基于分布磁路法的同步发电机径向电磁力波分析及优化

为了探究分布磁路法对同步发电机径向电磁力波的影响,以一台隐极整流同步发电机为研究对象,通过分析电磁结构参数与电磁力波特性间的内在关系,使用分布磁路法实现对电磁力波的优化。对比有限元仿真结果表明:18倍频36阶的转子一阶齿谐波力波对电机的中高频振动影响较大,明确了气隙长度、槽口宽度变化对径向电磁力波的影响;解析计算结果与有限元结果吻合较好,且精确度较高,计算时间大幅缩短,从而验证了分布磁路法的有效性,为下一步发电机电磁振动优化提供了设计指导原则。

用于感应电机设计的分布磁路法快速迭代方法

针对非正弦供电十五相感应电机磁路计算的分布磁路法,对气隙磁密进行修正的迭代过程,提出采用牛顿拉夫逊迭代方法。通过MATLAB软件对两种算法的试验结果进行对比分析,可知该方法具有通用性强,收敛、运算速度快,受电机饱和程度影响小等优势,并改善了气隙磁密修正时依赖经验系数的不足。该方法特别适用于多相感应电机的优化设计。

基于磁性槽楔修正模型的感应电动机气隙磁场的分布磁路法

为能够兼顾磁性槽楔感应电动机气隙磁场的计算速度与计算精度,该文在考虑磁路饱和效应的分布磁路法基础上,进一步通过有限元法考虑了磁性槽楔作用下的齿槽效应,即基于电机齿槽结构简化有限元模型,计算出计及磁性槽楔作用的卡氏系数与气隙比磁导。通过计及磁性槽楔作用的卡氏系数对感应电动机的分布磁路模型进行修正,并基于该修正模型计算出考虑磁路饱和效应的磁性槽楔感应电动机气隙磁动势;通过计及磁性槽楔作用的气隙比磁导,可计算出磁性槽楔感应电动机的气隙磁导;基于计算出的气隙磁动势与气隙磁导,可得到磁性槽楔感应电动机的气隙磁通密度。该文所提方法与有限元法的计算结果吻合良好,证明了该方法的合理性与准确性,并进一步基于该方法研究了不同磁性槽楔磁导率下齿谐波磁通密度的变化规律。

应用分布磁路法的隐极同步发电机空载气隙磁场解析计算

将分布磁路法应用于隐极同步发电机空载气隙磁场解析计算中,采用分布磁路法充分考虑磁路饱和的影响,在此基础上,通过计算定、转子开槽时气隙相对比磁导函数,进一步分析了定、转子齿槽效应对气隙磁场的影响。对比有限元仿真结果,可以发现利用分布磁路法并考虑齿槽效应的解析计算结果精确度较高,对比不同半径处的气隙磁密计算结果,气隙中心位置处的磁密波形与有限元仿真结果吻合度极高,从而验证了计及定、转子齿槽效应的分布磁路法计算隐极同步发电机空载气隙磁场的有效性和准确性,为该类电机精确设计和性能分析提供了理论基础。

基于分布磁路法的非晶合金高速磁浮直线电机悬浮力计算

非晶合金作为一种低损耗铁心材料,在高速电机中具有较好应用前景。为探明非晶合金在高速磁浮直线电机中应用的可行性,该文针对常导型高速磁浮直线电机,采用改进的分布磁路法分别计算硅钢和非晶合金作为长定子铁心材料时的气隙磁通密度,并结合虚位移法对比计算两种材料下的静态悬浮力。首先,针对高速磁浮直线电机长定子与动子极距不等、动子极面直线发电机齿槽以及动子轭部不连续等特殊结构,对分布磁路法加以改进,分段表征磁导率并分段计算磁压降,进而计算得到硅钢、非晶长定子在不同励磁电流下精确的气隙磁通密度。在此基础上,采用虚位移法,对比计算基于两种长定子铁心材料下直线电机静态悬浮力,并进行有限元验证。最后,实测两种材料长定子直线电机的静态悬浮力,均能满足高速磁浮列车悬浮要求,进一步验证了解析计算结果的准确性,以及非晶合金长定子磁浮直线电机的合理性。

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。

双定子杯形转子感应电机磁路计算

为分析双定子杯形转子电机性能,分别采用传统磁路计算法和分布磁路法对其进行磁路计算,研究内定子和外定子各部分的磁通密度和磁压降。迭代计算给定相电压或励磁电流下的空载特性和激磁电感并与实验进行对比,结果与实测值相吻合,证明了分布磁路法的准确性和普适性。

隐极整流同步发电机负载气隙磁密分布解析计算

针对隐极整流同步发电机负载气隙磁场解析计算问题,应用分布磁路法,建立交流负载工况下的气隙磁路解析模型,可考虑磁路饱和的影响;应用保角变换法,建立定、转子开槽下的气隙相对比磁导函数,可考虑齿槽效应、绕组槽型结构的影响。通过将解析结果与有限元仿真结果对比表明,考虑齿槽效应后的气隙磁密解析计算波形与有限元仿真得到的结果吻合较好,其中解析计算得到的基波磁密幅值准确度较高,相对误差小于1%,同时采用解析方法的计算时间仅需几十秒,相较于有限元法1个小时以上的计算时长,实现了对负载气隙磁密分布的快速解析计算,从而验证了分布磁路法计算负载工况下气隙磁场的有效性和效率,对该类电机的磁路精确设计和电磁性能分析具有一定的理论指导意义。

九相感应电机切套运行的非线性磁路计算

多套多相绕组构成的感应电机发生缺相故障时可以切出故障相所在的整套绕组,电机工作在切套运行状态。为掌握电机切套运行时的精确性能指标,以三套三相绕组构成的九相感应电机为研究对象,应用分布磁路法计算了电机相数和励磁电流均发生变化后的非线性磁路,得到工作范围内励磁电流与励磁电感的对应关系,通过非线性插值即可求得任意励磁电流下计及饱和时的励磁电感。利用有限元法对九相感应电机不同切套工况进行仿真验证,仿真结果与分布磁路法计算结果相吻合,验证了磁路计算结果的正确性。

弓形磁极永磁电机谐波削极技术的优化研究

为实现电机高功率密度和低转矩脉动的双重设计目标,该文在考虑永磁体相对磁导率、定子开槽、极间漏磁、磁极边缘效应以及磁路饱和对气隙磁密的影响基础上,建立平行充磁弓形磁极三次谐波削极修正解析模型。然后通过有限元,对比不同磁极电机的电磁性能。结果显示,修正谐波削极电机的平均转矩较简化正弦削极、修正正弦削极电机和简化谐波削极电机均有一定程度的提高,同时转矩脉动低于简化正弦削极和简化三次谐波削极电机,证明修正模型的优越性。最后通过实验验证修正模型的准确性。

三次谐波注入下多相感应电机稳态性能分析

针对采用3次谐波注入的非正弦供电多相感应电机,该文提出一种基于等效电路与分布磁路法的稳态性能迭代计算方法,对3次谐波注入参数对于电机稳态性能的影响规律进行定量分析。结果表明,当3次谐波注入满足气隙磁通密度中3次谐波与基波“峰谷相对”,且3次谐波磁通密度幅值为基波的1/6时,谐波注入对电机稳态性能的优化效果达到最佳。以某型45kW十五相感应电机为对象进行计算与实验验证,结果表明,在气隙磁通密度最大值和电流有效值不变的情况下,采用3次谐波注入时的基波电压与输出功率相对无注入情况最大可提升约13%。

弓形磁极永磁电机正弦削极修正模型

该文以气隙磁通密度函数和永磁体磁化方向厚度函数为理论基础,结合卡特系数计算公式、磁路等效原理和分布磁路法,考虑定子开槽、极间漏磁、磁极边缘效应及磁路饱和等因素的影响,推导出表贴式永磁电机平行充磁条件下的正弦削极修正解析模型。而后建立有限元模型验证了解析模型的准确性,并与简化正弦削极电机、偏心削极电机进行仿真对比。结果表明修正正弦削极电机所得气隙磁通密度总谐波失真(THD)分别较简化正弦削极电机和偏心削极电机低41.3%和23.4%,径向电磁力密度THD分别较简化正弦削极电机和偏心削极电机低29.82%和19.24%,从而使电机转矩脉动降低。最后通过实验进一步验证了修正解析模型的准确性。该文提出的修正解析模型,不仅使电机的电磁性能得到了进一步优化,而且理论基础明晰,不用像偏心削极一样,需要进行遍历扫描寻优,提高了电机的设计效率,为高品质永磁电机的优化设计提供了参考。

双斜槽转子感应电机的快速场路耦合分析

为克服双斜槽感应电机轴向拓扑仿真时需采用低效率高精度的三维有限元仿真的问题,针对错开双斜槽转子感应电机(DSRIM)提出一种等效电路,然后基于多层有限元模型建立DSRIM的轴向分层等效电路。在等效电路与磁场耦合分析的基础上,运用分布磁路法求出气隙磁场分布与稳态性能指标。与试验结果进行对比,对比结果显示该方法的计算结果具有指导意义。

非正弦供电多相感应电机稳态性能分析

性能分析是电机优化设计的基础,由于非正弦供电多相感应电机稳态性能分析计算远比传统三相感应电机复杂,进行相关研究则具有理论意义与实用价值.在3次谐波注入的非正弦供电多相感应电机中,以基波等值电路与3次谐波等值电路为计算工具,考虑气隙磁场的非对称分布性并用拓展分布磁路法计算基波与3次谐波感应电动势,通过3层迭代计算出给定稳态运行工况下的基波与3次谐波电流等变量进而得到电机的性能指标,分析中强调了对节点气隙磁密的内层迭代过程与对激磁电流的中间层迭代过程不同于传统三相感应电机相应迭代过程的特点.以非正弦供电十五相感应电机原理样机为例,分析了不同稳态工况下的运行性能,计算结果与实验结果相互吻合说明了分析计算方法具有高的准确度.