表明,所提方法可以实现SPMSM低速(和零速)范围内无位置传感器控制,并解决了随转速升高位置估计误差变大的问题,为该方法能够适用于更宽转速范围提供了理论和实验基础。

圆筒型Halbach次级结构磁悬浮重力补偿器

提出一种结构新颖的圆筒型磁悬浮重力补偿器,次级采用Halbach永磁结构,具有悬浮力大、法向刚度低等特点。介绍了圆筒型磁悬浮重力补偿器的结构,建立圆筒型磁悬浮重力补偿器的数学模型,利用等效电流法对气隙磁场进行解析,推导出静态悬浮力、动态悬浮力及法向刚度的数学表达式。利用有限元法对圆筒型磁悬浮重力补偿器的静态特性进行仿真分析,阐述低刚度被动磁悬浮中的特殊问题。最后研制一台样机,通过实验测试验证了所提出圆筒型磁悬浮重力补偿器的可行性。

永磁式直驱风电机组控制技术研究

本文主要针对永磁式直驱风电机组进行研究与分析,首先解析永磁直驱式风电机组的系统结构和工作原理,并且指出永磁式直驱风电机组应用优势与缺陷及控制问题,针对控制问题提出永磁式直驱风电机组控制技术,包括传统控制技术和现代控制技术。

面装式永磁同步电机驱动系统无位置传感器控制

为了实现面装式永磁同步电机(SMPMSM)驱动系统的无位置传感器运行或位置传感器故障下的系统自适应容错运行,首先介绍基于微分代数的SMPMSM驱动系统转子位置和转速的获取方法,其次研究逆变器死区效应对转子位置估计精度的影响,给出基于纹波电流计算的逆变器死区补偿方案,提出基于微分代数且集成逆变器死区补偿的SMPMSM驱动系统无位置传感器控制方案,进而架构无位置传感器控制的SMPMSM驱动系统。通过系统建模、仿真和实验测试验证了所提出的SMPMSM驱动系统无位置传感器控制方案的合理性和有效性。