双定子无刷双馈风力发电机无速度传感器反步法直接功率控制

针对双定子无刷双馈发电机,将内外功率绕组及内外控制绕组分别同相串联以保证电磁一致性。基于Lyapunov和Popov稳定性理论,采用反步法和模型参考自适应系统设计一种无速度传感器的反步法直接功率控制策略,利用空间矢量脉宽调制(SVPMW)以固定开关频率驱动控制绕组机侧变流器IGBT,以减小功率绕组功率波动及电流总谐波畸变率。通过12/8极50 kW样机控制系统的特性仿真研究,结果表明:所提控制策略在亚同步~超同步的速度变化范围内,可实现变速恒频发电、最大功率跟踪、无功功率及单位功率因数控制,电流总谐波畸变率约为2%。

新型双转子双定子永磁同步发电机的磁场及耦合效应分析

为了解决目前海上风力发电机存在的成本高、体积大等问题,提出一种新型双转子双定子永磁同步发电机(DRDS-PMSG).建立了发电机的等效磁路模型,采用有限元分析方法评估了发电机的电磁特性及内外电机的耦合效应,部分仿真结果得到了实验验证.仿真结果表明:随着内、外永磁体相对位置的改变,电机等效磁路存在3种典型情况,并可通过耦合系数对耦合区域的等效磁阻进行描述;内、外电机的耦合效应体现在齿槽转矩、电磁转矩等电磁特性上,内、外电机的齿槽转矩峰峰值分别为0.52和1.64 kN·m,电磁转矩平均值分别为11.65和27.09 kN·m,转矩脉动分别为6.02%和4.12%;总体来看,内、外电机之间存在一定程度的耦合,但该耦合效应被隔磁环有效削弱.

基于模态分析的双定子电励磁场调制电机弹性模量调整方法

准确获得电机结构的模态分析结果是研究电磁噪声的前提条件。该文以一台双定子电励磁场调制电机为研究对象,首先,利用有限元软件对影响其模态分析的弹性模量展开研究,探索弹性模量变化对各阶固有频率的相对影响率大小,找到外定子、电枢绕组、机壳和端盖的弹性模量变化对模态分析结果的影响规律,由此明确参数调整的方向性。然后,采用锤击法进行模态实验,并获得外定子、外定子组件以及整机模态实验结果与仿真结果二者误差的大小。最后,根据二者误差大小及参数调整的方向性,选择合适的弹性模量调整值将其误差均调整到4%以内,从而得到精确的模态仿真结果,进而有利于后续该电机电磁噪声的分析。

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。

双定子式液冷缓速器设计与试验

针对液力缓速器结构复杂、电涡流缓速器制动力矩热衰退严重等问题,提出一种双定子式液冷缓速器结构。运用磁路法对电磁场模型进行计算,运用有限元法分别对电磁场强度分布、气隙磁通密度以及制动特性进行分析,获取影响制动力矩的因素。利用有限体积法对缓速器瞬态热场和流场进行耦合分析,得出制动生热模型。设计了2400 N·m缓速器样机并进行台架试验,测试结果与数值分析结果的误差在5%以内。在1500 r/min时制动力矩可达2520 N·m,满足重载车辆制动需求。

双定子力偶型摆动多路马达的径向受力特性

传统马达大多数采用力矩形式的转矩输出,马达在径向方向上受力不平衡。双定子双作用力偶马达通过特殊的结构设计平衡了径向力,输出力偶形式的转矩。双定子双作用力偶马达有内马达单独工作、外马达单独工作、联合工作和差动工作4种工作情况,可以输出12种不同的转速和转矩。为研究不同连接方式下马达的径向力特性,通过数学推导得出双定子双作用力偶马达的径向力公式,对每种工作方式下的径向力进行分析并利用MATLAB软件进行仿真分析,结果表明双定子双作用力偶马达的不同工作状态下径向力都在一定范围内作周期性变化,且存在4种径向力完全平衡和部分平衡的连接方式。

新型双定子交替极永磁电机宽调速电流控制研究

传统永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)因恒定永磁励磁而扩速困难;新型双定子交替极永磁(dual-stator consequent-pole permanent magnet,DSCPPM)电机,兼具双定子及混合励磁电机优势而更适合高转矩宽调速应用。此外,电流解耦控制器及电流分配策略是实现电机宽调速控制的关键。因此,该文提出一种适合DSCPPM的内模电流控制器,通过滤波带宽的单参数设计,实现复杂电机模型电流解耦控制及动态调节,显著降低多电流控制器参数整定难度。同时,该文提出一种宽调速电流分配策略,其将电机全速域分为恒转矩区、弱磁一区以及弱磁二区,分别以最大转矩电流比、最短路径以及最优弱磁电流为目标对电流轨迹进行优化,来实现电机宽调速运行。最后,通过样机实验结果验证所提控制策略的有效性。

双定子轴向力偶型柱塞马达的转矩特性分析

为解决传统轴向柱塞马达轴向力不平衡、输出效率低的问题,从扭矩大小、波动率和柱塞工作效率等方面开展研究,结合双定子原理提出双定子轴向力偶型柱塞马达。该马达通过特殊的结构使力偶转矩输出,实现轴向力平衡。通过传统轴向柱塞马达和双定子轴向力偶型柱塞马达各自柱塞的受力情况,推导了该马达单个柱塞组件产生的瞬时理论转矩,借助MATLAB编程,对比分析了传统轴向柱塞马达与该马达的输出转矩,结果显示传统轴向柱塞马达输出转矩为11.59~11.89 N·m,而该马达输出转矩为23.33~23.63 N·m,比传统轴向柱塞马达的输出转矩增加了近1倍,转矩波动降低为原来一半,柱塞的工作效率增加了1倍,并通过试验得出该马达的机械效率和容积效率,验证了原理的合理性,为后续相关研究奠定了基础。

永磁/磁阻混合转子双定子低速大转矩同步电机冷却及热管理技术研究

低速大转矩同步电机(LSHTSM)在诸多领域有着广泛应用,针对现有低速大转矩永磁电机内部空间未得到充分利用,转矩密度较低且永磁体成本高、易发生高温退磁等问题,研究了一种永磁/磁阻混合转子双定子低速大转矩同步电机。首先,介绍了电机的拓扑结构及机械结构,针对电机结构复杂、温度难以快速准确计算问题,建立了电机精确热网络温度计算模型,详细推导了电机各特殊结构件之间的热阻数学模型,解析计算了电机各部件稳态温度,总结了电机温度分布特点。其次,针对电机结构特殊、散热困难问题,设计了一种双水冷方式的冷却系统,研究分析了冷却系统结构参数对电机冷却效果的影响,总结了特殊结构电机冷却系统设计原则。最后,分别采用有限元仿真与实验方法验证了所建立热网络温度计算模型的准确性以及冷却系统的有效性。

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。

无磁轭辐射环双定子电机磁场分析及转矩计算

提出一种双定子永磁同步电机,转子采用辐射环结构,无转子磁轭,可减小转子转动惯量和空间占比,增大内定子空间,从而提高电机转矩密度。首先,建立辐射环结构双定子电机和常规的双定子电机的等效空载磁路模型,通过磁路法进行分析计算,得到两种结构双定子电机永磁体工作点的磁通,从而计算其反电势和转矩常数。其次,建立两种双定子结构有限元仿真模型,通过仿真得到其反电势波形及转矩常数,验证磁路法的正确性,仿真结果表明,采用无磁轭辐射环结构,电机转矩常数比常规的双定子电机大13.7%。最后,研制无磁轭辐射环结构双定子电机,并进行实验,实验得出的转矩常数与有限元仿真最大误差为3.84%。

静态密封双定子高温超导电机电磁噪声预测研究

基于电磁场-结构场-声场的多物理场耦合分析对静态密封双定子高温超导电机(HTS-DSG)的电磁振动声学规律进行了预测性研究。针对HTS-DSG内定子齿饱和的特点,采用等效气隙长度和动态磁导率相结合的方法,分别对HTS-DSG饱和状态下的内、外气隙磁通密度进行了解析计算,并经仿真及试验验证了理论方法的正确性。针对超导电机内设置分体式冷却杜瓦这一特殊结构,并进行分析得到了不同位置杜瓦的振动规律。结果表明,超导线圈匝层间最大抗拉强度远远大于所受振动应力,超导线圈不会因整机振动发生故障。最后,将电磁力耦合到HTS-DSG声场有限元模型中,利用多物理场耦合分析,预测了HTS-DSG的电磁振动和噪声规律。

永磁/笼障混合转子双定子风力发电机电磁设计与性能分析

针对主流永磁同步发电机存在成本高和有刷双馈感应发电机存在可靠性低的问题,结合风电发展的要求,提出一种具有功率密度高和可靠性高的新型永磁/笼障混合转子双定子风力发电机应用于海上风力发电。功率密度与电机的功率分配、极槽配合和转子耦合能力有关。基于该发电机的工作原理和设计要求,设计一台300 kW永磁/笼障混合转子双定子风力发电机,并考虑功率分配、主要尺寸确定方法、极槽配合和转子耦合能力。在此基础上,采用数值法分析不同运行状态下该发电机性能,并与实验测试结果作比较;同时将所提出的发电机与常规电机在转矩密度和成本方面作比较,验证该发电机设计和分析方法的合理性和有效性及转矩密度高的特点。

一种基于有限元法与改进无网格法耦合的双定子电机振动噪声分析方法

针对传统有限元法在电机的多物理场耦合计算过程中存在计算量大、耗时长、精度过于依赖网格剖分的缺点,而传统无网格法又存在边界条件施加不方便,在收敛计算过程中矩阵容易产生病态的缺陷。以一台电动汽车用双定子永磁电机为例,提出一种将有限元法与改进无网格法结合的多物理场耦合分析计算方法,来解决旋转机械的振动噪声计算问题。首先,建立电机二维有限元电磁模型,然后深入研究了考虑任意电流激励下的电机电磁力。其次,分别将内外定子齿及永磁体电磁力导入基于有限元和无网格法的三维结构场中进行谐响应分析。在多物理场耦合分析过程中,精确的边界条件和数据传输是求解的关键所在。该文通过在有限元法与无网格法交界面之间的过渡区域内构造一个不匹配的网格数据映射矩阵,可以较好地解决有限元-无网格耦合计算边值问题,实现了两种方法之间的数据映射。然后,将振动分析结果作为边界条件,利用有限元法计算辐射噪声。再次,针对传统无网格-有限元耦合方法求解过程中存在截断误差的缺点,提出构造一种通过修改局部基函数的方法对无网格法进行优化并重新计算谐响应运动。最后,将这两种无网格方法仿真结果与基于有限元计算结果及实验进行对比,在验证了该文耦合计算结果的准确性的同时,还发现改进后的无网格耦合计算方法不仅在精度和鲁棒性上有所提高,而且求解速度远高于传统有限元法耦合求解。该计算方法可以为旋转机械的多物理场耦合计算提供新的思路。

双定子无刷双馈风力发电机结构对比分析与实验研究

无刷双馈发电机受转子结构影响,磁场调制能力有限,会导致效率和功率密度比较低。为改善电机性能,提出一种新型笼障转子双定子无刷双馈风力发电机,给出了2种不同拓扑结构设计思路和装配方案,设计了该电机的两种不同机械结构和装配方式,对结构中“动轴+转子前支架”和“静轴+机壳后端盖”建立了精确的物理模型,采用有限元方法对额定负载下的应力和形变进行仿真研究和对比分析。研制了额定功率和额定转速分别为50 kW和360 r/min不同结构的2台样机,分别进行空载和负载实验。研究结果表明:“静轴双端支撑”和“动轴+转子前支架一体化设计”的设计思想可以推广至其他双定子电机。

双定子同极内嵌永磁游标电机转子永磁体极弧系数优化

进一步对双定子同极内嵌永磁游标电机(DS-CP-PMVM)进行讨论,旨在优化同极内嵌永磁转子结构,以保证转子永磁体用量减少的情况下,不降低电机的转矩能力。分析了DS-CP-PMVM的磁力线分布,提出当转子内外侧永磁体中心轴线夹角与内外定子A相轴线夹角相同时,转矩能力最优;讨论了永磁体极弧系数对转矩的影响,当转子内外侧永磁体极弧系数分别为0.62和0.66时,输出转矩最大,与相同永磁体厚度的表贴式结构相比,在定子电流为6 A时,转矩提高了6.4%。

低地板有轨电车用双定子永磁同步电机定子裂比的研究

本文在传统永磁同步电机定子裂比定义的基础上得出了双定子电机定子裂比的定义,针对这一双定子电机设计的重要参数建模进行了研究,根据求出的最优值设计了一台125 kW的双定子永磁同步电机,并用有限元分析软件进行了仿真验证,为双定子永磁同步电机在有轨电车上的应用提供了一定的理论基础。

双定子液压马达差动连接理论分析

通过双定子液压马达结构分析,提出了双定子液压马达差动连接的方法。在此基础上,分析了不同作用数的双定子液压马达差动连接方式,推导出不同差动连接下液压马达输出转速和转矩的表达式;针对双定子液压马达排量比例系数C对其差动连接方式的影响,分别找出了单作用、双作用以及多作用双定子液压马达中会使液压马达差动连接出现重复或死点现象的C的取值,得到了重复组数和死点数,为液压马达差动连接的理论研究提供了一条新途径。

双定子单作用液压马达转矩脉动研究

为了解双定子单作用液压马达的性能,在探讨双定子单作用液压马达理论排量和理论转矩的基础上,分析了不同滑块数对液压马达转矩脉动的影响,得出液压马达滑块数与转矩脉动的数学关系式。结果表明,滑块个数为奇数的液压马达的转矩脉动小,进一步推导出滞后角对液压马达差动连接和内、外马达同时工作时的转矩脉动影响。

等宽双定子泵和马达的原理研究

研究了一种新型双定子泵,该泵由滚柱、两个定子和一个转子组成,可制成单作用、双作用及多作用的双定子泵,实现了一个泵有多个等比例不同流量的输出,且输出的压力间互不影响,对该泵的运动学及试验进行了论述.研究结果表明:该研究能够很好地解决液压系统中的一个泵不用减压阀无法驱动两个以上不同压力系统,一个泵不能控制多缸不同压力、不同流量同步等问题.