真空泵用反凸极永磁同步电机设计与性能分析

针对真空泵用驱动电机运行过程中存在转子温度高、散热难的问题,根据真空泵驱动工况的实际要求,设计了一台反凸极永磁同步电机和一台常规永磁同步电机。首先,利用有限元软件,分析了转子磁障尺寸对电机转矩的影响以及磁障层数对电感的影响,从而得出了转子磁障尺寸和磁障层数的合适值;其次,对两台电机的气隙磁密波形、空载反电动势和损耗等电磁性能进行了对比分析;最后,通过仿真对比分析了两台电机的温度场以及两者转子和转轴处的温升。结果表明,相比于常规永磁同步电机,反凸极永磁同步电机的转矩性能更好、转子损耗和转子温升更小,为新产品研发提供了科学的参考依据。

电励磁双凸极发电机偏心特性研究

针对电励磁双凸极发电机静态偏心故障,首先对于发电机的气隙长度进行了等效解析建模,并对静偏心程度与磁链、电磁转矩以及气隙磁密等重要特性的关系进行了理论推导。然后,通过Ansys有限元建立12/8三相电励磁双凸极发电机的2D有限元模型,并对电磁信号理论分析结果进行验证。最后,利用Workbench中耦合电磁、模态与谐响应分析模块对发电机的径向振动信号进行有限元仿真。研究结果表明,仿真结果与理论分析结果基本吻合,证明静偏心故障中偏心率对于电励磁双凸极发电机性能具有一定的影响,为后续其静偏心故障诊断提供理论基础。

新型双定子双凸极可变磁通记忆电机设计与性能比较

结合双凸极结构、双定子和混合永磁体的特点,提出了三种新型双定子双凸极可变磁通记忆电机(DS-DSVFMM)。通过采用高矫顽力和低矫顽力两组永磁体,实现了电机的高转矩密度和在线调磁功能。为了充分利用电机的内部空间,高矫顽力和低矫顽力永磁体以及调磁绕组都被放置在内定子中。建立该电机的简化等效磁路模型,并分析其磁通调节原理和特性;对三种不同结构DS-DSVFMM的调磁能力、负载转矩和抗退磁性能进行了研究和比较。对T形DS-DSVFMM进行加工和测试,并通过实验验证了该电机结构及其有限元分析的正确性。

基于凸极效应的永磁同步电机振动分析

凸极率的改变会给齿槽转矩带来影响,同时相比较表贴式的结构,其更复杂的结构所带来的谐波也对电机的减振带来巨大的冲击。针对凸极效应所产生的问题,本文基于理论分析以及Ansys有限元仿真平台,对一台具有凸极效应的车用永磁同步电机进行研究,对不同凸极率对电机齿槽转矩以及径向电磁力密度进行对比分析。其次,对三维结构的定子冲片模态进行分析,讨论了可能产生共振的频率。最后,将径向电磁力与有限元模型相耦合,对电机的电磁力引起的振动进行谐响应分析,为车用永磁同步电机的凸极率选择和优化设计提供参考价值。

可控漏磁反凸极永磁电机的最优电流控制

针对可控漏磁反凸极永磁同步电机在传统电流控制策略中存在电枢电流大、效率低及控制精度低等缺点,提出了一种考虑电机在运行过程中参数变化的最优电流控制策略。首先,分析新型电机的反凸极和可控漏磁特性,考虑电机电感与磁通的变化引入反凸极比和漏磁率系数,构建新型电机结构模型;其次,对传统的最大转矩电流比控制进行重建,得到最优电流组合,进一步提高电机的控制精度,降低电机的铜耗;最后通过对电机的仿真和实验。结果表明,相比于传统的控制策略,所提方法铜耗降低了约5%,电枢电流降低了0.6 A,提高了电机的效率。

重复脉冲法在凸极转子绕组匝间短路检测中的应用探索

为了探索和推广重复脉冲检测法(RSO)在大型凸极式转子绕组匝间短路检测中的应用,参考在隐极发电机中的应用情况和经验,采取控制变量法,对某大型水轮发电机进行模拟试验,对比研究在不同的频率、波形、幅值和脉宽的激励信号作用下的响应和检测情况,得出了方波在传播过程中的衰减较锯齿波的小、信号传播中的衰减随频率上升而增大、脉宽过大时不利于故障判断、增大激励信号的幅值有利于提高故障检测的灵敏性等结论。

50 Mvar分布式能源凸极调相机端部热管散热研究

针对凸极调相机在进相工况下端部漏磁较迟相运行增大,会造成定子端部结构件涡流损耗的显著增加,导致定子端部结构件温度较高的问题,介绍了定子端部复杂流场和温度场耦合计算的方法,并通过增加端部热管来降低端部结构件温度。本文以一台50 Mvar分布式能源凸极调相机为研究对象,首先通过电机整机流场仿真得到电机内部流场,然后以电机内部流场计算结果为边界条件,对该电机的端部局部进行流场和温度场的三维数值,提出了一种端部结构件布置热管冷却技术,将热管安置于定子端部压圈结构件上,通过热管极好的导热性能,使得端部压圈温度有效降低。

重复脉冲试验法在凸极式转子匝间短路测试中的应用

基于行波理论的重复脉冲试验法(以下简称:RSO法)在隐极式发电机转子匝间短路实际应用测试中得到了大量的验证,使用效果良好,并结合工作实际进行了试验验证,最终证明了RSO法在凸极式同步电动机转子匝间短路测试方面具有一定的适用性。

四极凸极空冷发电机转子非典型振动故障的诊断与处理

针对某电厂四极凸极空冷发电机带负荷运行期间,轴承出现非典型的振动突变现象,依据振动测试数据,结合四极凸极空冷转子结构特征,初步确定造成转子振动异常的原因。通过对转子进行解体检查和处理,并经型式试验验证,解决了转子振动异常的问题,确保了机组的安全可靠运行。

电励磁双凸极无刷直流发电机热网络建模与热特性研究

电励磁双凸极无刷直流发电机具有调压方便、可靠性高的优点,在航空电源领域得到应用,但励磁绕组的引入会带来额外的励磁损耗,进而影响电机的温升。建立准确快速的电励磁双凸极电机温度场模型,并进行热特性研究对其安全稳定运行非常关键。该文对比分析集中励磁与分布励磁双凸极电机的结构特点与损耗分布特性。针对集中励磁双凸极电机的非均匀槽特点,考虑异型槽之间的热耦合作用,建立热网络分析模型。建立有限元分析模型验证了热网络模型的正确性,并对比分析不同转速与负载下集中励磁与分布励磁双凸极电机的热特性。搭建水冷集中励磁双凸极电机实验平台,并完成电磁与温升实验。实验结果与仿真结果一致,表明水冷条件下集中励磁双凸极电机相比于分布励磁双凸极电机具有更高的效率与更低的温升。

定子不对称极混合励磁双凸极电机改进型非线性变磁网络模型构建方法研究

因低速大转矩、宽调速范围等优点,定子不对称极混合励磁双凸极电机(hybrid excitation asymmetric stator pole double salient machine,HEASPDSM)近年来受到业界人士的关注。然而,因HEASPDSM定子极间隔角度不等、依靠谐波工作等特点,传统的有限元法和变磁网络模型法很难快速、准确地计算出电机的关键参数及性能指标。为解决该问题,该文提出一种非线性变磁网络模型法,可便捷地计算出HEASPDSM定转子间的互磁导,进而对不同工况下的电机参数及特性进行深入分析。大量仿真和实验及对比分析表明:该方法较好地兼顾了有限元法的准确性、通用性和变磁网络模型法的快速性,可迅速准确地计算出不同工况下HEASPDSM的各种性能参数,为其后续的优化设计及应用拓展奠定了基础。

基于改进型准比例谐振控制的电励磁双凸极电机电流谐波抑制方法

电励磁双凸极电机的非正弦反电动势特性会导致相电流存在较大的2次和4次谐波,从而降低电机的转矩输出能力。同时,电励磁双凸极电机的电流谐波频率较高,导致传统准比例谐振控制器经过双线性变换后会存在较大的谐振频率偏差,使得电流谐波抑制效果有限。针对此问题,该文首先推导了具有零谐振频率偏差的离散变换表达式,并对表达式进行简化处理,提出了一种基于改进型准比例谐振控制的电励磁双凸极电机电流谐波抑制方法。此外,结合电机的反电动势特性,分析了相电流谐波的产生原因,推导了考虑电流谐波和反电动势谐波的电励磁双凸极电机转矩模型,分析了相电流谐波对电机平均转矩的影响。最后,仿真和实验结果表明,所提方法可以有效地补偿谐振频率偏差,抑制电励磁双凸极电机的相电流谐波,提升电机的转矩输出能力。

五相U型永磁凸极直线电机对比分析

针对直线电机垂直提升系统(LMVHS)无绳化直驱运行,对高容错性、大推力密度的新型直线电机的迫切需求,提出一种五相U型永磁凸极直线电机(FU-PMSPLM),初级设置五相绕组以提高电机容错运行能力,次级永磁体采用U型结构以提高永磁利用率。首先,从降低漏磁角度,分析了U型磁极结构演化机理,并给出电机主要结构参数;其次,采用有限元法对比分析了电机次级永磁体采用U型与Halbach结构的电磁特性,并基于磁动势不变原则,以A相缺相故障为例,与三相U型永磁凸极直线电机(TU-PMSPLM)对比分析了容错性能;最后,制作实验样机并进行实验验证,样机实测与仿真结果基本一致。研究表明,等永磁体用量时,次级采用U型结构较Halbach结构,气隙磁通密度幅值增大13.89%,平均推力提高7.54%,推力波动降低25.07%;FU-PMSPLM较TU-PMSPLM具有更好的缺相运行能力。

混合励磁双凸极电机电磁转矩非线性模型建模

针对混合励磁双凸极电机磁路饱和特性对电磁转矩的影响,提出一种具有几何意义的电磁转矩非线性计算模型。首先利用有限元电磁模型计算了磁链分布,提出磁链梯度的概念,根据磁共能原理,推导出电磁转矩的积分表达式,描述了其几何含义;然后仿真验证了所推导公式的正确性,并分别求解出满足恒转矩运行和最大转矩运行时的电枢电流波形,实现了电机在一定转子角度内的恒转矩输出和最大转矩输出;为便于实现方波控制,对方波电枢电流的波形参数进行优化,实现电机在方波电流下的最大转矩输出。经仿真验证,提出的混合励磁双凸极电机电磁转矩非线性模型具有计算准确、简单直观、便于应用的特点,为混合励磁双凸极电机设计提供参考。

不同励磁方式的电励磁双凸极电机正弦化设计与分析

该文在分析传统电励磁双凸极电机(doubly salient electro-magnetic machine,DSEM)反电势畸变的基础上,对两种不同励磁方式的DSEM进行正弦化设计,以实现该磁阻电机的正弦驱动,减小转矩脉动。提出相位调制正弦化的方法,指出该方法的设计原则,有效解决传统斜极DSEM反电势畸变、正弦度低的问题。研究发现,偶数相的DSEM经过特殊的定转子极弧系数设计后总有两相存在严格的互补关系,使所提正弦化方法的实现成为可能;并进一步提出提高反电势波形的对称性和正弦度的方法。随后,将设计的正弦化定子集中励磁电励磁双凸极电机、正弦化定子分布励磁电励磁双凸极电机和传统DSEM进行仿真对比分析。因为正弦化定子分布励磁电励磁双凸极电机性能最优,故加工其样机进行实验验证。实测样机不同励磁电流下空载反电势的总谐波失真均小于4%,采用基于空间矢量脉宽调制的正弦波驱动方式,实现DSEM的正弦化驱动,减小其输出转矩脉动。仿真和实验结果证明了DSEM正弦化设计和采用正弦驱动抑制转矩脉动的有效性,为高性能驱动应用提供了新的电机类型选择。

基于机电信号融合的电励磁双凸极电机绕组匝间短路故障诊断

定子绕组匝间短路是电励磁双凸极电机常见的故障,当匝间短路故障匝数较少时,对电机磁场的影响较小,使得难以通过单一故障特征精确地识别故障。该文通过分析该电机的本体结构和故障特征的提取机理,提出了一种基于振动和相电流信号的多源机电信号融合的电励磁双凸极电机短路故障综合诊断方法——基于多分类支持向量机及改进卷积神经网络的信号融合故障诊断。该文首先根据电励磁双凸极的结构特点研究了短路故障发生时特征信号的变化情况及提取机理;其次根据理论分析结果提出了一种自寻优卷积神经网络结合支持向量机的多源信号融合的故障诊断方法,该方法首先分别利用两种算法计算两个单信号特征下的故障诊断概率,再利用DS证据理论,得出融合后的诊断结果;最后通过实验表明,该文所提出的诊断方法可以更有效地识别电机不同的短路故障,降低了误判率,解决了单一信号源诊断方法精度较低的问题,具有良好的可靠性和互补性。

航空电励磁双凸极电机单/双层绕组下的发电性能研究

不同绕组结构的电机发电性能存在很大差异,选取合适的绕组形式对于电励磁双凸极电机在航空电源系统中的应用至关重要。该文对比研究单、双层绕组电励磁双凸极电机线性区和饱和区发电性能。首先,阐述2种电机的绕组结构形式与磁路特点。其次,在此基础上建立等效磁路模型,解析获得绕组结构对漏磁通的影响规律与机理,从原理上解释了不同绕组结构电励磁双凸极电机饱和特性差异的原因。最后,比较线性区和饱和区单、双层绕组电励磁双凸极电机的输出性能。结果表明:电流密度较低时,单层绕组电励磁双凸极电机的励磁效率更高,输出能力更强,但是双层绕组电机具有较强的过载能力,在航空电源系统中有更大的应用潜力。研制了原理样机,实验结果验证了仿真分析的有效性。

电励磁双凸极电机九状态转矩闭环控制策略研究

针对电励磁双凸极电机(doubly salient electro-magnetic motor,DSEM)运行时存在的转矩脉动问题,提出1种九状态转矩闭环控制策略。该控制策略基于实际非线性电感模型,通过在电机反电势过零点进行状态切换,抑制由电流续流引起的换相转矩脉动,并在各相反电势负过零点附近区域引入传统的两相导通模态,以增加电机出力。分析DSEM在各个模态下相电流、转矩输出的变化特性,基于占空比分析论证所提控制策略的可行性,并总结换相角度对控制策略的影响。最后,通过实验验证所提控制策略能够有效抑制电机转矩脉动,具有良好的动态性能以及较高的转矩电流比。

高速轴向电励磁双凸极电机设计与特性分析

现代多电飞机技术不断发展,对航空电源系统提出了更高的要求。依据航空起动发电机具有可靠性高、功率密度高、电源容量大的要求,设计了一种高速轴向电励磁双凸极电机(DSAEM)。对电机的基本结构和工作原理进行了描述,建立了电机的数学模型,并通过有限元仿真加以验证,详细分析了电机的磁场、电感、空载特性和负载特性。结果表明,高速轴向电励磁双凸极电机具有完全对称的三相磁链,可输出更稳定的电压,其电机绕组的空间利用率高、功率密度大、效率高,可满足航空电源的基本需求。

极端条件下基于特征层面信号融合的电励磁双凸极电机匝间短路故障诊断

电励磁双凸极电机(WFDSM)具有结构简单、可靠性高等优点,适用于航空航天等环境恶劣领域。当发生小匝数短路故障时,由于其电流、振动等信号不会产生明显的变化,难以用传统的检测手段区分。因此,该文提出一种基于特征层面多源信号融合和改进神经网络的WFDSM匝间短路故障诊断方法,用于诊断极端环境下WFDSM早期匝间短路故障。首先,对电流信号进行经验模态分解,获得本征模态函数,同时对振动信号进行小波包变换,并对分解后的各个频段提取峭度和裕度特征,同时计算能量占比;然后,将上述特征矩阵处理后输入改进卷积神经网络训练模型中;最后,通过实验表明,采取特征融合的计算方法诊断准确率可达98%,较数据层面和结果层面的融合计算方法准确率有明显的提升,并且对极端运行环境下的噪声,该方法具有很强的抗干扰能力。