基于深度高斯过程的永磁牵引电机匝间短路分级评估方法

定子绕组匝间短路是影响永磁牵引电机安全稳定运行的主要故障之一,受运行工况、供电与电机本体不平衡的影响,现有方法难以实现永磁牵引电机匝间短路在线精准评估,这成为永磁电机推广应用迫切需要解决的关键技术难题。因此,文章提出一种基于多特征融合的深度高斯过程永磁牵引电机匝间短路分级评估方法:首先通过建立永磁牵引电机匝间短路故障模型,提取电流不平衡、电流三次谐波与dq电流的二次谐波特征;然后采用一种双随机变分推断深度高斯过程(Doubly Stochastic Deep Gaussian Processes,DSDGP)方法对提取特征进行融合训练建模,实现永磁牵引电机匝间短路劣化状态在线分级评估;最后通过永磁电机匝间短路试验与现场案例进行算法验证。结果表明,文章所提方法在多特征融合条件下的评估准确率达到95%以上,相较于支持向量机(support vector machine,SVM)和反向传播神经网络(back-propagation neural,BPN)等分类方法,具有准确率高,适用于变工况、小样本的工程实际应用环境等优点,解决了永磁牵引电机匝间短路早期故障检测及故障严重程度评估的行业难题。

某永磁牵引电机冷却结构优化分析

基于计算流体动力学原理,对某永磁牵引电机温度场进行仿真计算,通过仿真得到各关键部件在额定工况下的温度值及分布趋势。根据仿真结果,提出风扇结构改进方案,大幅提高了内循环冷却风量,有效降低了转子及永磁体温升。通过样机试验对仿真结果进行验证,为相似结构永磁牵引电机内循环风路结构优化设计提供了一定参考。

定子辅助齿尺寸对永磁牵引电机齿槽转矩的影响研究

以一台36槽30极大功率永磁牵引电机为例,采用有限元法,建立了电机二维电磁场模型,计算了辅助齿宽度和高度变化后永磁牵引电机齿槽转矩的变化趋势。结果表明,增加辅助齿后可以降低齿槽转矩的大小,选择合适的辅助齿宽度和高度尺寸可以显著降低齿槽转矩。

直驱永磁牵引电机振动原因分析

目的:与传统的异步电机相比,直驱永磁传动可省掉齿轮传动装置,提高传动效率,减小传动机构维护工作量,并提高传动系统整体效能。为解决直驱永磁牵引电机低速运行时振动加剧的问题,提高直驱永磁牵引电机服役寿命及安全性与舒适性,特开展本研究。方法:针对直驱永磁牵引电机在90~105 r/min转速范围内出现的振动加剧问题,根据永磁电机振动机理通过解析法分析了直驱永磁牵引电机极槽配合与电机径向电磁力之间的数值关系;使用SKF-AX型数据采集器对直驱永磁牵引电机传动端与非传动端及不同方向进行振动加速度检测,并对振动结果进行频谱分析,找到引起振动的频段;通过有限元方法对直驱永磁牵引电机进行径向力分析,对定子铁心模态进行分析,得到径向力的幅值、频率以及定子铁心自振频率。结果及结论:结合解析法、振动检测试验及有限元仿真分析证明该电机在90~105 r/min转速范围内发生共振是引起振动加剧的根本原因;并基于以上分析对该电机的极槽配合进行了改进,将电机14极114槽更改为14极126槽。通过有限元仿真分析及振动检测试验可知,已有效解决了电机在90~105 r/min出现的共振问题,提高了直驱永磁电力机车的安全性与舒适性。

基于绕组分布函数理论和动态磁网络的两种内置式永磁牵引电机解析建模方法

在高速列车中压大功率应用场合中,较低的开关频率迫使脉冲宽度调制(PWM)变流器采用低载波比的同步调制方式,使得永磁牵引电机的谐波损耗激增,正弦激励下的电机特性仿真分析已无法满足电机全局优化设计需求。高性能永磁牵引电机的设计不仅需要考虑电机结构产生的空间谐波,还需考虑PWM激励带来的时间谐波。有限元分析方法需要大量的计算资源,无法满足快速、准确的优化设计需求。针对此问题,该文分别基于绕组分布函数理论和动态磁网络方法建立两种内置式永磁牵引电机解析模型,对电机空载、正弦与PWM激励额定工况下的电磁特性进行分析,通过有限元分析与实验验证并分析对比两种解析模型的准确性,为PWM激励下永磁牵引电机解析计算提供理论指导。

轨道交通用永磁牵引电机通风结构研究

为了能够有效改善轨道交通用永磁同步牵引电动机的散热性能,以一台600k W的永磁同步牵引电动机为例,在了解其通风结构的基础上,基于计算流体动力学及数值传热学,结合电机温度场分析的数学模型,建立了此台电机整轴向、半周向的三维物理分析模型。并结合有限体积元法对该模型进行数值计算,得到了电机内各主要元件的温升分布结果,并总结其产生原因。为轨道交通用永磁同步牵引电动机冷却性能的提升,以及更大容量牵引电机的通风结构的优化做参考。

永磁牵引电机国产化有机硅绝缘系统的应用研究

通过对比有机硅无溶剂浸渍树脂、有机硅少胶粉云母带等关键材料与同类进口产品的性能差异和模拟绝缘系统的老化性能试验,从应用角度探讨了配套绝缘系统的应用工艺和绝缘可靠性。结果表明:1173C有机硅无溶剂浸渍树脂等关键材料与同类进口产品性能相当,且基于1173C有机硅树脂的绝缘系统温度指数达到232℃,与同类进口有机硅绝缘系统相当,完全满足永磁牵引电机220级绝缘系统的技术要求,适合应用于轨道交通永磁牵引电机领域。

基于DC 750V供电的地铁永磁牵引电机设计

目前在地铁车辆领域主要存在2种供电电压,不同供电电压对电机设计的要求不同,以一台DC750 V供电的地铁永磁牵引电机为例,对其进行关键技术研究,并介绍电机的主要参数与结构,同时进行试验验证。仿真和试验结果证明,该永磁牵引电机性能优越,电机满足装车应用需求。

高速动车组大功率永磁牵引电机研制

随着动车组(EMU)速度等级的不断提高,要求牵引电机的功率更大、质量更轻、效率更高。为此,主要从高速动车组永磁牵引电机参数选取、结构设计等方面展开研究,并进行仿真分析计算,在现有安装空间内,研制出更高转速、更大功率密度的永磁牵引电机,以满足EMU运行要求。

全封闭大功率永磁牵引电机的温度场数值计算

为研究全封闭大功率永磁牵引电机额定工况下的稳态温度场,以一台额定功率为815 kW的永磁同步牵引电机为研究对象,依据成型绕组槽部导热模型,建立了整机三维温度场共轭传热计算模型。考虑旋转磁化、冲压过程和磁密高阶谐波对定子铁耗的影响,以及水套-定子铁心间接触热阻抗对电机温升的影响,采用Fluent软件对电机额定工况下的稳态流场与温度场求解,使用电阻法和埋置检温计法(ETD)测得电机在额定工况下绕组的平均温升、铁心测点和绕组端部测点局部温升,绝对误差分别为-3.7 K、-0.3 K和7.6 K。进一步分析了电机水路和内风路流场分布特性、水套-定子铁心间接触间隙对绕组平均温升的影响以及槽内绕组附近的温升分布情况,最后提出了该类电机冷却系统设计优化方向。

永磁牵引电机在下一代地铁上的应用

随着当前社会电子技术和控制理论的快速发展,永磁牵引电机在轨道交通车辆中的应用越来越重要。研究一种应用于下一代地铁的永磁牵引电机,对下一代地铁永磁牵引电机的方案进行设计,分别对永磁牵引电机极对数进行设计选择,对电机转子磁路结构、通风冷却结构进行设计,对风量进行计算仿真。通过数据仿真分析计算,得出应用在下一代地铁上的永磁牵引电机的相关参数。研究结果表明,永磁牵引电机具有体积小、质量轻、启动转矩大、动态性能好等优点,能够对地铁车辆实现无齿轮箱的直接驱动,在机车车辆中应用广泛。

大功率永磁牵引电机冷却结构优化研究

文章以某1.4 MW大功率永磁牵引电机为研究对象,通过对电机内、外风路散热能力进行评估,提出了具体冷却结构优化措施,其中多路内外交错风路结构可以显著增加全封闭电机内风路对流散热面积,而端部灌封可以为定子绕组热量向外传递提供新的热路,是一种简易降低全封闭电机温升的有效手段。

牵引用永磁同步电机温度场集总参数热网络法分析

永磁同步牵引电机具有效率高、体积小、功率密度高等优点,在城际铁路运输领域应用越来越多,具有广阔的发展前景。但随着永磁同步牵引电机的单机容量日益增大,其内部损耗也随之不断增加,损耗的增加使得电机的温升不断增加。在高温环境下,永磁体有可能产生退磁等一系列问题,影响牵引电机的稳定安全运行。本文以一台永磁同步牵引电机为例,对电机转子内置转子等较复杂部件进行合理等效,其次使用集总参数热网络法,建立能够反映电机整体热量传递的热网络结构,该结构可快速计算电机不同工况下的温度分布情况,对电机的热设计有一定的帮助。

轨道交通用永磁牵引电机转子拓扑的性能研究

基于地铁用牵引电机的应用要求,介绍了3种不同IPM转子拓扑,并对每一种拓扑结构进行了设计和改进,以满足相同的技术要求基于相同约束的需求。然后对电机进行比较和综合评价电机性能、转矩特性、电感参数、退磁和转子机械强度差异。研究结果表明,通过合理的设计双一型磁路充分利用永磁转矩和磁阻转矩实现了更宽的工作区。

空轨车辆用永磁同步牵引电动机研制

空轨车辆运行于空中轨道,其永磁同步牵引电动机存在结构紧凑、转矩密度高、损耗密度大等问题,同时还需要具体低齿槽转矩及低转矩脉动等。通过对电磁设计、热管理设计、结构设计等关键技术进行研究,开发了样机,先后通过了单电机试验、地面联调试验和装车运行考核。试验结果分析表明,该电机满足空轨车辆指标要求,验证了设计的可行性。

基于正交设计试验的永磁同步牵引电机散热的数值模拟研究

基于Taguchi正交设计试验,以定子绕组最高温度为试验指标,采用数值模拟方法分析了机座的散热筋参数对电机散热性能的影响。通过极差分析,发现影响定子绕组最高温度的各因素主次顺序依次为,散热筋高度、散热筋间距、散热筋宽度。综合考虑材料成本和电机减重要求,得到最佳的水平组合方式为散热筋高度30 mm、散热筋宽度4 mm、散热筋间距20 mm。

一种永磁同步电机无模型高阶滑模控制算法

针对城市轨道交通高转矩永磁同步牵引电机因参数摄动和未知扰动等不确定因素造成控制性能下降的现象,提出一种基于扩展非奇异终端滑模扰动观测器的转速环新型无模型非奇异快速终端滑模控制方法。首先,依据永磁同步牵引电机在参数摄动和未知扰动下的数学模型,使用转速环的输入输出建立新型超局部模型。其次,基于新型超局部模型设计转速环的无模型非奇异快速终端滑模控制器;同时结合高阶滑模和非奇异终端滑模设计观测器来实时精准估计新型超局部模型的未知部分,通过对控制器进行前馈补偿,增强了系统的鲁棒性,提高了转速的控制精度,并减少了系统抖振。最后,通过与PI控制、无模型滑模控制进行仿真和实验综合比较,验证了所提出的控制算法对电机参数摄动和未知扰动具有较强的容错性和抗干扰性,能降低对电机精准数学模型的依赖。

基于ANSYS的永磁直流牵引电机接触有限元分析

通过Pro-Engineer建立了永磁直流牵引电机结构的三维模型,在ANSYS仿真环境下,对永磁直流牵引电机装配体结构进行了非线性接触有限元分析,确定了在不同螺栓预紧力的作用下,牵引电机前后端盖的应力分布状况,为电机前后端盖结构的设计与优化提供依据,同时,在结构实际装配过程中利用动态应变仪,对电机前后端盖局部关键区域进行了应力应变测定,实验和数值计算结果对比表明,所进行的非线性的接触分析是可靠的。

轨道交通用永磁同步牵引电机电抗参数的有限元分析

永磁同步牵引电机具有体积小、功率密度大、过载能力强、效率和功率因数高等特点,而电抗参数对永磁同步牵引电机的设计以及电机运行时平衡恒转矩转折速度点与弱磁恒功率最高速度点的性能有较大影响。本文利用Ansoft有限元分析软件对永磁同步电动机的交直轴同步电抗进行了计算,得出了交直轴电抗参数随电机参数的变化曲线,并分析了电机参数对电抗参数的影响。