轴径向静态偏心故障下外转子永磁发电机电磁转矩特性分析

对外转子永磁发电机轴径向静态偏心故障下的电磁转矩特性进行了理论解析、仿真计算和实验验证。首先,在考虑齿槽效应影响条件下,引入磁导修正系数ε(θ),推导出轴径向静态偏心前后气隙磁密表达式,并考虑绕组分布情况,构建一种新型的永磁发电机轴径向静态偏心故障下相电流数学模型,在此基础上得到轴径向偏心下电磁转矩解析表达式。其次,通过有限元仿真计算得到外转子永磁发电机轴径向静态偏心下的电磁转矩波动特性。最后,在一台外转子永磁发电机上通过故障模拟实验实例印证了解析分析和仿真计算结果。结果表明:相较于正常情况,径向偏心时,电磁转矩以直流、二倍频、四倍频成分为主,随着偏心程度的加剧,电磁转矩的直流、二倍频、四倍频成分幅值将随着增大;轴向偏心时,电磁转矩谐波成分不变,随着偏心程度的加剧,各谐波成分幅值将随着减小。对外转子永磁发电机气隙偏心故障分析的一个重要补充,对此类问题的现场检测和鉴定具有参考价值。

机械整流永磁发电机复合转子系统的动态特性研究

机械整流永磁发电机的复合转子系统是该发电机实现整流功能的关键结构。研究该复合转子系统在双向输入工况下的动态特性,是为了分析该转子系统各构件在双向输入工况下的振动变形程度。基于集中质量参数理论,建立了复合转子系统在双向输入工况下的动力学模型,通过龙格库塔法对该模型求解,得到了其在双向输入时各构件的动态特性。结果表明:复合转子系统各构件在双向输入时扭转振动位移波动幅值均在25μm左右,且各行星轮分路动态内外啮合力在双向输入时标准偏差均在200 N附近,即复合转子系统产生的振动程度相近;均载系数均随输入转矩增大而明显减小,在转矩达到500 N·m时趋于平缓,因此增大输入转矩能明显改善均载性能,使复合转子系统在双向输入工况下获得较好的动力学性能。研究结果对该发电机的减振降噪和可靠运行有重要意义。

磁悬浮永磁发电机用被动磁轴承磁力及刚度特性研究

磁悬浮高速永磁发电机是超低温余热发电装置的核心部件,其轴系结构及参数关乎发电机的性能。以被动永磁轴承为研究对象,简单介绍了余热发电机轴系和被动磁轴承的结构形式、被动磁轴承悬浮原理,建立了被动永磁轴承的磁力计算模型以及刚度计算模型,通过正交实验获取该被动磁轴承的全局最优设计参数,即全局最优的磁极径向厚度d为7.5 mm,磁极对节距λ为15 mm,间隙中心半径R为100 mm,轴向长度L为150 mm,径向间隙g为3 mm,径向刚度K为3000 N/mm。上述轴系结构及参数应用于某余热发电系统,实际运行结果表明,故障停机率降低了52.94%,转子额定工况下位移幅值减少0.09 mm,被动磁轴承温度降低了10℃。

风电机组永磁发电机温度场疲劳仿真研究

针对MW风电机组永磁发电机温度场疲劳计算问题进行研究,通过预埋在发电机绕组附近的温度传感器采集温度获得温度场疲劳载荷;分析确认发电机定子结构的材料力学性能、几何结构、应力与温度载荷满足线性关系;提出一种发电机母材及焊缝温度场疲劳计算的新方法;运用子模型技术及热点应力法对新方法的计算结果进行对比验证。研究结果表明,这种新方法满足发电机温度场疲劳计算的工程需求。

用于振荡水柱波浪发电系统的高效永磁发电机仿真分析与试验验证

针对空气透平的运行特性及系统在宽转速和宽功率范围高效运行的要求,初步设计内置式永磁同步发电机关键参数,建立其二维有限元模型并进行优化。根据有限元优化后的电机尺寸,完成样机研制并分析测试其主要电磁性能。仿真分析和测试结果证明样机适合用于振荡水柱波浪能发电系统。

300 kW航空高速永磁发电机分析与设计

针对航空高速永磁(PM)发电机设计受到多物理场约束以及Halbach阵列磁体内部存在低磁密区域的问题,建立基于任意磁导率转子轭的Halbach磁体通用电磁解析模型,使用模型分析低磁密区域形成机理及影响因素,评估不同工况下磁体的退磁情况,并提出满足高速电机约束的改进措施。使用场路耦合有限元法(FEA)分析转子涡流损耗,结合解析模型和电机温升计算优化磁体分段以及选择控制器类型,实现磁体的综合设计。将模型和分析方法用于一台300 kW、30 000 r/min高速永磁发电机的设计,制造样机并进行T型三电平变流器控制下的发电实验。样机实验和FEA仿真结果验证了模型的精度以及设计的有效性,为Halbach阵列磁体在航空高速永磁发电机中的应用提供了一定的参考。

基于Maxwell和Simplorer的2 kW低速永磁发电机设计

针对低风速、风资源欠佳且用电困难的地区,为改善风力发电机的低速发电性能,提高风能利用率,设计了一种应用于2 kW风力发电机组的低转速永磁发电机,利用磁路法对2 kW永磁发电机进行电磁设计,获得发电机的主要尺寸参数,其中定子内径为180 mm,铁心长度为90 mm,永磁体宽度为20 mm,永磁体厚度为4.5 mm。采用ANSYS Maxwell软件进行二维建模并分析其空载和负载情况下的磁场分布,通过ANSYS Maxwell和Simplorer联合对其仿真,对其瞬态特性进行分析。在此基础上研制了低转速永磁风力发电机样机,通过对比发电机转速在256~400 r/min时,样机试验与仿真的功率值和效率值,二者的最大误差为4.47%,低于5%,结果表明该低转速永磁发电机设计可行。

小型永磁发电机功率特性测试试验研究

本文针对小型永磁发电机的功率特性进行了试验研究。采用了LabVIEW平台编写的数据采集程序,实现了数据采集的自动化和高效性,验证了虚拟仪器技术与LabVIEW平台在永磁发电机性能测试中的有效性,为永磁发电机的运行参数设置和优化提供了重要参考价值,为永磁发电机的性能测试和应用提供了理论依据。

基于数字孪生的航空永磁发电稳压系统降阶模型分析研究

为适应下一代航空飞行器数字化研发的技术趋势,提高航空供电系统可靠性,降低生产周期和制造成本。本文以某型无人机用永磁发电稳压系统为例,基于ECE降阶算法提出了永磁同步发电机的一阶等效数字模型,利用器件级建模法建立了PWM稳压芯片SG1525模型,搭建了从引擎机械功率输入到永磁同步发电机AC-DC整流+BUCK稳压供电系统数字孪生仿真模型,其仿真速度较常规有限元算法具有跨数量级的提升,并可通过计算机采集试验台数据形成数据反馈,具有敏捷的“数字孪生”效果。同时将仿真值与试验值进行了对比,验证了数字孪生模型的有效性。本文的设计思想符合军用武器系统数字化设计技术发展趋势,其结论对新一代航空发电机及其稳压供电系统数字化研发具有一定的参考价值。

一种新型双C型定子横向磁通永磁发电机

横向磁通永磁电机以电负荷和磁负荷在空间上相互解耦,能获得较高的功率密度而闻名。因其同时具有低速、大转矩及多极数的优点而适用于直驱风力发电系统。与传统横向磁通永磁发电机相比,该文提出的新型双C型定子聚磁式转子的横向磁通永磁发电机空间利用率得到明显提高。对发电机的基本结构和运行原理作了详细的描述。为了验证双C型结构在原理上的可行性,采用三维有限元分析计算了空载磁场分布,对其静态特性和瞬态特性包括磁通密度、电枢反电势,以及电枢自感波形进行了研究,对发电机的齿槽转矩也进行了分析。结果表明,双C型定子结构可以显著提高横向磁通永磁发电机的功率密度。最后设计研制了一台三相1 k W样机,并进行了实验,实验结果与理论分析基本一致。

定子结构型式对高速永磁发电机电磁性能影响

为了研究定子结构型式对高速永磁发电机电磁性能影响,根据一台100 kW级高速永磁发电机的结构特点,建立高速永磁发电机的二维电磁分析数学模型和物理模型。采用时步有限元法对电机稳态工作时的电磁场进行计算分析,确定电机输出功率、端电压、涡流损耗和铁耗等运行数据,并与部分实测数据进行对比。通过分析采用传统绕组结构和背绕式绕组结构时的电机磁场分布和性能变化,研究了背绕式绕组引起空载反电动势的变化及轭背部绕组产生附加漏磁场对铁心磁密分布的影响,对比分析了定子铁心开槽与否对电机主磁路漏磁通影响及引起各种损耗分布变化趋势。计算结果表明,背绕式绕组结构增加了绕组感应电动势,并使定子轭部负载磁密略微降低,而无槽结构定子铁心增加了电机铜耗,减少了转子涡流损耗。

具有开发前途的车用永磁发电机

分析了车用发电机的发展现状,总结了永磁发电机的高效率、高性能价格比及高稳定性的特点,指出了永磁发电机具有广阔的应用前景。

高速永磁发电机冷却流道结构双维度连续量子蚁群优化的温度场计算

以1台117kW高速永磁发电机为例,通过温度场计算分析和连续量子蚁群优化,对其冷却系统进行了优化设计研究。基于电磁分析确定的电机额定负载运行时的损耗分布,建立了电机内三维温度场分析模型,通过流体场与温度场耦合传热分析,得到了定子冷却流道内流体散热系数和温度的变化规律,并确定了电机全域三维温度分布。提出了轴向不等截面冷却通道结构,使电机内温度分布趋于均匀,并研究了流道高度和通道截面变化位置对电机内温度分布的综合作用影响。采用连续量子蚁群优化算法,建立了双目标函数双维度变量的流道优化设计数学模型,通过算法优化设计得到了定子绕组最高温度和轴向温差均为最小的流道结构方案。

基于MPPT算法的风力永磁发电系统的仿真研究

作为一种绿色能源,风力发电在我国发展迅猛。采用永磁同步发电机的直驱式风力发电系统,因为其具有效率高,制造方便,控制效果好的优点,逐渐成为人们研究的焦点。使用Matlab/Simulink对基于永磁同步发电机的风力发电系统及其最大功率追踪算法进行了仿真研究,并给出了仿真结果。仿真结果验证了该类风力发电系统具有更高的风能利用效率,系统工作稳定可靠的优点。

车用永磁发电机的发展展望

论述了永磁发电机的稳定性、高性价比、低能耗、高效率以及环境适应性强等特点,提出了车用永磁发电机广阔的应用发展前景。

低电压调整率交流永磁发电机的设计

根据内置式永磁同步发电机带纯电阻负载时,取得低电压调整率的条件,提出了设计低电压调整率交流永磁同步发电机的方法,并场路结合进行计算,设计了一台低电压调整率的交流永磁发电机。通过有限元计算负载场,得到了电枢反应电抗的饱和值和电压调整率,并与相量法得到的电压调整率进行了比较。分析结果表明本文的设计和计算方法是正确有效的。

井下涡轮永磁发电机设计及其有限元分析

为满足现代钻井供电的长时间和大功率要求,采用理论计算和有限元分析相结合的方法设计了一种涡轮驱动的井下永磁发电机。发电机在额定转速2500r/min时,输出相电压有效值为48.6V,功率1026W,最高转速4050r/min,输出相电压为82.3V。采用Ansoft Maxwell软件对发电机进行电磁场分析,确定了发电机负载特性,利用Ansoft Maxwell软件和Workbench软件联合进行发电机的热力学分析,确定了稳态最大温升为21.99℃。该设计对井下仪器供电有重要意义。

轴向磁通的低成本盘式永磁发电机

提出了一种新型盘式电机结构,解决了轴向磁通永磁发电机的一些难题。该新结构中,采用非铁磁材料支架,能克服作用于磁钢上的离心力,故可以提高转速并增大发电机的输出功率。新型设计的成本低,制造容易。由于这一新型结构的研制,推出了一种高速、低成本的轴向磁通永磁发电机。

永磁发电机电压调整率降低方法的研究

基于有限元法定量研究每相串联匝数、永磁体厚度、定子直径、气隙长度和槽宽对永磁发电机电压调整率的影响规律。结果表明,电压调整率随每相串联匝数、气隙长度的增加而升高,随永磁体厚度、定子直径、槽宽的增加而降低,但随永磁体厚度增加变化并不明显。归纳总结得出减少每相串联匝数、增加定子直径、缩短气隙长度、加大槽宽是降低电压调整率的有效方法。

井下小型永磁发电机的结构与特性对比研究

井下环境对发电机有一些特殊要求。永磁发电机体积小,能量密度大,适宜于井下运行。该文针对径向磁路和轴向磁路两种结构的永磁发电机进行了研究,通过磁场计算和样机测试,进行了结构和性能方面的对比。该文的工作对井下小型发电机的选用具有一定的指导意义。