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。

混合励磁发电机谐波无刷励磁系统设计研究

为解决永磁发电机气隙磁场调节问题并保持其无刷化的优点,提出一种基于谐波磁场的混合励磁发电机无刷励磁原理,推导转子励磁绕组电流与定子谐波励磁绕组电流之间的关联关系。给出了谐波无刷励磁系统的设计原则和方法,包括输入直流电流和不同频率交流电流励磁时的定子谐波励磁绕组极对数、转子谐波绕组和励磁绕组节距,以及构成谐波无刷励磁系统的绕组匝数的确定方法。以一台48槽、2对极的混合励磁发电机为例,详细分析了定子谐波励磁绕组、转子谐波绕组和励磁绕组设计过程,得到了相应的绕组展开图和绕组布置示意图。针对定子谐波励磁绕组极对数分别为8、12和24三种情况进行了仿真计算,电枢绕组空载线电压谐波分析与转子谐波绕组感应的谐波电动势次数均与理论分析相符。研制了一台谐波无刷混合励磁同步发电机样机,测试结果验证理论分析和计算的正确性。

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。

高速混合励磁发电机的结构及调压性能

针对高速永磁发电机在负载或转速变化时难以维持输出电压恒定的问题,提出了一种新型混合励磁发电机。详细介绍了其结构与调压原理,建立了发电机的等效磁路模型,推导了空载调压范围的解析公式;利用三维有限元方法深入分析了发电机磁场的分布规律与调节能力;研制了一台10 k W混合励磁原理样机,试验结果表明新型混合励磁发电机能够满足调压要求,并验证了该发电机结构和分析方法的合理性。

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。

交流励磁发电机励磁控制

本文提出了一种新的交流励磁发电机励磁控制模型，利用该模型对发电机有功、无功、转速调节特性进行了仿真研究，结果表明，该方法能实现有功、无功和转速的独立控制，且具有良好的动态性能。

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。

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。

永磁发电机齿槽转矩及电机性能研究

本文对一台永磁发电机在各种参数下的齿槽转矩及电机性能进行了研究。齿槽转矩作为永磁电机重要的指标之一,直接影响电机性能。分析电机齿槽转矩的表达式,采用等效磁路法设计一台汽车用表面式永磁同步发电机,并采用二维有限元法得到该电机的齿槽转矩。通过改变极弧系数、气隙长度、永磁体形状以及永磁体分段数等不同参数,得到永磁发电机的齿槽转矩波形以及电机相关性能参数。为永磁电机的优化设计提供依据和参考。

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。