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。

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。

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。

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。

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。