基于径向气隙磁密和定子电流的永磁同步电机均匀退磁故障诊断研究

该文提出一种基于径向气隙磁密和定子电流的永磁同步电机均匀退磁故障诊断方法。首先,建立电机的d轴等效磁路模型,分析均匀退磁故障后径向气隙磁密的变化规律;然后,获取电机的径向气隙磁密和定子电流信号,对各极下径向气隙磁密幅值进行归一化处理,并绘制雷达图,根据雷达图和比较相同定子电流幅值下健康电机和故障电机的各极下径向气隙磁密幅值的平均值,来诊断均匀退磁故障;利用空载各极下径向气隙磁密幅值的平均值计算故障程度。最后,仿真和实验结果均验证所提均匀退磁故障诊断方法的有效性。

恒压下GIS固体绝缘界面气隙缺陷放电严重程度评估

为了研究GIS绝缘子界面气隙缺陷的放电发展过程,文中设计了空洞气隙缺陷模型,搭建了一套GIS气隙缺陷放电长期测试平台。基于缺陷模型的击穿电压对带有缺陷的试品施加90%Ub、60%Ub、30%Ub的交流恒压,使用UHF检测系统采集放电数据直至试品击穿。提取放电次数、放电幅值、放电时间间隔分析放电状态特征,发现GIS气隙缺陷放电发展过程存在两个阶段,前期放电幅值缓慢增大,放电脉冲逐渐稀疏,放电发展较为平稳;后期放电幅值急剧减小,放电脉冲密集,放电发展剧烈,采用k⁃means聚类算法及BP神经网络建立了气隙缺陷局放发展阶段的划分规则。研究表明,放电次数、放电幅值、放电时间间隔3种统计参量呈现阶段式单调性的趋势,可以用3种统计参量前向差分绝对值作为特征参量来评估GIS气隙放电严重程度;对GIS恒压试验进行聚类分析将放电过程划分为平稳劣化阶段和加速劣化阶段,随着外施电压水平的降低,平稳劣化阶段被压缩,加速劣化阶段占比升高。

气隙偏心对同步发电机定子绕组温升特性的影响

为了分析同步发电机气隙偏心对定子绕组的铜耗及温升的影响规律。首先理论推导了正常情况和偏心下的磁通密度及相应的铜耗,分析了绕组的温升特性;然后建立了CS-5型故障模拟发电机的三维有限元模型,计算得到了发电机在不同负载和不同故障程度下定子绕组的铜耗和温度变化规律;最后在CS-5型故障模拟发电机上对定子绕组温度进行了实测,所得实验结果和仿真数据与理论分析结论基本一致。研究发现:定子绕组直线段温度高于端部温度;定子绕组的铜耗和温度在气隙偏心工况下均高于正常情况,且随着偏心量和负载的增加呈现升高趋势;在静偏心下靠近小气隙一侧的绕组温度高于其他部位。

基于气隙磁密差信号峭度因子的永磁同步电机局部退磁故障诊断

该文提出一种新型基于气隙磁密信号差峭度因子的永磁同步电机局部退磁故障诊断方法。首先,建立永磁同步电机等效磁路模型,根据简化模型分析局部退磁故障后各极主磁路下径向气隙磁密的变化规律。然后,将预存健康电机空载状态下气隙磁密信号与测量的在线状态下气隙磁密信号作差并计算其峭度值,作为故障特征值。取健康电机空载状态下气隙磁密信号与不同工况下气隙磁密信号差峭度值的最大值作为参考值,根据故障特征值与参考值的大小诊断出局部退磁。最后,仿真和实验结果均验证提出的局部退磁故障诊断方法的有效性。

气隙静偏心故障对永磁风力发电机定子绕组振动的影响

端部绕组振动是导致绝缘磨损和退化的关键因素之一,综合分析永磁风力发电机气隙静偏心故障前后定子端部绕组的振动特性。首先,推导正常情况和气隙静偏心故障下的气隙磁通密度,得到端部绕组的电磁力表达式;然后,基于电磁-结构耦合模型,得出绕组电磁力、应力应变等力学响应特性;最后,实测3 kW故障模拟发电机在正常和气隙静偏心故障情况下的定子绕组振动响应。实验结果与理论分析、有限元计算结果基本吻合。结果表明:气隙磁通密度随偏心程度的增加而增大(气隙减小处),随偏心故障加剧端部绕组电磁力/振动增大,绕组电磁力/振动以偶倍频为主。另外,直线段绕组和端部绕组的连接处为振动磨损危险位置。

气隙取气斜流式通风汽轮发电机转子的温度场研究

为了研究气隙取气斜流式通风汽轮发电机转子的温度场的分布特点,本文依据传热学基本理论,建立了三维全域的转子耦合计算模型,利用有限体积法对模型中的控制方程进行数值计算与分析。首先分别对转子槽内铜排、匝间绝缘、转子铁芯进行整体温度场的分析,研究其温度分布的异同点,然后对比了各风区中心截面的温度,最后研究铜排沿轴向和周向的温度分布特点,分析了温度分布趋势的产生原因。结果表明:转子温度场沿轴向呈波浪形分布,转子中心截面、磁极中心线及其垂直线高度对称,最高温度出现在靠近汽端和励端的出风区;槽内越靠下的铜排,温度峰谷差越小,温度不均的程度越小;在周向上,靠近大齿铜排的温度比其余铜排温度略低。本文的结论可为气隙取气斜流式通风汽轮发电机的深度调峰运行和转子结构优化提供参考。

双调制式轴向永磁齿轮电动机气隙磁场与转矩计算

针对轴向永磁齿轮电动机(Axial Magnetic Gear Motor,AMGM)整体尺寸偏大导致的转矩密度偏低(≤70 kN·m/m^(3))等缺陷,提出了一种双调制式轴向永磁齿轮电动机(Dual-modulation Axial Magnetic Gear Motor,DAMGM)。采用高速侧及低速侧两个调磁环对DAMGM低速转子进行调制,且两个调磁环中的非导磁部分均为永磁体,有效提高了低速转子的输出转矩;另外,与现有AMGM相比,将驱动电动机置于DAMGM高速永磁转子内部,减小了整体轴向尺寸,大幅提高了低速转子的转矩密度(150 kN·m/m^(3))。针对现有3D有限元计算时间长、计算机资源浪费严重等问题,给出一种基于圆柱坐标系的DAMGM三维分析方法。根据调磁环的3种边界条件,建立了调制后DAMGM气隙磁场及电磁转矩的数理模型,不仅计算结果准确(与3D有限元相比,平均计算误差≤5%),而且计算时间短(仅为3D有限元的1/10),便于DAMGM不同参数结构的分析、比较与优化。

盘式实心磁力耦合器气隙磁场分布及转矩分析

针对一台9对极盘式实心磁力耦合器,为研究其气隙磁场分布及转矩,引入层理论模型,将磁力耦合器划分为非导电区域和导电区域两部分,推导二维标量磁位法,求解非导电区域的标量磁位和导电区域的磁场强度,同时引入卡特系数进行校正,推导出盘式实心磁力耦合器的气隙磁密和输出转矩公式;然后,通过有限元软件模拟得到磁力耦合器的三维气隙磁场分布、涡流分布和输出转矩,并分析了不同工作参数对输出转矩的影响;最后,搭建三维气隙磁场测量试验平台和传动试验平台进行三维气隙磁场和转矩的试验,所得试验结果与理论计算结果、仿真结果基本吻合。结果表明,推导的气隙磁密和输出转矩公式具有较高的准确性,为进一步研究盘式实心磁力耦合器的传动特性提供参考。

封闭条件下温度对气隙放电影响的模拟研究

气隙缺陷往往导致局部放电(PD)现象,局放的发展过程与放电条件密切相关,通过放电的宏观表征来分析判断放电条件,是实现绝缘条件评估的重要途径。以温度对气隙缺陷下局放过程的影响为例,通过建立温度条件对放电过程的参数控制模型,研究了不同温度对其微观发展过程的影响,得到了不同温度条件下的宏观表征。仿真研究表明,在封闭条件下,温度的升高会影响放电过程中的电子密度分布以及电场分布。在303、323和343 K的条件下模拟放电过程,其电流峰值依次为0.479、0.356和0.261 A,随温度升高逐渐下降;此外其电流脉冲持续时间依次为19.261、15.516和13.438 ns,随温度升高逐渐变短。最后,实地测量了不同温度下的放电电流,获得了与仿真模型一致的结果。

气隙长度对大气压下环氧树脂阻挡放电的影响研究

为了研究气隙长度对大气压下介质阻挡放电的影响机制,从而进一步明晰介质阻挡放电的放电机理及特性,基于气体放电流体模型,针对长度3 mm以下的环氧树脂阻挡同轴电极气隙,在外施电场恒定的条件下对其放电微观过程进行仿真,从带电粒子微观运动角度研究气隙长度对气隙放电特性的影响。仿真结果表明:在长度小于3 mm的气隙中,环氧树脂的阻挡导致电子崩无法发展成为流注,其放电形式为汤森放电;气隙长度对放电过程的影响主要通过改变带电粒子的分布和电场强度来实现;气隙长度对放电发展速度几乎没有影响;当电子崩靠近较短气隙的阳极时,其崩头密度低于较长气隙;随着气隙长度的增加,放电电流峰值增大,上升速度和降落速度增加,脉冲宽度减小。通过对比理论计算与实验结果,证明了仿真方法的合理性。

考虑气隙分布的超大宽厚比钢锭凝固过程数值模拟研究

扁钢锭的设计及其质量控制是制约“冶炼-铸锭-轧制”方法生产特厚板的关键,大宽厚比扁锭可不经开坯直接轧制,从而简化生产流程,降低生产成本。采用数值模拟的方法研究了超大宽厚比扁锭的气隙生长、凝固进程以及缩孔缺陷的分布。同时,分析了不同宽厚比和预起拱参数对铸锭凝固质量的影响。结果表明,当大宽厚比扁锭凝固时,扁锭宽面中部与宽面1/4位置的气隙厚度差可达1 mm以上,进而在扁锭内部产生两个热中心。随着宽厚比的增加,双热中心现象更明显,导致缩孔缺陷增多。此外,随着预起拱高度的增加,双热中心现象变得不明显,缩孔体积减少,当拱高为80 mm时,超大宽厚比铸锭质量良好。

V型交替极永磁同步电机气隙磁场调制效应研究

与传统V型永磁(V-shaped permanent magnet,VPM)结构相邻N和S极永磁体形成一对极磁场不同,V型交替极永磁(V-shaped consequent-pole permanent magnet,VCPM)结构永磁体与相邻铁心形成一对极磁场。为进一步探究VPM和VCPM电机磁场分布的不同带来的转矩性能差异,首先通过麦克斯韦应力张量法确认,并量化分析VPM和VCPM电机气隙磁密各次谐波转矩贡献,揭示两种电机主谐波与调制谐波转矩贡献的差异性,进而阐明VCPM电机转矩提升的根本原因在于其显著增加的调制谐波贡献的转矩分量。然后,研究关键结构参数对VCPM电机气隙磁场调制效应的影响规律。最后,加工一台VCPM样机并开展试验研究,验证理论分析和有限元仿真结果的可靠性。

考虑气隙偏心时短路因素对发电机端部绕组振动的影响

端部绕组振动是导致绝缘磨损和退化的关键因素之一,因此对同步发电机在转子匝间短路下的端部绕组振动特性进行了研究。不同于以往,该研究不仅考虑了转子匝间短路程度,还考虑了转子匝间短路位置和气隙偏心程度对端部绕组振动的影响。首先理论推导得出定子端部绕组的受力表达式;然后基于电磁-结构耦合模型得到了绕组电磁力及其力学响应特性,如变形、应变和应力;最后在CS-5故障模拟发电机进行试验验证。试验结果与理论分析、有限元计算结果基本一致。结果表明,转子匝间短路会给绕组电磁力带来额外的50 Hz(基本频率)、150 Hz和200 Hz的谐波。随着气隙偏心程度/转子匝间短路程度/短路位置与大齿之间距离增大,端部绕组电磁力/振动加剧。此外,复合故障对端部绕组振动影响更为严重。在定子绕组电磁力作用下,定子绕组鼻端部位为最大变形位置,同时绕组直线段与端部的连接处易发生绝缘磨损,在制造及后期维护中应重点关注。

气隙对燃料板矩形通道鼓泡工况流动传热行为的影响研究

利用Fluent软件针对核反应堆板状燃料组件出现的鼓泡现象进行了数值模拟研究,通过动网格技术模拟气体和固体鼓泡的换热流动特性,并对比了裂变气体鼓泡和以往研究中固体鼓泡的区别。研究发现:气体鼓泡会导致局部温度升高,并且相较于固体鼓泡,会显著提高局部热通量密度,其中鼓泡周围热通量密度提高3倍,但燃料板整体热通量变化较小;鼓泡的形成会使局部换热能力提高约10%,鼓泡侧热通量提高约4%;在高流速条件下,鼓泡的存在会导致燃料板两侧流体产生较大的压力差,使得燃料板发生变形,甚至堵塞流道。这些发现为核燃料板的设计和安全评估提供了重要依据。

水轮发电机定子线棒端部绝缘内部气隙放电特性研究

水轮发电机定子线棒端部绝缘层多为手工绕制而成,其所造成的内部气隙缺陷极易导致局部放电,从而劣化绝缘,降低定子线棒绝缘性能,甚至引发重大电力安全事故。为此,根据实际运行中水轮发电机定子线棒端部的绝缘结构,构建端部主绝缘内部气隙放电模型,结合气隙模型计算放电参数,并基于Simulink研究气隙缺陷放电的发展过程;同时,开展气隙缺陷模型局部放电试验,采用脉冲电流法检测放电特征参数,依据放电统计特征图谱和相关放电理论研究绝缘内部气隙放电规律。结果表明,定子线棒端部绝缘气隙内部电场变化对气隙放电影响较大;气隙空间电荷的累积效应使放电相位发生偏移;气隙放电可分为放电发展阶段、加速发展阶段及稳定发展阶段,根据各阶段的放电特性可以有效判断线棒的绝缘状况;此外,气隙缺陷大小不影响各放电发展阶段的变化趋势。研究结果为水轮发电机定子线棒端部局部放电在线监测和检修维护提供了理论依据,有利于提升发电机的绝缘性能,延长定子线棒使用年限。

三轴环板式永磁齿轮气隙磁场及转矩计算

利用标量磁位法获得了三轴环板式永磁齿轮(Triple-shaft Ring-plate Magnet Gear,TRMG)的气隙磁场数理模型,根据磁场叠加原理建立了内、外永磁圈间气隙磁场及其相应的电磁转矩模型;由于所有计算均基于TRMG的平面磁场建立,因此,所建模型与二维有限元结果间具有较高的准确度(误差≤5%);其计算速度远快于三维有限元法,且与二维及三维有限元分析具有较好的吻合度与趋势性,验证了所建模型的准确性,可适用于三轴以上的多轴环板式永磁齿轮的磁场分析与结构动力学计算。

两段式Halbach阵列永磁电机气隙磁场对比分析

针对目前每极2段式Halbach阵列分类不明确、缺少磁场性能对比分析、设计困难等问题,本文将常用的每极2段式Halbach阵列分为标准型、径向型和简化型,并对三种Halbach阵列的气隙磁场性能进行研究。以Halbach阵列内转子永磁电机为研究对象,建立三种Halbach阵列的气隙磁场解析计算模型。在解析计算的基础上,对比分析了设计参数对三种Halbach阵列永磁电机气隙磁密的影响。研究结果表明,对于确定尺寸的三种Halbach阵列,都存在最优的主磁极占比和极对数;从基波幅值和正弦畸变率的角度来评价,标准型Halbach的性能要优于其他两种类型的Halbach阵列;三种Halbach阵列的最优基波幅值都随着永磁体厚度比的增大而持续减小。

气隙式膜蒸馏技术研究现状和应用

在低碳经济的发展背景下,膜蒸馏技术作为一种兼具优异分离性能和节能潜力的新型分离技术而备受重视。气隙式膜蒸馏作为一种高热效率的膜蒸馏形式,其节能优势更为显著。本文总结了国内外与气隙式膜蒸馏技术相关的研究进展,从传质传热模型、数值模拟和膜组件结构几个方面指出了膜蒸馏技术的主要研究方向。重点介绍了膜蒸馏过程优化的研究和技术应用现状。膜蒸馏过程优化包括通过膜组件结构设计优化、使用改性膜、外加物理场等方式以提高膜通量或减小膜污染。在应用方面,气隙式膜蒸馏技术主要应用于海水淡化、高浓度工业废水处理和浓缩加工等领域。

电磁式线-角振动激振器气隙磁场特性分析

针对传统单轴激振器无法复现线-角空间耦合运动的问题,提出了一种可实现复合振动的电磁式线-角振动激振器磁路结构,并对其气隙磁场特性进行分析。首先构建了激振器的磁路和线圈结构,基于等效电流法,建立了气隙磁场的解析模型,与有限元分析结果的最大相对误差为1.25%,验证了解析模型的正确性;接着研究了各磁路参数对气隙磁场分布特性的影响规律,以及线圈电流产生的磁场与原磁场的耦合效应,并分析了线圈在运动过程中的受力情况;最后研制了激振器磁路拓扑结构样机,分别对线、角振动气隙磁场进行了实验测量,测得结果与有限元计算结果的最大相对误差小于5%,进一步验证了所提出磁路结构的有效性。

基于Ansys取能电流互感器铁心气隙仿真分析

针对取能电流互感器存在的启动电流大、铁心易饱和、无法适应较宽的输电线路电流等问题,对铁心部分进行设计与改进。依据初始磁导率、饱和磁通密度、铁心损耗以及成本等参数确定铁心材料,从铁心的选材上进行预处理;利用Ansys软件对铁心气隙形状进行设计并仿真,通过铁心在不同气隙形状下的磁泄露情况得出矩形半开口效果最优;采用控制变量法对气隙尺寸进行仿真,对铁心气隙尺寸进行了定量的分析,并对比分析了铁心的饱和特性以及二次侧输出功率情况,为电流互感器取能电源铁心的结构设计和参数的实际选取提供了良好的工程价值。