转子材料和气隙对实心转子直线弧形感应电机性能影响

做直线运动、旋转运动或螺旋运动的两自由度直驱电机在机械工具、机器人等领域有广阔的应用前景。研究了一种两自由度直驱感应电机的旋转运动部分的转子导电材料和气隙对电机性能的影响,采用传统电磁设计理论和有限元相结合的方法确定实心转子弧形感应电机的参数,并且提出了设计过程中的两个关键因素,分析了转子材料和气隙厚度对实心转子弧形感应电机性能的影响。通过应用不同转子导电层材料和气隙厚度进行计算机仿真,得到在空载及负载条件下运行的转速曲线和转子损耗曲线。结果表明:在使用钢铜复合次级材料时转速波动较小,转子损耗较小;在一定范围内,气隙厚度越大,电机的转速波动越小,转子损耗越小。

考虑材料非线性覆铜实心转子感应电机转子阻抗参数的二维解析计算

覆铜实心转子感应电机的转子阻抗参数计算是实心转子感应电机的难点。实心转子铁心材料非线性造成转子磁导率非恒定值,同时非线性导致了电磁场畸变,增加了转子阻抗的计算难度。对此,该文在双层转子模型子域解析的基础上,提出了一种考虑转子材料非线性,利用等效磁化曲线进行阻抗计算的方法,能够对非线性转子铁心在不同转差率下的磁导率进行计算,减小了由转子材料非线性造成的阻抗计算误差。通过二维时谐场有限元仿真验证了该方法的计算精度,并在该方法基础上提出一种考虑温度变化的转子阻抗简化计算方法,能够在转子温度变化情况下快速估算电机性能。

基于二维解析法的光滑表面实心转子感应电机附加损耗的研究

在普通异步电机中,由于附加损耗数值较小,通常按总功率的5%粗略估算。在实心转子感应电机中,附加损耗中的表面涡流损耗数值远大于普通笼型感应电机,不但成为实心转子感应电机附加损耗的主要部分,而且是造成这种电机效率低、电机过热的重要原因,限制了该类电机的应用和发展。文中运用二维解析法及坡印亭定理对实心转子的表面涡流损耗进行了计算,与试验结果比较显示,理论计算在小转差范围(0～0.2)内取得了与实际较为一致的结果,并分析了大转差下产生偏差的原因。在小转差(s=0.107)运行状态,对定子槽口宽度变化和气隙长度变化对转子表面涡流损耗影响进行仿真计算。结果表明,改变槽口宽度对该种电机转子的表面涡流损耗影响不明显,随着气隙长度的增加,附加损耗曲线分为快速下降,缓慢下降两段。在曲线缓慢下降段综合考虑选取气隙长度是合适的。

空心转子弧形直线感应电动机的优化与特性分析

弧形直线感应电机在门机系统、机器人领域具有广阔的应用前景。针对实心弧形直线感应电机的转子质量过大的问题,优化了弧形直线感应电机的导电层结构、转子气隙以及钢层与铜层的厚度关系,将转子设计为空心转子。通过建立有限元模型,仿真得出改进后的最优模型。结果显示:在使用内钢层4 mm,外铜层2 mm时转速波动较小,转子损耗较小;在一定范围内,随着气隙厚度的增大,损耗变小,因此最优气隙厚度是3 mm。

单边直线感应电机转子磁场定向矢量控制方法研究

单边直线感应电机运行中因次级板产生涡流而存在第二类纵向边缘效应,造成气隙有效磁通和牵引力系数降低。建立了电机d-q轴等效电路,通过d轴互感和电阻变化来反应边缘效应的影响。采用转子磁链、速度和电流3个调节器,对uds,uqs,iqs进行在线解耦补偿控制。结果表明,该方法在电机速度突变时减小了力矩脉动,定子电流过渡平滑,速度平稳,较好地改善了电机的运行性能,对实际分析提供了理论依据。

集中绕组弧形直线感应电机性能分析

针对分布绕组弧形直线感应电机端部绕组过长、用铜量较大、端部电阻较大,所占空间较多等缺点,采用一种集中绕组弧形直线感应电机结构。在其他参数相同的前提下,改变电机绕组的连接方式,对其端部绕组长度及所占空间进行计算,分别建立有限元模型,分析对比不同绕组结构电机处于空载、负载和指定转速状态下的定子铜耗、电流的大小及机械特性。结果表明,与分布绕组弧形直线感应电机相比,集中绕组弧形直线感应电机端部绕组长度减少10.93%,绕组所占空间减少66.12%;不同状态下定子电流最大可减小49.3%,铜耗最大减小35.5%;转差率相等时转矩减小53.98%。

高速实心转子感应电机的转子谐波涡流损耗的分离和提取

高速实心转子感应电机主要应用于高速压缩机、飞轮储能、航空航天等领域,具有广阔发展前景。和其他拓扑结构的转子相比,实心转子具有较强的端部效应,导致转子涡流损耗进一步加剧。针对高速实心转子感应电机的转子谐波涡流损耗的分离和提取问题,以一台380 V,1 MW,12000 r/min高速实心转子感应电机为主要研究对象,采用二维傅里叶分解方法,精确提取气隙磁场谐波特性,以虚拟永磁谐波电机模型为基础,反向构建气隙谐波磁场用以激励实心转子实现转子谐波涡流损耗的提取;结合混合激励法以及冻结磁导率法,进一步精确考虑了不同负载情况下由材料非线性导致的感应谐波涡流透入深度的变化。采用有限元建模方法,对比了采用混合激励法和冻结磁导率法提取的转子谐波涡流损耗以及感应涡流的分布。该方法为后续对转子谐波涡流损耗进行有效抑制提供了理论基础。

大小极环形绕组实心转子感应电机工作机理及电磁特性分析

为了拓宽感应电机的调速范围,提出一种大小极环形绕组实心转子感应电机(LSPTWSRIM)。介绍了LSP-TWSRIM的结构,研究了其工作机理,并给出了其设计参数。建立了二维有限元模型,并分析了不同工况下LSP-TWSRIM的电磁特性(包括定子电流、气隙磁通密度、转速和转矩)。设计并制造了一台LSP-TWSRIM样机,并进行了实验,通过对比仿真和实验结果证明了LSP-TWSRIM的工作机理和电磁特性的正确性。

实心转子感应电机研究与发展概况(上)

以实心转子感应电机为研究对象,查阅参考国内外的相关文献,归纳总结了实心转子高速电机、旋转直线感应电机以及平面感应电机研究现状,讨论了实心转子感应电机未来的研究热点与发展趋势。

笼型实心转子屏蔽感应电机电磁场及参数研究(二):二维多层电磁场模型及其解析计算

对于笼型实心转子屏蔽感应电机(CSRIM),由于其转子结构的复杂性,关于其参数及运行性能的计算方法还较为简陋。该文将二维多层电磁场理论引入到CSRIM电磁场解析计算中,并建立具有N层各向异性媒质的CSRIM通用电磁场解析模型。然后,利用坡印廷矢量及波阻抗法计算得到了电机转子反映到定子绕组侧的等效阻抗参数并对其表达式进行简化。最后,将所得的CSRIM转子等效阻抗参数表达式应用于一台模拟样机的转子等效参数计算上,并与传统参数计算法以及有限元计算结果进行对比验证。

笼型实心转子屏蔽感应电机电磁场及参数研究(三):实用等效电路及其参数的推导

以笼型实心转子屏蔽感应电机(CSRIM)二维多层电磁场模型为基础,首先将电机转子侧等效电路按照不同媒质、不同结构分为多个并联支路,对各支路的等效电路参数进行电磁场解析求解;其次,利用磁路解析法对各个支路之间的耦合互感进行详细的解析推导,以评估各支路间的耦合情况;然后,对各支路阻抗及互感抗参数进行分析对比,以期简化得到适用于CSRIM正常负载工况下运行性能计算的实用等效电路;最后,将分析所得的实用等效电路及其参数应用于一台模拟样机性能分析。

笼型实心转子屏蔽感应电机电磁场及参数研究(四):等效电路参数有限元计算法及验证

该文利用时谐电磁场有限元法对笼型实心转子屏蔽感应电机电磁场进行分析研究,根据冻结磁导率法、傅里叶分析法、矢量图法分析得到了定子侧等效阻抗参数提取法;利用坡印廷矢量法求解得到了适用于多种复杂转子结构的感应电机的等效电路参数分析法。将该方法计算得到的等效阻抗参数代入几种典型转子结构感应电机的等效电路进行计算。其中,笼型实心转子屏蔽感应电机(CSRIM)采用文献[1]建立的简化等效电路模型以及文献[2]提出的实用等效电路模型。最后,将计算结果与有限元电磁场计算结果、样机实测结果进行了对比验证。

笼型实心转子屏蔽感应电机电磁场及参数研究(一):等效电路及其参数分析

笼型实心转子屏蔽感应电机(CSRIM)因其运行可靠、机械性能好等优点,在核能装备及化工等屏蔽泵中具有良好的应用前景。然而,采用铁磁性转子屏蔽套的CSRIM,因大量漏磁经屏蔽套闭合,使得其转子电磁场分布更加复杂。该文将对现行的CSRIM等效电路及其参数分析方法进行综述。对复合转子形式感应电机等效电路的发展及各等效电路存在的不足进行研究,并重点对比分析等效磁路法、二维多层电磁场理论以及电磁场有限元法在CSRIM参数计算及性能分析中的优缺点。

基于子域分析模型的实心转子感应电机磁场解析

子域分析技术作为一种简捷高效的磁场解析方法,已在电机恒定磁场解析领域获得广泛应用。该文以实心转子感应电机为例,将子域分析技术拓展到电机磁准静态场解析领域。在二维极坐标平面内,将实心转子感应电机求解区域划分为定子槽子域、气隙子域和实心转子子域,从而在复频域建立考虑定子开槽影响的实心转子感应电机精确子域解析模型。该解析模型着重求解实心转子子域的偏微分方程,根据运行方式的不同,分别给出同步运行和异步运行两种工况下的解析表达式。在解析计算结果的基础上,根据磁链法计算实心转子感应电机的运算电感。最后,通过二维时谐有限元分析验证了解析模型的准确性。

弧形直线感应电机不均匀气隙磁场定量分析

弧形直线感应电机可用作实现竖直转子无轴承电机,但次级转子偏心所导致的气隙不均匀对气隙磁场有显著影响。针对此问题,在推导气隙宽度数学表达式基础上,首先提出一种针对弧形直线电机不均匀气隙时的气隙磁场解析计算方法。接下来将此方法与有限元计算结果进行比较。结果表明,这种解析计算方法相比采用均匀气隙的计算方法能够大大提升气隙磁场的计算准确度。针对大气隙时计算精确度下降的问题,提出一种修正方法,进一步提升了计算结果的精确性。最后,将解析方法与瞬态场有限元结果进行了对比。对比结果表明,考虑了气隙不均匀的磁密解析计算公式能够将不同情况下的磁密计算误差减小50%~90%。这种解析方法为通过弧形直线感应电机的解耦控制实现无轴承电机的结构奠定了基础。

高速感应电机的实心转子径向膨胀位移研究

对于高速感应电机来说,普通的鼠笼式转子结构难以承受其巨大离心力,这就需要实心转子来满足电机在高速运行时需要的结构强度。但即使是实心转子,在高速状态下也难以保证其工作时稳定的结构强度,由于巨大离心力的影响,实心转子在工作时会发生轻微径向膨胀位移,这会导致感应电机的气隙大小发生变化,从而引起电机的电磁性能降低。为避免该设计缺陷,运用Workbench对4种实心转子的结构强度进行仿真分析,并探究开槽实心转子的槽宽、槽深、槽数、转速和外径等因素在转子运行时对径向位移的影响。研究结果将为高速电机气隙设计提供参考,以提高电机的工作性能。

实心转子感应电机电磁力特性研究及优化设计

为满足实心转子感应电机在低振动噪声环境下的应用,需对实心转子感应电机进行减振降噪优化设计。本文通过有限元方法,分析定子有槽结构、定子无槽结构、单实心钢转子结构以及实心钢复合转子结构下电机各部件的电磁力分布情况,以振动最小为优化目标,对比分析得出最优的电磁结构。

模糊控制在直线感应电机磁场定向控制中的应用

单边直线感应电机相当于旋转电机沿半径剖开并平展,性能与旋转电机类似,但由于受纵向边端效应影响,电机参数,尤其是励磁电感,随电机运行速度和滑差而改变。对于该非线性时变系统,传统PI控制难以满足高性能的要求。模糊控制不依赖控制对象的具体数学模型,能模仿人的思维对电机驱动系统进行智能控制。结合PI控制和模糊控制的优点,设计了模糊自适应PI控制器,并将其应用于单边直线感应电机转子磁场定向控制中,以研究电机的特性。大量仿真结果表明,该方法能有效消除控制参数的稳态误差,同时具有较好的暂态性能。

单边直线感应电机纵向边缘效应的研究

单边直线感应电机(SLIM)因结构简单牢固,直接产生前进的电磁推力,在交通中得到广泛应用。由于其磁路断续,电机运行中存在横向和纵向边缘效应;次级的入口和出口因气隙磁链守恒原理会产生涡流,并随速度上升而加大。边缘效应和涡流大小对直线电机气隙磁链产生重要影响,造成气隙有效磁通和牵引力系数降低。探讨直线电机工作特点,得到了电机d-q轴等效电路,通过d轴互感和电阻变化来实时反应第二纵向边缘效应和次级涡流的影响。结合旋转电机转子磁场矢量控制方法,建立了对应的SLIM控制方程。采用转子磁链、速度和电流三个调节器,提出了uds,uqs,iqs实时在线解耦补偿控制方法,对SLIM的推力、d-q轴电压、d-q轴磁链等进行调节和控制,对d轴互感大小进行限制。结果表明,该方法在电机速度突变时减小了力矩脉动,定子电流过渡平滑,速度平稳,改善了SLIM的运行性能,为电机实际运行分析提供了理论依据。

有限长双层实心转子电机的转子归算阻抗和端部系数

对无端环的铸铁覆铝双层实心转了感应电机采取三维电磁场分析以确定转子表面的径向气隙磁密。又借助归算概念阐明绕组归算后的实心转子磁势相当于二维场情况，由此导出的转子归算阻抗与得自分层阻抗理论的转子表面阻抗密切相关。所得端部系数是复数，表明端部效应同时还引起双层转子阻抗角的增大。