双凸极变速永磁电机的变结构等效磁路模型

建立了双凸极变速永磁电机的变结构等效磁路模型 ,推导了气隙比磁导计算公式 ,通过求解所建立的非线性等效磁路方程 ,以计算电机的静态特性。计算中计及铁磁材料的非线性以及永磁磁场与电枢反应磁场之间的相互影响。通过引入适当的修正系数 ,使计算结果与有限元结果吻合。以新提出的 12 / 8极双凸极永磁电机为算例 ,对电机的永磁磁链 ,空载电势 ,电感等静态特性进行了全面的分析计算 ,并考虑了转子斜槽对静态特性的影响 ,所得结果与实测值一致 ,基金项目 :国家自然科学基金资助项目 (5 95 0 70 0 1)。表明该文所提出的分析理论和方法可以快速、有效地分析计算双凸极永磁电的磁场及静态特性 ,适合于需要考虑不同结构参数对电机特性影响的应用场合 。

混合励磁磁通切换电机等效磁路模型

混合励磁磁通切换电机(flux-switching hybrid excitationmachine,FSHM)是一种新型定子励磁型交流无刷电机,具有磁链双极性、结构简单、功率密度高、运行可靠等优点。改变电励磁绕组电流的大小和方向,实现了对永磁气隙磁场的有效调节与控制,而引入导磁磁桥可提升气隙磁场调节范围。以建立电枢绕组磁链最大位置的等效磁路模型为切入点,推导了峰值磁通表达式,探索了磁桥段相对磁导率的估算方法,结合有限元仿真分析了磁桥厚度变化与磁桥式FSHM初始气隙磁密、磁桥磁密、气隙磁场调节能力、磁力线路径转移等特性的关系。样机的有限元仿真及实验结果与等效磁路模型预测趋势基本一致,验证了建模方法与理论分析的正确性,可用于指导磁通切换电机的设计与性能分析。

平动式啮合电机的非线性等效磁路模型

针对平动式啮合电机独特的运行原理和磁场分布,建立了适合对该电机运行性能进行分析的非线性等效磁路模型。该模型借用磁力线和等磁位线互换的方法,将磁力线分布不均匀的磁通管引入到模型中,在对电机磁场分布不均和磁路局部饱和现象进行有效处理的同时,减少了模型中磁通管单元的数量,使模型简化并兼顾了求解精确度。在该模型的基础上,推导了电机绕组满足的以绕组磁链为状态变量的微分方程,建立了电机稳态运行分析的数学模型。对样机单相导通状态下的稳态运行特性进行了仿真分析,其结果与非线性磁参数法所得结果相吻合,表明该模型可以作为平动式啮合电动机性能分析和优化设计的有效手段。

永磁接触器等效磁路模型研究

针对永磁接触器线圈通入正反向励磁电流时永磁体内磁通分布不均匀,永磁体内部工作点不同的问题,提出按永磁体磁路截面磁通密度不同,沿充磁方向对永磁体进行分块等效的方法。以一单线圈单稳态永磁接触器为例,通过仿真分析在不同励磁电流情况下其磁通的分布,建立该接触器的等效磁路模型。将求解获得的动铁心在不同工作条件下的吸力计算值与实测值进行比较,结果表明吸力计算误差在10%以内,验证了所提出的永磁体分块建立等效磁路模型方法的正确性和有效性。

磁通反向直线旋转永磁电机三维非线性等效磁路模型分析

该文通过在三维磁路结构中增加可变磁阻单元,建立磁通反向直线旋转永磁电机的三维非线性等效磁路模型,首先采用磁节点法推导此电机定子、动子的磁阻表达式;其次采用二维有限元法确定可变磁阻单元磁阻的变化规律,其磁阻值随动子的直线和旋转运动位置的不同从0到无穷大周期性变化;然后采用分割的方法推导电机气隙磁导的表达式;最后通过迭代的方法对其空载气隙磁通密度等电磁特性进行计算分析,与三维有限元法相比,计算时间大大降低。此模型可以将定子铁心材料的饱和、永磁的局部漏磁、极间漏磁考虑在内,其反电动势、齿槽转矩/直线定位力的计算结果与三维有限元法和实验测量的结果基本保持一致,验证了此等效磁路模型的正确性和有效性。

新型双余度永磁无刷电机稳态特性的等效磁路模型

与传统的双余度永磁无刷电机不同,新型双余度永磁无刷电机余度线圈之间电气同相位,由两套独立的功率驱动电路形成新型的双余度控制系统,能够实现容错控制以提高系统可靠性。本文在分析双余度永磁无刷电机原理和结构的基础上,建立了双余度永磁无刷电机每个余度绕组的磁路等效模型;在一个电周期内对磁路各部分磁导进行了详细分解计算,确定了以磁导表示的磁通矩阵,推导出气隙磁通和反电动势的计算方法。该数学模型考虑了轭部磁路和材料非线性磁饱和的影响,提高了模型的实用性。有限元分析结果表明了该数学模型的正确性。

两相整距绕组双凸极永磁电机等效磁路模型

整距绕组双凸极永磁(FMDSPM)电机具有空间利用率高、功率密度高、成本低和扭矩波动小的特点。由于绕组结构为分布式,FMDSPM电机相绕组等效磁动势与集中绕组存在很大不同。以一台6/4极FMDSPM电机为例,提出了将气隙分为五段的磁等效电路模型,并给出了各段的磁导率公式。通过迭代求解该模型,得到相绕组磁链、电枢反电动势和齿槽扭矩等特性,与有限元分析结果对比,验证了该模型的有效性。

互感耦合开关磁阻电机的等效磁路模型与有限元分析

基于互感耦合开关磁阻电机(MCSRM)的结构和运行原理,利用等效磁路法,建立了电机的等效磁路模型.在一个相周期内对气隙磁导进行了分解计算,利用高斯-赛德尔迭代法求解了非线性磁通矩阵方程,获得了电机的磁链及矩角特性,并进一步利用非线性磁参数法对电机的稳态运行性能进行分析.该模型的计算速度要远高于有限元方法,适合进行电机的初始设计.在此基础上,利用有限元软件从电磁场分析的角度计算了电机的电磁特性,结果表明,该模型计算结果的误差不超过20%,验证了模型的正确性.该数学模型为MCSRM的深入研究奠定了良好的基础.

表面-内置式永磁转子同步电机等效磁路法特性分析

针对有限元法计算分析电机的复杂性和耗时长等特点,采用等效磁路法分析一种表面-内置式永磁转子同步电机工作特性。建立电机开路状态表面式与内置式永磁体串并联励磁结构等效磁路模型,根据表面-内置式永磁转子磁路结构特点,得到开路状态简化等效磁路模型,计算电机励磁磁场分布、电枢绕组反电势和磁通链;分别建立电机电枢反应下直轴和交轴简化等效磁路模型,求解电机负载磁场分布、电枢反电势和输出电磁转矩;建立电机有限元模型,分析求解电机开路和负载状态电磁特性;建立试验平台,进行试验样机空载和负载测试试验。对比分析简化等效磁路模型、有限元模型计算结果和试验样机测试结果,验证了所提出的等效磁路模型的正确性与合理性。

基于ANSOFT15.0等效磁路理论应用仿真与实验

通过电磁铁设计实例,借助ANSOFT15.0软件的可视化功能,将复杂的磁路理论问题进行了简化,印证原理性逻辑描述,降低了学生理解的难度。实验证明,磁路的仿真模型、理论计算以及实际测量三者的结果具有一致性,证明了ANSOFT15.0仿真平台实验方法的有效性,为相关课程实验教学提供了一条新的思路。

基于等效磁路法的平动式啮合电动机静态转矩求解

阐述了平动式啮合电动机的结构和工作原理并采用等效磁路法建立了平动式啮合电动机的准线性分析模型。通过分析电机二维磁场分布和考虑电机特殊的电磁结构,提出了用三种磁通管单元来近似磁场分布,并借用磁力线和等磁位线互换的方法,将磁力线分布不均匀的磁通管引入到分析模型中,有效的处理了平动式啮合电动机中的磁场分布不均匀和磁路局部饱和,使分析模型得到简化并兼顾了求解精度。其静态转矩计算结果与有限元结果相吻合,验证了分析模型的合理性和准确性,表明该模型可以作为平动式啮合电动机结构优化设计的有效分析手段。

谐波激励下铁心等效磁路长度及接缝区损耗特性

为了研究谐波对变压器铁心等效磁路长度与接缝区域损耗的影响,文中基于完全按照电力变压器的标准设计和制作的叠片铁心模型,在不同谐波激励条件下,对铁心模型的等效磁路长度与接缝区域的损耗特性进行试验研究。研究表明:谐波阶次与谐波相位对铁心的磁路长度影响不是很大,在谐波条件下分析计算铁心的磁滞回环或磁化曲线时,可近似选择铁心的几何平均长度作为有效的磁路长度;不同谐波阶次与不同谐波相位激励下,铁心接缝区域比总损耗特性的变化规律大致相同:当磁通密度小于0.5 T时,接缝区的损耗近似为零;当磁通密度高于1 T时,接缝区的损耗出现明显的上升趋势。文中所用方法和所得结论对变压器产品的电磁分析和优化设计具有一定的指导意义。

磁悬浮轴承磁路结构分析与数学模型建立方法

介绍了磁悬浮轴承系统构成和工作原理,从控制电流的性质、受控自由度数、悬浮力产生方式、作用力方式、磁极布置形式等方面对磁悬浮轴承进行了比较与分析,给出了基于等效磁路法的磁悬浮轴承悬浮力数学模型建立方法和步骤,为该类轴承磁路结构设计和建立数学模型提供了参考。

黑箱模型在《电路与磁路》教学中的应用

通过对《电路与磁路》课程的教学实践,以及与学生的课堂互动,初步发现了高职高专学生的特点,即绝大部分学生基础知识差,特别是数学知识欠缺,学习兴趣不强。为了更好地促进高职高专的《电路与磁路》课程的教学,本文提出一种黑箱模型的教学方法,即将难于理解的数学知识置于黑箱中,暂时不需要学生学习和理解。老师只需要教给学生公式、定律等知识点,记忆即可,无需推导和理解。避开学生学习过程中的难题,希望有助于提高《电路与磁路》课程教学的效果。

飞轮用永磁悬浮轴承的磁路设计及磁力解析模型

飞轮储能以其突出优势广泛应用于电网调频领域,为进一步提升飞轮储能技术的能量密度和功率密度,飞轮储能转子趋向于重型化、高速化,其通常采用磁悬浮轴承进行轴向卸载,而大承载力、高安全性、低损耗能的永磁轴承设计是关键技术。目前研究的双环、多环和Halbach阵列的永磁轴承卸载结构,在长期高速旋转下存在着与转子固联的动磁环材料会出现强度不够的突出问题,因此本文提出一种单环吸力型轴向永磁轴承拓扑结构。以3种拓扑结构中的1种为设计示例,充分利用磁能、节省用材为设计要求,基于基尔霍夫两大定律确定了单环吸力型轴向永磁轴承的结构参数,在考虑边缘磁通效应的影响下,利用磁场分割法对各部分磁通进行了精确划分,建立了等效磁路模型,依据虚位移法推导出了轴向承载力和轴向静刚度的解析计算模型,并采用有限元方法对所建立的解析模型进行了验证,结果吻合良好,为永磁轴承的设计与后续飞轮动力学分析提供了理论依据。

新型组合永磁偏置磁轴承磁路模型建立及优化设计

径向-轴向组合永磁偏置磁轴承具有结构紧凑、损耗低的优点,本文给出了一种新型结构混合型径向-轴向磁悬浮轴承的原理结构,首先建立了其等效磁路模型,基于等效磁路模型推导了该磁轴承的悬浮力解析表达式及其所特有的补偿线圈的补偿原理和补偿方法。然后采用电磁场的有限元方法验证了该等效磁路模型及有关补偿计算的正确性。最后为了改善磁轴承的性能并更好地满足工程需求要求,基于等效磁路模型,采用多目标粒子种群算法对该轴承进行了优化设计研究,通过优化设计模型与初始模型的对比研究,验证了优化的有效性。

基于等效磁网络模型无刷直流电动机磁场分析

针对无刷无铁心直流电动机建立了等效磁网络模型,对其气隙磁场进行分析计算,并以稀土永磁体线性化退磁曲线为分析基础,用解析法计算电机的漏磁系数。计算和实验表明,基于等效磁网络模型对电机气隙磁场进行分析,结果直观,应用方便,是一种值得推广的分析方法。

新型二自由度电机的磁路模型研究

提出了一种新型混合式直线旋转步进电动机的结构,通过分析电机结构分析在不同励磁电流下电机旋转段和直线段的工作原理。依此工作原理为基础,建立电机的等效磁路网络模型。以一相绕组通电为例,对该步进电动机全网络进行了线性解析,进而给出了该电机的转矩特性解析式。

12/14混合励磁磁通切换型电机的磁路模型

混合励磁磁通切换型电机(hybrid excited switching flux machine,HESFM)不仅运行高效稳定,而且可通过励磁电流调节气隙磁场。与电励磁磁通切换型电机相比,具有更高的转矩密度。建立12/14 HESFM等效磁路模型并利用有限元仿真结果验证。

MSMA自感知执行器的数学模型研究

以消振主动控制为研究背景,建立MSMA自感知执行器的数学模型。采用已研制的MSMA自感知执行器结构,基于等效磁路法建立磁场强度模型;运用时分复用原理进行信号解耦,将MSMA自感知执行器工作过程分为两个阶段,分别建立传感模型与执行模型,并通过两过程的中间量关系,推导出自感知执行器的电压-电流模型;利用控制变量法验证模型的精确度,感应电压和输出位移的计算值与实验值均吻合。研究结果表明传感电压与执行电流成正比例关系,由感应电压的大小可确定MSMA元件的输出位移,从而有效消除外部振动。