磁极非对称型表面式永磁同步电机磁场解析计算和特性研究

为了研究磁极非对称型表面式永磁同步电机(SPMSM)的特性,以一台不等磁极8极36槽SPMSM为研究对象,建立磁场的解析模型,对比磁通密度的解析计算结果和有限元计算结果,验证了解析模型的准确性;基于此解析模型,将不等磁极电机的气隙磁场、空载反向电动势、负载输出转矩、电磁力波和转轴不平衡电磁力与等磁极电机进行对比,并基于有限元法对其损耗特性进行分析;最后,对不等磁极电机的振动加速度进行测量,研究其振动特性,进一步验证电磁力波特性分析的有效性。结果表明:该非对称的转子磁极结构可以有效地降低电机的转矩脉动,但会对电机其他方面的性能产生影响。

电磁发射用永磁同步直线电机磁场解析及推力波动优化

针对电磁发射用永磁同步直线电机的磁场解析及推力波动优化问题,建立单边发射电机磁场解析模型,利用矢量磁位及边界条件,分别对次级Halbach永磁阵列及初级六相绕组磁场进行解析,得到气隙磁场分布,进而建立单边发射电机主要结构参数与电磁推力间的函数关系。选取永磁阵列极弧系数及厚度、初级绕组宽度及厚度4个参数作为优化变量,利用遗传算法寻找设计变量的最优组合,使发射电机单边电磁推力波动最小化。分析结果表明:磁场解析结果精度较高,电磁推力计算误差满足工程分析的需要;优化后的单边发射电机平均推力提升1.21%,峰均力比下降62.688%,通过解析及仿真结果的对比验证了理论推导的正确性及优化方法的合理性。

多相永磁电机磁场解析预测与容错控制策略

为了提高多相永磁同步电机在单相或多相绕组发生故障时的容错性能,基于傅里叶级数分析方法,建立了多相内转子表贴式永磁同步电机(SPMSM)绕组缺相不对称运行下的磁场解析计算模型,该解析计算模型能够考虑铁磁材料的非线性变化,并对气隙磁通密度、空载反电动势以及电磁输出转矩等性能参数进行准确计算;其次,以一台44极48槽12相SPMSM为例,通过有限元仿真分析和实验测试对磁场解析模型的准确性进行了验证。在此基础上,基于故障前后电机定子绕组合成磁动势不变的原则,提出一种多相永磁电机在单相或多相绕组开路故障下的容错控制策略,并以电磁输出转矩、转矩脉动等性能参数为考核指标,提高了多相永磁电机驱动系统的可靠性。

基于磁场解析和响应面模型的永磁电机优化

本文提出了一种基于混合磁场解析和响应面模型与遗传算法的内置式电机多目标优化设计方法,来实现电机的快速优化设计。本文将等效磁路法与精确子域法相结合,建立出电机空载和负载磁场解析模型,进而计算电机气隙磁密、反电动势以及电磁转矩,并通过有限元法与实验验证了解析模型的准确性。然后将混合磁场解析模型与响应面模型结合得出拟合回归方程,最后以电磁转矩平均值和永磁体体积为优化目标,采用遗传算法进行全局优化,从而获取电机最优方案。优化结果显示,优化后的内置式电机电磁转矩平均值增大了9.6%,永磁体体积减小了23%。

基于混合磁场解析法的磁极偏心型表贴式永磁同步电机空载特性分析

为了准确、快速优化表贴式永磁同步电机磁极形状,降低气隙磁通密度波形畸变率,该文针对磁极偏心结构表贴式永磁同步电机,提出一种非线性混合磁场解析方法。首先基于子域分析方法建立磁极偏心型表贴式永磁电机磁场解析模型,同时建立考虑定、转子铁心磁导率非线性变化的等效磁网络模型。根据铁磁材料的B-H曲线计算出任意时刻定、转子铁心相对磁导率的分布情况,通过迭代计算得到修正系数,用于考虑定、转子铁心磁阻对电机空载特性的影响,并基于该混合磁场解析模型对气隙磁通密度、反电动势进行计算分析。在此基础上对磁极尺寸参数进行优化设计,得到最优磁极结构参数。最后设计、制作一台8极36槽磁极偏心型表贴式永磁同步电机,通过有限元仿真和实验测试对该文所提出混合磁场解析法的准确性进行了验证。

外永磁转子爪极电机空载气隙磁场解析计算

由于外永磁转子爪极电机的结构复杂,其空载气隙磁场需通过建立三维模型进行分析,而采用三维有限元方法计算耗时较长且网格剖分对其计算结果影响加大,因此本文提出了一种在极坐标系向建立的空载磁场解析计算模型。通过轴向分段的方法,将该电机三维模型转化为多个二维模型,并给出了相应的的边界条件,利用傅里叶级数变换和分离变量法推导得出了空载气隙磁场的切向和轴向磁通密度,齿槽转矩和空载反电动势的解析式。为了验证解析模型的准确性,将解析计算结果与有限元计算和样机实验测量的结果相比较,结果对比误差较小,验证了解析模型的准确性和可行性。

基于磁场解析模型与遗传算法的轴向磁通永磁电机多目标优化设计

针对基于有限元法(FEM)的常规优化方法存在计算量大、耗时长的问题,提出一种磁场解析模型与遗传算法相结合的轴向磁通永磁电机(AFPMM)多目标优化设计方法,该方法能够在保证一定计算精度的前提下快速实现电机的优化设计。首先,将AFPMM从复杂的三维模型等效为二维模型,通过子域法得到了电机的磁场解析模型,利用麦克斯韦张量法求出电机的电磁转矩;然后,将解析计算结果与FEM计算结果进行对比,验证了该磁场解析模型的准确性;最后,该方法以电磁转矩平均值和电机有效成本为优化目标,将解析模型与遗传算法相结合进行全局优化,以获取具有更优电磁转矩与有效成本的设计方案。优化结果表明,优化后AFPMM的电磁转矩平均值增大了11.91%,有效成本降低了9.81%,验证了解析模型与遗传算法结合的优化方法的有效性与实用性。

永磁同步电机转子偏心磁场解析计算

为了快速准确计算两极平行充磁实心圆柱式永磁同步电机(SCPMSM)各种转子偏心参数下的磁场分布,提供研究转子偏心对电机性能影响的有效方法,利用子区域法和摄动法,在二维极坐标平面内建立了考虑定子齿槽效应时的SCPMSM转子偏心磁场解析模型;将求解场域划分为永磁体、气隙和定子槽3类子区域,分别用对应的控制函数来表达,各区域之间用边界条件连接,利用边界条件求出控制方程通解的各个谐波系数。根据摄动理论,将磁场的0阶分量和1阶分量叠加获得相应子域转子偏心磁场分布,利用麦克斯韦应力张量法计算了转子静态偏心以及动态偏心引起的不平衡磁拉力。以一台2极12槽平行充磁SCPMSM为例,将转子偏心磁场以及静态偏心和动态偏心不平衡磁拉力的解析计算结果与有限元计算结果进行对比,验证了解析模型的正确性。

多相永磁同步电机磁场解析建模与容错性能分析

为了快速、准确计算多相永磁同步电机(PMSM)在一相或多相绕组故障发生时的容错运行能力,基于傅里叶级数分析方法,在二维极坐标系下建立了多相内转子表贴式永磁同步电机(SPMSM)绕组缺相不对称运行下的空载、负载磁场解析计算模型,并对气隙磁密、空载反电动势(EMF)以及电磁输出转矩等性能参数进行准确计算。设计制作一台44极48槽12相船舶用内转子SPMSM,并通过有限元分析和试验测试对磁场解析模型的准确性进行了验证。在此基础上,为了提高多相电机的容错能力,以最小等值相电流为优化目标,建立了多相电机驱动系统一相绕组开路故障容错控制策略,并以电磁输出转矩、转矩脉动等性能参数为考核指标,对12相SPMSM的容错性能进行了深入分析,进一步提高电机驱动系统的可靠性。

基于子域分析模型的实心转子感应电机磁场解析

子域分析技术作为一种简捷高效的磁场解析方法,已在电机恒定磁场解析领域获得广泛应用。该文以实心转子感应电机为例,将子域分析技术拓展到电机磁准静态场解析领域。在二维极坐标平面内,将实心转子感应电机求解区域划分为定子槽子域、气隙子域和实心转子子域,从而在复频域建立考虑定子开槽影响的实心转子感应电机精确子域解析模型。该解析模型着重求解实心转子子域的偏微分方程,根据运行方式的不同,分别给出同步运行和异步运行两种工况下的解析表达式。在解析计算结果的基础上,根据磁链法计算实心转子感应电机的运算电感。最后,通过二维时谐有限元分析验证了解析模型的准确性。

凸极同步电机磁场解析建模与转子极靴形状优化

为改善电机气隙磁场谐波,首先对一段偏心极弧和偏心极弧加两段弦面转子磁极结构建立了其气隙磁场解析模型,并通过有限元仿真进行验证。进一步结合应用磁场解析模型对磁极转子的主要参数进行分析优化,获取气隙磁场最优的极弧参数组合。

圆筒型永磁直线电机的磁场解析研究

圆筒型永磁直线电机具有体积小、结构简单、动态性能好等优点,且由于圆柱形的整体外型结构,其运行速度较快且行程相对较长,非常适合钻进系统。现从圆筒型永磁直线电机技术指标入手,运用磁场解析法来求解复杂区域的电磁场分布问题,根据磁场分析和数学推导,完成重要电磁参数及磁场分布的计算,构建出电机的磁场解析计算模型,并用有限元法仿真验证该解析模型的正确性。

直线电机不均匀气隙磁场解析计算方法

直线感应电机运行时,其初级和次级之间可能因不平行而形成不均匀气隙,从而造成电机磁场分布变化。对于这种不均匀气隙的电机磁场分布的计算,沿用传统的基于均匀气隙的公式则会使误差增大。为解决此问题,首先基于电磁场理论,提出了一种不均匀气隙直线感应电机磁场的解析计算公式;其次根据直线电机特性对解析公式进行修正;最后将解析公式计算结果与有限元方法计算得到的气隙磁场分布结果进行了对比。对比结果表明,这种考虑了气隙不均匀的解析磁场计算方法相比不考虑气隙不均匀的计算,其平均误差减小50%以上,为直线感应电机的设计和控制效果的提升提供了一种有益的参考。

新型无熔断器断路器(漏电断路器)灭弧室的三次元磁场解析

1 前言 对于无熔断器断路器(漏电断路器),需要拉长、驱动接点间产生的电弧,用格栅分断、冷却,使电弧电压上升,然后分断电流。另外,为了提高限流性能,必须在开断后提高电弧电压的上升速度。因此,利用电磁力快速开断动触头,在强驱动磁场作用下快速拉长接点间产生的电弧是很重要的。而且,为了提高限流性能,要求使灭弧室内的磁场分布最佳化。灭弧室内的磁场分布主要决定于磁性格栅和灭弧室内的导体中流动的电流。因而。

以磁场解析为中心的电动机最优设计

近年来，随着计算机性能提高，可使用高级电磁场解析技巧，使有关电磁场的最优化问题（限于比较简单的问题）在实用的计算时间内得到求解。于是，最优设计技术、缩短电动机的开发时间、降低成本和提高性能等，正成为目标极限设计的标准工具。

基于变压器绕组电路-漏磁场多状态解析模型的早期故障保护

针对变压器绕组变形、轻微匝间故障等早期故障现有的保护方案难以有效的保护,该文提出了一种以漏磁场为特征量的变压器早期故障诊断方法。根据三相三柱式变压器的结构特征建立漏磁场分布模型,结合变压器状态空间方程,建立起与物理变压器保持一致的电路–漏磁场多状态解析模型。利用物理实体与多状态解析模型之间漏磁特征的差异性,可以不受励磁涌流的影响,快速、灵敏的识别复杂工况时发生的轻微匝间短路和轴向绕组变形,并能够确定故障位置。

变边界条件下的电磁场边值问题解析研究

对于变边界条件的电磁场边值问题求解,由于其相应解析解表达式中的系数确定较为困难,通常都是采用数值计算的方法。文中通过对一道变边界条件电磁场分布问题使用分离变量法求解析解,灵活使用了对应系数相等的思想,得到完善解析解。求解过程中具体应用了复数对应相等,实数指数对应相等,弦函数与其复变数间的切换等方法,为求解类似问题探索了一条途径。

无线电能传输平板型磁耦合机构电感解析建模方法

在无线电能传输系统中,磁耦合机构的设计优化对整个系统的性能至关重要。当前这一过程优化往往依赖于有限元仿真和经验优化,其仿真计算速度较慢,严重限制了优化效率。而现有的电感解析计算公式无法求解含有限大磁体的磁耦合机构电感。针对工程中大量采用的含有磁芯的磁耦合机构电感难以快速计算的问题,该文提出一种典型平板式磁耦合机构电感解析建模方法。该方法基于磁路分析、磁阻建模、参数定标与修正等,实现了磁耦合机构由几何参数到电感参数的快速映射。与有限元仿真相比,提出的解析模型提升了求解磁耦合机构电感的计算速度及磁耦合机构的优化效率。通过有限元仿真及实验,验证了该解析建模方法的精度和速度。

汽轮发电机定子端部的三维磁场解析

本文应用三维数字磁场解析技术，计算了71MVA汽轮发电机定子铁心端部的磁通密度和涡流分布。通过解析计算得到的空载和三相短路运行时的定子铁心端部的磁通密度和涡流密度同测量结果非常吻合。另外，还定量地表示了负荷变化时定子铁心端部的涡流和涡流损耗的变化。结果表明，使用屏蔽衬片可有效地减少端板涡流损耗约84％左右。

半闭口槽电机不饱和状态下的漏磁场解析计算

1引言在电机的分析和仿真中,经常需要对定子漏感进行足够精确的计算[3]。这些实际上都出现在感应电机和同步电机的等效电路和数学模型中[1-4]。漏电感有多种分量,包括线圈端部漏感、槽漏感和气隙漏感[3]。这些参数的计算可以通过有限元分析进行(FEM)[2],但计算时间长,且需要构建几何模型。但只要可靠和足够准确,解析计算方法则被认为是更有效的选择[1,3-4]。