混合励磁双凸极发电机双向励磁调压器的研制

介绍了一种并列式结构的混合励磁双凸极发电机(doubly salient hybrid excitation generator,DSHEG),阐述发电机的结构,建立相应的数学模型,并就混合励磁发电机提出一种能实现励磁电流双向控制的电压调节器,通过调节励磁电流以实现发电机的稳压输出。介绍DSHEG的3种发电方式,分析双极性控制策略调节励磁电流的工作原理和控制环参数对输出电压调节的影响;提出DSHEG的3种发电工作模式,并分析各自的特点。研制的调压器样机的发电调压试验结果表明:研制的调压器实现了双向励磁的控制,具有良好的稳态与动态调压性能,且可推广应用于其他形式的混合励磁发电机。

高压直流轴向混合励磁双凸极发电机的结构及特性分析

270 V高压直流体制是现代飞机电源系统的重要发展方向之一。依据高压直流发电机具有自启动和短路电流限制能力的要求,提出了轴向混合励磁双凸极发电机,在对基本结构和工作原理进行描述的基础上,通过磁路分析得到了电机气隙磁场随励磁电流的变化规律,并采用有限元仿真加以验证,详细分析了电机的磁场分布、磁链、反电势、输出电压及负载特性等。结果表明,轴向混合励磁双凸极电机相磁链双极性变化,且正弦度高,调磁范围宽,可实现完全灭磁,同时电机运行时效率高,适用于航空高速运行。

混合励磁双凸极发电机的电枢反应

阐述混合励磁双凸极发电机(hybrid excitation doubly salient generator,HEDSG)的结构,建立了并列结构HEDSG的数学模型。利用有限元分析软件Ansoft对电机永磁(electro-magnetic,PM)和电励磁(electro-magnetic,EM)部分的电磁参数采用先分别计算、后叠加合成的分析方法,对并列结构HEDSG空载时不同励磁电流下的电感、电势与发电机整流输出电压进行了仿真计算与分析,并结合实验得出了发电机的空载特性。在此基础上,通过对PM和EM部分磁链和电势的仿真计算,对发电机负载下的电枢反应进行了深入分析,从中得出了并列结构HEDSG具有PM与EM双发电、单PM发电以及PM发电/EM电动这3种工作模态,同时结合电枢反应分析求解了不同工作模态之间的边界条件。最后,对并列结构HEDSG的空载特性以及电枢反应的特点进行了归纳总结。

电励磁双凸极发电机偏心特性研究

针对电励磁双凸极发电机静态偏心故障,首先对于发电机的气隙长度进行了等效解析建模,并对静偏心程度与磁链、电磁转矩以及气隙磁密等重要特性的关系进行了理论推导。然后,通过Ansys有限元建立12/8三相电励磁双凸极发电机的2D有限元模型,并对电磁信号理论分析结果进行验证。最后,利用Workbench中耦合电磁、模态与谐响应分析模块对发电机的径向振动信号进行有限元仿真。研究结果表明,仿真结果与理论分析结果基本吻合,证明静偏心故障中偏心率对于电励磁双凸极发电机性能具有一定的影响,为后续其静偏心故障诊断提供理论基础。

电励磁双凸极无刷直流发电机热网络建模与热特性研究

电励磁双凸极无刷直流发电机具有调压方便、可靠性高的优点,在航空电源领域得到应用,但励磁绕组的引入会带来额外的励磁损耗,进而影响电机的温升。建立准确快速的电励磁双凸极电机温度场模型,并进行热特性研究对其安全稳定运行非常关键。该文对比分析集中励磁与分布励磁双凸极电机的结构特点与损耗分布特性。针对集中励磁双凸极电机的非均匀槽特点,考虑异型槽之间的热耦合作用,建立热网络分析模型。建立有限元分析模型验证了热网络模型的正确性,并对比分析不同转速与负载下集中励磁与分布励磁双凸极电机的热特性。搭建水冷集中励磁双凸极电机实验平台,并完成电磁与温升实验。实验结果与仿真结果一致,表明水冷条件下集中励磁双凸极电机相比于分布励磁双凸极电机具有更高的效率与更低的温升。

新型定转子齿混合励磁双凸极电机转矩特性研究

为增大混合励磁双凸极电机的电磁转矩并减少转矩脉动,本文分析混合励磁双凸极电机电磁转矩产生机理。为有效利用磁阻转矩,对电机的定、转子齿分别进行开槽设计,使电机自感曲线分布发生变化,有效削弱负向磁阻转矩,减少磁阻转矩,增大平均转矩。对通场路耦合进行仿真验证,结果表明定转子开槽可在不增加转矩脉动的情况下提升转矩输出能力。

考虑电感变化的双三相槽口永磁型混合励磁双凸极电机铜耗监督控制

提出了一种新型双三相槽口永磁型混合励磁双凸极发电机,建立了该电机的矢量空间解耦数学模型,分析了不同工况下电机的电感特性,并提出了一种考虑电感变化的发电稳压铜耗监督控制策略。该策略建立了以最小铜耗为目标,以转矩、电流和电压为约束的非线性规划模型。首先,查找电感响应面,获得电机在当前工况下的实时电感参数;其次,将实时电感代入模型作二次优化,得到适用于电机当前工况的d轴、q轴优化电流及励磁优化电流,在实现系统稳压发电的同时有效减少铜耗;最后,通过Ansys和Simulink的联合仿真,验证所提控制策略的正确性和有效性。

混合励磁双凸极无刷直流发电机中永磁与电励磁长度比例的研究

并列式混合励磁双凸极电机本体由永磁和电励磁两部份组合而成,后接整流桥构成混合励磁双凸极无刷直流发电机.发电机的特性在很大程度上决定于永磁部分和电励磁部分的比例分配,如何根据不同应用场合的需要合理分配两部份的比例对系统整体高性能的实现至关重要.文中试制了一台原理样机,以样机的设计参数为基础,利用数值计算方法研究了不同长度比例对该发电机电感特性及主要运行特性,包括空载特性、外特性、调节特性的影响,对电机应用于不同场合下所适合的长度比例分配进行了分析研究,并结合样机的实验测试结果,证明了文中分析的正确性,从而得出有意义的结论.

定子不对称极混合励磁双凸极电机改进型非线性变磁网络模型构建方法研究

因低速大转矩、宽调速范围等优点,定子不对称极混合励磁双凸极电机(hybrid excitation asymmetric stator pole double salient machine,HEASPDSM)近年来受到业界人士的关注。然而,因HEASPDSM定子极间隔角度不等、依靠谐波工作等特点,传统的有限元法和变磁网络模型法很难快速、准确地计算出电机的关键参数及性能指标。为解决该问题,该文提出一种非线性变磁网络模型法,可便捷地计算出HEASPDSM定转子间的互磁导,进而对不同工况下的电机参数及特性进行深入分析。大量仿真和实验及对比分析表明:该方法较好地兼顾了有限元法的准确性、通用性和变磁网络模型法的快速性,可迅速准确地计算出不同工况下HEASPDSM的各种性能参数,为其后续的优化设计及应用拓展奠定了基础。

混合励磁双凸极电机电磁转矩非线性模型建模

针对混合励磁双凸极电机磁路饱和特性对电磁转矩的影响,提出一种具有几何意义的电磁转矩非线性计算模型。首先利用有限元电磁模型计算了磁链分布,提出磁链梯度的概念,根据磁共能原理,推导出电磁转矩的积分表达式,描述了其几何含义;然后仿真验证了所推导公式的正确性,并分别求解出满足恒转矩运行和最大转矩运行时的电枢电流波形,实现了电机在一定转子角度内的恒转矩输出和最大转矩输出;为便于实现方波控制,对方波电枢电流的波形参数进行优化,实现电机在方波电流下的最大转矩输出。经仿真验证,提出的混合励磁双凸极电机电磁转矩非线性模型具有计算准确、简单直观、便于应用的特点,为混合励磁双凸极电机设计提供参考。

一种双凸极混合励磁发电机设计及实验

新型混合励磁电动机是在双凸极永磁电动机的基础上,增加调磁线圈使气隙磁场可调。给出了该型电动机的结构及工作机理,基于二维有限元对电动机的磁场分布、磁链、反电势、电感等静态特性进行分析和计算,并设计了一台3相12/8极混合励磁电机样机。样机实验结果验证了设计方法和理论分析的正确性,为该电机的进一步研究和控制系统的设计奠定了基础。

复合磁路三相定子混合励磁双凸极直流发电机及其时步有限元分析

复合磁路三相定子混合励磁双凸极直流发电机的励磁线包和永磁体在与转轴正交的同一剖面上,电励磁磁通和永磁磁通复用电机磁路具有励磁功率小、励磁调节范围可按要求设计、可以实现单输出或双路输出的特点。文章介绍了该型电机的典型结构,使用时步有限元法分析其工作模态,基于场分析结果提取电感特性,计算比较空载特性、外特性,仿真计算了双路输出的开环调整率。分析结果表明,该电机既能作为独立供电系统的无刷直流发电机,又能并网发电,特别适于航空和其他野外作业场合高速发电机用,并实现起动/发电一体化,应用前景广泛。

航空电励磁双凸极电机单/双层绕组下的发电性能研究

不同绕组结构的电机发电性能存在很大差异,选取合适的绕组形式对于电励磁双凸极电机在航空电源系统中的应用至关重要。该文对比研究单、双层绕组电励磁双凸极电机线性区和饱和区发电性能。首先,阐述2种电机的绕组结构形式与磁路特点。其次,在此基础上建立等效磁路模型,解析获得绕组结构对漏磁通的影响规律与机理,从原理上解释了不同绕组结构电励磁双凸极电机饱和特性差异的原因。最后,比较线性区和饱和区单、双层绕组电励磁双凸极电机的输出性能。结果表明:电流密度较低时,单层绕组电励磁双凸极电机的励磁效率更高,输出能力更强,但是双层绕组电机具有较强的过载能力,在航空电源系统中有更大的应用潜力。研制了原理样机,实验结果验证了仿真分析的有效性。

电励磁双凸极发电机的非线性模型

电励磁双凸极发电机是一种新型的交流无刷电机,结构简单,可靠性高,在汽车和飞机发电领域有着广阔应用前景。但其磁链和电感均为激磁电流、相电流、转子位置的非线性函数无法采用常规的方法建立精确的数学模型。该文采用二维电磁场有限元法对一台12/8极电励磁双凸极发电机进行了精确分析计算,得到了电机的静态特性;利用模糊神经网络的非线性逼近能力,尝试建立了双凸极电励磁发电机的模糊神经网络非线性模型,获得了很高的模型精度,并将仿真分析结果与实验结果进行了对比,验证了所建模型的精确性、有效性及方法的可行性,为飞机直流发电系统的设计、分析建立了基础。

电励磁双凸极无刷直流发电机非线性PI调压技术的研究

针对12/8极电励磁式双凸极(EMDS)无刷直流发电机的非线性特性,提出了一种新的非线性PI调压控制方法,该算法中比例和积分参数随调压误差的变化而非线性变化。设计了以DSP为核心的数字调压器,利用实验离线辨识的方法建立发电机系统的数学模型,在此基础上设计了算法参数,与传统PI算法做了实验对比,结果表明其抗干扰能力比常规PI调节器强。为了进一步提高系统的动态性能,在非线性PI算法中加入了负载电流前馈补偿控制。实验结果表明,在系统突加和突卸负载两种情况下,采用具有负载电流前馈补偿的非线性PI控制后,发电机电压不仅恢复时间明显缩短,而且电压波动幅值也大大减小,系统的动态性能得到了明显的提高,而且具有高的稳态精度。

多相电励磁双凸极发电机的极数和极弧系数研究

电励磁双凸极发电机(wound-field doubly salient generator,WFDSG)的极数和极弧系数设计不当会导致电机产生较大的定位转矩和励磁绕组反电势。为了设计容错能力强、电压脉动率小的多相WFDSG,该文对多相WFDSG的极数和极弧系数进行了研究。在分析多相WFDSG原理的基础上,确定了多相WFDSG的设计要求;分析了定转子极数和极弧系数等结构参数对各绕组电感、电动势等性能参数的影响规律,推导了多相WFDSG普遍适用的定子极数、转子极数和定转子极弧系数等结构参数的约束公式,为设计多相双凸极电机提供理论基础。依据上述理论设计了一种12/9极四相WFDSG,利用有限元软件对传统WFDSG和该文设计的新型四相WFDSG样机进行了对比分析,试制了样机并进行了实验。仿真和实验结果验证了所提出的设计方法和电机结构的合理性。

多极低速电励磁双凸极风力发电机及整流特性

提出24/16极电励磁双凸极风力发电机结构型式,通过有限元法计算其静磁场分布特性,论述了共阳极半波整流、共阴极半波整流以及桥式整流电路下电机的不同发电方式和工作机理,指出励磁电流方向和电机转向与发电方式的关系。建立3种整流模式下发电机的场路耦合模型,对不同发电方式下的发电机输出特性进行了仿真分析。研制1台2kW原理样机,实验结果与仿真和理论分析一致,表明转子滑出端发电方式下电机输出电压调整率低、外特性硬,输出功率最大,而传统桥式整流电路不适用于低速电励磁双凸极风力发电机系统。

一种新型电励磁双凸极无刷直流发电机

提出一种新型电磁式双凸极无刷直流电机,它是在双凸极永磁电机基础上,用电励磁代替原电机的永磁结构,发电运行时,取消了原电机中的功率变换器和转子位置传感器,电机的结构和制造工艺简单,可靠性高,功率密度高,成本低。本文设计加工一台原理样机,并采用二维电磁场有限元法对其进行了精确分析计算,得到了电机的静态特性,与实验结果进行了对比。

电励磁双凸极无刷直流发电机电压纹波分析

在电励磁双凸极无刷直流发电机结构参数一定，电阻性负载的条件下，考虑到铁芯材料的非线性饱和特性，在二雏有限元非线性分析的基础上，通过仿真定量地分析解释了励磁磁场不同时，12／8电励磁双凸极发电机相电压波形在120～180°变化的原因及变化规律，并分析了励磁磁场强弱及电枢反应对发电机输出直流电压纹渡的影响及其非线性变化规律，经过实验验证了分析结果的正确性。分析所得结论为电机性能的优化设计提供了理论依据，并对励磁控制的优化具有指导作用。同时，对双凸极电动机控制方式的选择具有指导意义。

电励磁双凸极发电机转子极宽对输出特性的影响

转子极宽对基于磁阻工作原理的电励磁双凸极发电机输出特性有重要影响。从原理上讨论了电励磁双凸极电机磁链变化范围与输出电压的关系,阐述2类气隙对电机磁链变化范围的影响作用。提出第3气隙概念并给出其定义,推导了第3气隙大小与转子极宽的数学关系,并指出第3气隙的大小对相绕组磁链最小值的影响作用较大。利用2维有限元法分析计算得到不同转子极宽下电机静磁场分布、相绕组磁链以及空载相电势波形;通过瞬态场路耦合分析得到不同转子极宽下电机负载状态相电势波形、整流输出电压平均值和纹波大小。原理样机的实验结果验证了有限元计算和场路耦合分析的正确性。表明定转子极宽相等即第3气隙最大时电励磁双凸极电机输出功率大且输出电压波动小。