磁矢量位及复合形法用于旋弧磁场计算及结构优化

介绍多媒质、复杂结构旋弧磁场的计算方法及灭弧室结构尺寸的优化方法。明确指出笼统地谈论磁密系数及Ｉ·－ψ·相差大小在概念上是不严密的。给出了典型计算结果及优化示例。

基于矢量磁位法的多相感应电机定子端部漏感计算

为计算计及喇叭口的多相感应电机定子绕组的端部漏感,提出了基于矢量磁位的数值计算方法。该文通过矢量磁位沿线圈端部的线积分计算磁通进而求取线圈间端部漏感,该方法与通过磁密的面积分来计算磁通的传统方法相比,可方便处理定子绕组复杂的端部结构,提高计算速度与结果的准确性。矢量磁位法沿用将线圈间端部漏感与关联矩阵相结合计算相间端部漏感的总体思路,具有应用灵活、通用性强的优点。以某15相感应电机为例,给出了矢量磁位法计算端部漏感的计算过程,通过对计算结果的分析说明了矢量磁位法计算端部漏感的有效性。

用二阶矢量位计算三维矢量磁位静磁场问题的多极理论

提出了用二阶矢量磁位计算三维矢量位静磁场边值问题的多极理论方法。数学分析结果表明，对于具有唯一解的矢量磁位静磁场边值问题，多极理论所获得的解是唯一的。用多极理论求解三维矢量磁位的静磁场边值问题，既不需要离散场域或边界，又能获得整个场域内的连续级数解，且变量数较少，显著降低了计算机内存需要量。通过对两个实例的实际计算结果表明，三维矢量磁位静磁场分析的二阶矢量位多极理论方法是可行的，具有较高的计算精度，可以很方便地应用于三维矢量磁位静磁场边值问题的计算。

矢量磁位散度约束的罚函数方法中罚因子的数值特性

介绍了三维电磁场有限元数值计算中约束矢量磁位的罚函数方法，通过实例计算讨论了罚因子的取值对有限元刚度矩阵性态、矢量磁位散度的约束及场数值解精度的影响。

修正矢量磁位的散度及其边值问题

根据时谐形式的麦克斯韦方程组 ,导出了均匀媒质中修正矢量磁位A 的散度表达式 .在此基础上 ,建立了A 的边值问题 ,并证明A 解答的唯一性 。

温度影响下的开槽盘式磁力耦合器调速特性

针对温度影响下盘式磁力耦合器调速问题,以一台6对极16槽的开槽盘式磁力耦合器为研究对象,基于矢量磁位法,结合修正三维端部效应的卡特系数并考虑温度对永磁体剩磁的影响,依据磁力耦合器轴向介质不同与导体盘轭铁和铜导体交替排列的结构,推导出其整体的电磁转矩公式。再分别建立恒转矩负载、二次方率负载和恒功率负载工况下的调速关系解析模型。通过有限元模拟分析,确定了不同温度、不同气隙下的开槽盘式磁力耦合器在3种不同负载工况下的调速范围与调速特性。最后,搭建试验平台进行调速性能试验,将不同负载工况下磁力耦合器电磁转矩与输出转速的理论、仿真、实验值三者进行对比,结果表明理论模型有较高的准确性,为开槽型磁力耦合器在调速系统中的智能调控提供了理论依据。

基于矢量磁位的轴对称电流磁场求解

轴对称磁场是使用安培环路定律直接求解的常见情况。轴对称电流的磁场为什么具有轴对称性,一般文献都是根据电流分布的特点直接判定场为轴对称,鲜见具体论证。利用矢量磁位,首先分析了无线长直线电流磁场的轴对称性;然后以无限长直线电流作为电流元,推导了轴对称电流磁场的一般表达式,所得结果论证了轴对称电流的磁场具有轴对称性。

用矢量磁位计算三维磁场问题的有限元程序自动生成的研究

本文运用最新发展起来的有限元语言和有限元程序自动生成技术生成了解三维磁场问题所需要的ＦＯＲＴＲＡＮ有限元程序系统，在此矢量磁位被用来作为磁场的描述函数。采用有限元语言编写计算机程序就象书写有限元论文或教科书那样方便和清晰，并很容易修改和维护。与采用ＦＯＲＴＲＡＮ语言编程相比，它可大大缩短其编程时间，从而克服因有限元程序的复杂性给有限元法在磁场计算领域中应用所造成的障碍。利用该方法生成的有限元程序计算了一个三维模型的磁场分布。

求解三维准静态矢量磁位的快速多极方法

将快速多极算法(FMM)应用于三维准静态电磁场矢量磁位的求解,首先根据计算精度的要求把连续分布的场源进行离散化处理,然后通过静电类比分析,将求解三维准静态矢量磁位的问题转化为多体问题,进而利用快速多极方法来计算三维空间中载流导体产生的矢量磁位,可以将计算量由O(N2)降低为O(N)次运算,大大提高了计算速度.算例的计算结果表明,当取剖分体积单元的边长等于0.25倍透入深度时,采用FMM方法计算的电流密度不均匀分布载流导体在其自身所在空间的磁矢位与精确解的相对误差小于0.005,而其在自身所在空间以外的磁矢位的FMM计算结果,具有更高的精度.经过积分方程离散和静电模拟分析,应用FMM算法可正确地计算三维空间载流导体的矢量磁位,计算误差可通过剖分密度进行控制.提出的方法扩展了FMM算法在准静态矢量磁位数值计算领域中的应用,为芯片上互连电感参数的计算奠定了基础.

三维涡流计算中的矢量磁位与标量电位

本文导出了具有各向异性媒质时三维涡流问题的矢量磁位—标量电位法有限元离散化格式,讨论了消去标量电位的条件。通过实际算例研究了忽略标量电位所引起的误差,用解析解答验证了三维数值解的正确性。

感应子电机二维磁场计算模型的对比研究

感应子电机因其转子结构简单,具有非常高的可靠性,特别适用于高速场合,在脉冲电源、储能系统、航空发电、船舶推进系统等领域有着广泛的应用。感应子电机的磁场为三维磁场,但三维磁场分析所需计算资源和时间太多。因此,对感应子电机的磁场分析一般采用简化二维模型。目前,感应子电机二维磁场计算模型主要有:标量磁位法、矢量磁位法、等效励磁绕组法和改进等效励磁绕组法四种模型。标量磁位法、矢量磁位法、等效励磁绕组法和改进等效励磁绕组法各有优缺点,本文对以上四种二维磁场计算模型进行了对比研究,分析了各自的优缺点,对其适用性进行了讨论。

三维永久磁铁磁场的标量磁位数值计算

论述了三维永久磁铁磁场的标量磁位有限元计算方法，并通过实例将标量磁位方法与矢量磁位方法作了比较．结果表明，在计算精度相同的条件下，标量磁位方法比矢量磁位方法耗用较少时间，占用较少的计算机内存．

三维涡流场基于有限元法的电磁位对

介绍了用有限元法解决三维涡流场问题时电磁位对的优选问题,分析了其适应情况和优缺点.对目前基于有限元法的三维涡流场数值分析方法的国内外现状作了综合评述.

试论电磁场位函数的多值性

描述电磁场的位函数具有多值性,但这并不意味着多值性不受任何约束。本文论证了,各类位函数在不同的规范条件下,所受到的种种约束。

新型双层半插入式交替极永磁电机的解析建模

为了提高永磁电机的电磁转矩,提出一种新型双层半插入式交替极永磁电机模型。内层为交替极磁极,外层为表贴式永磁体,内外层永磁均为径向磁化。采用二维子域模型法,将求解域划分为定子槽、定子槽口、气隙、外层永磁和内层永磁共5个子域。根据拉普拉斯和泊松方程,通过分离变量法获得各子域矢量磁位的通解,再根据边界条件并求解矩阵方程,获得各子域矢量磁位的直流分量和谐波系数。以一台8极9槽新型电机为例,计算了电机的气隙磁密、空载感应电动势和电磁转矩,结果表明,在永磁用量相同的前提下,与传统的表面插入式电机相比,新型电机具有更高的电磁转矩。最后,用有限元法验证了解析模型的正确性。

线圈的互感与矢量位能的关系

在电工学中讲到两相磷的线圈的电流相互作用产生电磁感应现象.这种两线圈之间的作用叫互感.例如绒圈1中通以电流i1,则在线圈2中的磁链为φ21,线圈2中的电流i2在线圈1中的磁链为φ12,那么两线圈之间的互感系数:M=φ21/i1=φ12/i2互感系数与电流无关,当电流i1与i2增加时,φ21与φ12也随之增加.M不变.但当两线圈的距离,或磁场所在的媒体不同时,M确改变了.当两线圈的直径不同而距离变化时,M的值也不同.这说明线圈1建立的磁场中,各位置上的磁场应该占据无限大空间.但当两线圈的距离足够大.线圈所在的位置上的磁场能量大大减弱,到使仪表测不到线圈上的感生电动势时.这一点我们可以认为是物理无限远的点.这种两线圈的相互作用,说明磁场中贮存磁能时.这个磁场能量是由线圈电流产生的.磁场中即然有能量,磁场上各点的矢量磁位不同,这样互感系数M与两线圈的距离有关的问题可以通过磁场的矢量位能去解释.例如在两个均匀密绕的线圈中,其周围各点的磁位不同.引入矢量磁位的概念能更严密地证明两线圈的互感M12=M12的问题,也能证明M与i无关的问题.设线圈1,2在同一轴线上.线图1中通以电流i1,线图2中通以电流i2.两线圈间的距离为r.如图1所示.

基于双曲余切变换的Halbach阵列表贴式永磁电机转子偏心气隙磁场解析模型

精确计算气隙磁场是设计和分析永磁电机的关键。Halbach阵列永磁电机具有良好的转矩输出特性。转子偏心会对永磁电机产生不良影响,准确获得其偏心气隙磁场分布具有重要意义。采用双曲余切变换解析计算Halbach阵列表贴式永磁电机转子偏心气隙磁场。该文建立了Halbach阵列定子开槽、转子偏心永磁电机二维模型。将同心解析模型分为三类子区域,利用各区域边界条件求解拉普拉斯方程和泊松方程,通过矢量磁位求得同心气隙磁场,利用相对磁导函数对其进行修正,从而获得偏心空载气隙磁场,对其进行研究,并利用回归评价指标进行评估。不同偏心率下气隙磁通密度、不平衡磁拉力、齿槽转矩的解析结果同有限元结果吻合,验证了该文解析模型的有效性和正确性。

V型内置式永磁同步电机空载气隙磁场解析计算

针对V型内置式永磁电机气隙磁场解析计算问题,提出一种新的V型内置式永磁同步电机空载气隙磁场的解析计算模型。在二维精确子域方法基础上,提出5条等效关键准则,用等效解析永磁体电机模型代替初始的V型永磁体电机模型。等效解析模型划分为定子槽、定子槽槽口、气隙、扇形和环形5个求解域。在定子槽、定子槽槽口和气隙区域建立拉普拉斯方程,在扇形和环形区域建立泊松方程。用分离变量法求解各区域的矢量磁位表达式,根据各个求解域的边界条件和交界条件求出矢量磁位表达式中的谐波系数。对等效解析模型计算结果与V型内置式永磁同步电机的有限元法仿真结果进行比较,误差仅为0.97%,验证了等效准则建立的解析计算模型计算V型内置式永磁同步电机空载气隙磁场的有效性。

基于Coulomb规范势的电导率呈任意各向异性海洋可控源电磁三维非结构化有限元数值模拟

本文以非结构化网格剖分为基础,推导了电导率呈任意各向异性条件下的海洋可控源电磁法二次场磁矢量位、标量位所满足的有限元方程.将不完全LU分解预条件因子(ILU)与Induced dimension reduction(IDR(s))迭代算法相结合对有限元方程进行求解.之后,采用加权移动最小二乘法对二次场矢量位、标量位进行求导得到相应的电磁场各分量.最后,开展了两个地电模型的电磁场计算与分析.结果表明:本文所提出的电导率呈任意各向异性条件下的海洋可控源电磁法三维正演算法正确;不完全LU分解预处理的IDR(s)算法计算效率明显优于常用的ILU-QMR、ILU-BICGSTAB算法;算法具有良好的通用性,可用于陆地电磁、航空电磁、井中电磁等地球物理勘探方法在电导率任意各向异性方面的研究.