高速电机定子散嵌线绕组换位对环流损耗的抑制分析

定子绕组铜耗是高速永磁电机损耗的主要来源之一,对于多根并绕的散嵌线绕组,由于各导线所处的漏磁场不同,导致感应出的电压也不同,从而会在导线之间形成环流,所带来的额外交流附加铜耗已成为限制该类电机功率密度以及效率提高的主要因素。本文主要针对并绕导线间由于环流引起的不同股线之间电流不均展开研究,通过绕组端部换位的方式实现了对绕组环流损耗的抑制,并通过设计实验验证了环流抑制分析的有效性。

新能源汽车高速电机定子换位绕组优化设计

针对新能源汽车发卡绕组永磁电机在高速运行时绕组交流损耗过高的问题,以6极54槽内置式永磁同步电机为研究对象,开展了低绕组交流损耗换位绕组技术研究。首先,基于槽内绕组交流损耗分布特征,提出了对靠近槽口处的导体进行端部扭转换位的方法。对比绕组槽内换位的方式,证明了端部扭转换位方法可实现对绕组交流损耗的有效抑制。其次,研究了槽型尺寸及导体尺寸参数等对于换位绕组交流损耗的影响规律,确定了换位绕组优化方案。最后,利用有限元(FEA)法,综合对比换位绕组与原发卡绕组的效率分布特性与整车循环工况效率。研究表明,换位绕组方案在不影响循环工况(CLTC)效率的前提下,显著降低了电机高速区的交流损耗问题,为解决新能源汽车高速电机绕组交流损耗问题提供了方向。

电力变压器不同绕组导线换位方式下环流损耗对比分析

变压器随着容量的不断增大,线圈的漏磁场不断增强,从而在运行时,导致各导线间感应出无用的环流损耗迅速增加,为了减小环流损耗,需要进行导线换位。研究了有限元分析方法对单相电力变压器模型的仿真,提出了普通克里金模型与粒子群算法相结合的新型高效全局优化算法,并比较分析了不同绕组导线换位方式下的变压器环流损耗大小,得到了最小环流损耗的最佳匝数分配方案。该方法不但保证了优化的准确度,而且进一步缩短了优化中的计算时间。优化结果与当前应用于工业的设计方案相比,其环流损耗得到了很大的降低。

绕组布置方式对高频变压器漏磁场和电磁力的影响分析

绕组交叉换位对高频变压器漏磁场影响很大,进而对绕组电磁力产生影响。为了明确不同交叉换位结构对高频变压器漏磁场和电磁力的影响规律,基于有限元分析方法,文中首先对无交叉换位、部分交叉换位和完全交叉换位方式下高频变压器的导体区域电流密度、铁心窗口区域漏磁场强度进行计算,将仿真结果与实验结果进行对比,验证了有限元模型的有效性。然后,计算了不同绕组布置方式下的绕组电磁力。结果表明:部分交叉换位后邻近效应削弱,漏磁场强度和电磁力降低一半,完全交叉换位后邻近效应几乎全部消除,漏磁场强度和电磁力为无交叉换位时的1/4。上述工作为高频变压器绕组结构设计和提升绕组抗变形能力具有一定指导意义。

反激式平面变压器绕组交流损耗的分析

基于平面磁性元件绕组的一维模型,分析利用初、次级交叉换位技术减少反激式平面变压器绕组交流损耗的原理,进一步分析了绕组电流的上升(或下降)斜率与绕组交流损耗的关系。比较了CCM与DCM模式下绕组的交流损耗,得出在相同输出功率下,DCM比CCM的交流损耗更大。DCM和CCM两种工作模式下应用交叉换位技术减少绕组交流损耗的效果均很明显,且减少的比例相近。通过有限元分析软件和实验证实了分析结果的正确性和有效性。

基于回转器-电容模型的变压器漏感的研究

回转器-电容模型是一种较新的描述磁性元件的电路模型。本文根据能量相等的基本原理推导变压器漏感在回转器-电容模型中的表现形式。文中具体给出了几种典型变压器的漏感能量求法,并对应回转器-电容模型给出了表征漏磁通的漏磁导电容值的求法;讨论了变压器绕组采用交错换位绕法后漏磁通发生的变化。通过一个立式变压器、平面变压器验证了漏磁导电容计算方法的有效性。

空冷水轮发电机定子冷却结构设计与分析

为改善空冷水轮发电机的通风冷却效果,研究了电机定子冷却结构的设计与性能分析方法。以一台250 MW空冷水轮发电机为例,考虑定子绕组换位、槽钢、槽楔形状和各通风沟间的相互影响等因素,构建了定子流固耦合的物理模型和数学模型;采用数值法计算了每根股线的损耗;基于流体传热理论和定子温升特点,通过改变电机内定子铁心和通风沟的结构尺寸,提出了3种定子冷却结构;对比不同结构下求解区域内流体场和温度场,给出了电机定子最优的冷却结构。最后,通过实验对建模的准确性和方法的可行性进行验证,结果表明,相比通风沟轴向长度,铁心段轴向长度对定子槽内绕组温升影响更大,合理调整电机定子通风沟和铁心段的数量和轴向长度,可有效降低槽内换位绕组的最高温度。