考虑电磁机械耦合效应的电磁超声数值模拟方法

提出了考虑速度效应电磁机械耦合的电磁超声数值模拟方法,并开发了相应的程序。该方法在控制方程中导入了速度诱发电场项,并采用退化向量位法(Ar)进行涡流场数值模拟和采用有限元及逐步积分方法进行超声波计算。数值模拟所得EMAT信号和超声波传播过程均证实了本方法和程序的有效性。为了确定耦合效应的影响,对考虑耦合和忽略耦合两种情况分别在不同条件下进行了数值模拟。通过比较振动幅值和洛伦兹力的模拟结果,证实耦合效应对EMAT数值模拟结果影响并不显著。

组合网格法在电磁–机械耦合问题中的应用

将组合网格法应用于电磁–机械耦合问题的分析,用粗网格剖分空气及源电流区,用细网格剖分运动导体区。该方法克服了常规一套有限元网格计算该类问题时需要网格重剖的麻烦。讨论了组合网格法的算法实施具体步骤,粗细网格间采用有限元方法反复迭代计算,粗网格的计算值通过插值矩阵映射到细网格的边界上,之后粗网格的场量通过细网格上计算的余量进行校正。指出由于网格不匹配产生的非协调误差和误差减小方法。在每一时间步,不需重新剖分而只需修改细网格的节点坐标值即可实现导体的运动。计算结果与TEAM标准问题28的实验结果进行比较得到了较好的一致性,验证了算法在处理该类问题时的有效性。

基于电磁–机械耦合原理的变压器三相不平衡运行绕组振动模–态特征

针对变压器三相不平衡运行所造成的绕组不平衡受力振动问题,研究变压器在不同运行模-态下的绕组电流、内部漏磁及振动特性。基于电磁原理建立变压器模-态分析状态方程,通过电磁-机械耦合求解绕组振动加速度,在此基础上构建变压器三维有限元仿真模型。仿真分析不同运行模-态下端口电流、磁密分布以及受力振动,研究变压器电磁参数与绕组振动特性的变化及其对应关系。搭建动模实验平台,测量在不同条件下绕组电流及振动加速度。对变压器不平衡运行的研究结果表明,20%不平衡度条件下,不平衡相绕组受力及振动加速度可增加1倍,三相绕组的不平衡振动加速度相差约2倍,严重危害变压器内部结构的稳定性。

非晶合金永磁电机的电磁振动噪声计算与分析

针对非晶合金用作电机铁芯材料会引起电机振动噪声性能变差的问题,对非晶永磁电机的电磁噪声与振动特性进行了研究。使用非晶合金材料Metglas2605SA1作为永磁电机的定子铁芯,采用电磁-机械-流体耦合的有限元计算方法,计算了非晶电机的电磁场分布、电磁力大小、电机定子部分的振动速度、振动加速度、振动位移变形以及电机周围的噪声分布,并对电机的振动特性进行了频谱分析。研究结果表明:径向电磁力是电机产生电磁振动的主要原因,非晶电机的振动变形和噪声水平都明显大于硅钢电机,非晶电机的噪声高出硅钢电机5dB。

谐波对感应电机振动影响研究

为了研究实际工况下感应电机的振动情况,对不同谐波参与下硅钢片的磁化特性和磁致伸缩特性进行测量。基于测得的本构关系,建立电机铁心的电磁-机械多场耦合模型。考虑电磁力和硅钢片的磁致伸缩效应,进行感应电机在不同谐波参与下电磁场和机械场的数值计算,以得到磁密、应力和振动的分布情况,进而分析谐波对电机铁心振动的影响,为减少感应电机的振动噪声提供有力的理论依据与计算方法。

实际工况下磁控饱和电抗器的振动研究

在不同的直流偏磁下,硅钢片会表现出不同的磁化特性以及磁致伸缩特性。为了研究实际工作状态中磁控饱和电抗器的振动,对不同直流偏磁下硅钢片的磁化特性和磁致伸缩特性进行测量。并基于测得的本构关系,建立磁控饱和电抗器的电磁-机械多场耦合模型。考虑铁心的电磁力和硅钢片的磁致伸缩效应,进行磁控饱和电抗器在不同直流偏磁下电磁场和机械场的数值计算,以得到磁通密度、应力和振动的分布情况以及直流偏磁程度对磁控饱和电抗器振动的影响,进而分析电抗器不同位置的振动情况,为减少磁控饱和电抗器的振动噪声提供有力的理论依据与计算方法。

基于垫块阻尼力的单相串联铁心电抗器减振

单相串联铁心电抗器在生产和使用中需要重点考虑其减振降噪的问题。目前对于电抗器减振方法主要为被动减振,为从根源减小电抗器振动噪声,通过在单相串联铁心电抗器垫块中加入导电环,利用其在变化的磁场中产生阻尼力来与电抗器铁心上的原有应力相互抵消的原理来减少电抗器的振动。首先,建立单相串联铁心电抗器磁-机械耦合数值模型,并基于有限元法对电抗器进行磁场和机械场的分析与计算。对比在垫块中加入导电环前后电抗器的振动变化情况,结果表明:加入导电环后电抗器的振动加速度降低了12.95%。最后,搭建电抗器的振动实验平台,通过对比实验数据验证了此方法的可行性,对将来设计低振动噪声的电抗器具有指导意义。

70基于负超磁致伸缩效应电抗器减振新方法的研究

噪声抑制是电抗器制作和应用过程中必须考虑的关键因素,尤其是在高压输电网络。针对电抗器振动噪声的问题,提出了一种利用负超磁致伸缩材料的减振方法。以一台单相铁心电抗器为例,建立电抗器铁心的电磁-机械耦合模型,基于有限元法对磁致伸缩和麦克斯韦力及两者共同作用下的电抗器铁心振动进行定量分析,研究两种力对电抗器振动的影响,得出磁致伸缩和麦克斯韦力对电抗器振动是相互抵消作用的结论。在电抗器气隙处填充负超磁致伸缩材料,利用负超磁致伸缩材料在磁场作用下产生负形变的特性来抵消电抗器原有的机械变形。对比两种不同填充材料电抗器的振动位移,分析结果表明,电抗器的振动位移减小了13%,为以后低噪声电抗器的设计提供理论支持。

电机材料对永磁同步电机噪声影响的分析

永磁同步电机材料性能对电机振动噪声有较大的影响。针对不同牌号铁心及不同永磁体材料的电磁振动噪声特性进行了研究。对某种批量生产的小型永磁同步电机定子铁心模态频率进行解析计算,并验证了解析结果的准确性;考虑了永磁同步电机电磁-机械耦合问题,利用ANSYS Workbench及Ansoft得出了电磁场分布、气隙磁通密度、电磁力及其谐波、电机定子部分的振动速度以及电机辐射的噪声时频特性。利用MATLAB及Origin对数据进行后处理,确定了对电机振动噪声影响较大的电磁力的主要频率特征。研究结果表明:径向电磁力是电机产生电磁噪声的主要原因;定子铁心弹性模量对电机振动噪声有较大影响;在满足电机使用性能的前提下,合理选择电机永磁体材料有利于减小电机振动噪声。

正弦波电流激励下干式空心电抗器的振动与噪声特性分析

正弦波电流激励下对干式空心电抗器的振动与噪声特性进行了分析,并通过仿真计算与试验,验证了该方法的有效性。

考虑实际工况下串联铁心电抗器的振动研究

串联铁心电抗器广泛应用于电力系统,但其噪声明显高于变压器。电抗器振动主要来源于气隙处的电磁力和硅钢片的磁致伸缩力,使铁心在实际工作状态中时刻存在应力,影响着硅钢片的磁特性。首先测试了硅钢片在不同应力下的磁特性曲线;然后,在考虑磁致伸缩效应的基础上建立了电抗器的电磁-机械双向耦合模型;最后,通过仿真计算出电抗器铁心的磁场及振动的分布情况。结果表明,总的振动效果并非2个力单独作用时的简单叠加。