大功率直线感应电动机推力脉动研究

直线电机边端效应是由定子铁心、次级开断所致的固有效应,该效应会引起电机电磁推力的不同频率的脉动。本文首先基于电磁推力公式对边端效应所致的推力脉动频率进行了理论分析。然后利用一维磁路法对动态纵向边端效应引起的次级感应涡流沿轴向的分布规律进行了理论分析和解析计算,根据次级感应涡流进而计算得到了动态纵向边端效应引起的转差频率两倍频推力脉动幅值的解析表达式,并得到了推力脉动幅值和不考虑边端效应时的电磁推力值的比例关系,最后通过峰值功率20 MW,最大出力900 k N的大功率直线感应电动机实验系统对分析结论进行了试验验证。理论分析和试验结果表明:计及边端效应时直线电机电磁推力存在供电频率两倍频和转差频率两倍频的脉动,其中转差频率两倍频的脉动由动态纵向边端效应导致,主要和次级极数以及转差频率有关。

长定子直线同步电动机抑制推力脉动的新方法及机理分析

以上海磁悬浮列车的长定子直线同步驱动电机为研究对象,在电枢电流为正弦的条件下,对采用定、动子极距不等的方法来降低推力的脉动的机理进行分析,导出了由于齿槽效应产生脉动推力和选取动子极距的计算公式,指出了该方法的适用对象。其结论对该类电机的设计具有指导作用。

推力脉动引起的水下高速航行器振动响应研究

尾部推力脉动会引起水下高速航行器的冲击和振动,直接影响航行器壳体强度和航行稳定性。文中研究了推力脉动对水下高速航行器壳体振动的影响。以ANSYS有限元分析软件为平台,建立壳体3D有限元模型,进行了壳体整体模态分析和轴向推力脉动振动响应分析。计算结果表明尾部推力脉动会引起航行器壳体沿轴向的伸缩振动,壳体上位置离激振力越远,受到的径向振幅越大。

低脉动恒开关频率直线永磁同步电机推力控制

针对直线永磁同步电机直接推力滞环控制在稳态运行时会有明显的推力、磁链和电流脉动产生,从而影响速度的估计,且由于不连续电压矢量的作用,增加了开关的次数,从而带来较强的电磁噪音,造成电损增加等问题,在分析电压空间矢量对推力的直接作用的基础上,提出了一种低脉动恒开关频率的无速度传感器直接推力控制方法。仿真结果表明,与传统方法相比,稳态运行时的磁链、推力脉动得到明显的改善,电流谐波及开关频率明显减少,而且可以根据需要在一定范围内选取不同的开关频率。

复合材料螺旋桨扭转变形对推力脉动影响研究

为了研究复合材料螺旋桨扭转变形对推力脉动影响,基于面元法和有限元法,采用Fortran和Python语言混合编程开发了求解复合材料螺旋桨稳态流固耦合的自迭代算法,并以某碳纤维桨为对象开展了静态加载变形试验和水动力性能试验,对自迭代算法有限元计算精度和水动力计算精度进行了试验验证。在此基础上,以大侧斜的4383复合材料螺旋桨为研究对象,采用该算法对4383复合材料螺旋桨在设计工况下的螺距角变化量和推力系数差值之间的对应规律进行了研究。结果表明,通过铺层设计能够有效控制复合材料螺旋桨扭转变形的方向和程度,从而有效降低推力脉动。

永磁直线同步电机推力脉动削弱方法综述

对永磁直线同步电机(PMLSM)的推力脉动削弱方法进行了原理介绍和特点分析。针对边端效应力、齿槽力和电磁脉动力,归纳和总结了其对应的推力脉动削弱方法,并对其控制方式进行了概括。最后讨论了PMLSM推力脉动削弱方法的发展趋势。所做研究有助于促进PMLSM性能的提高和应用领域的扩大。

直线永磁磁通切换电机推力脉动抑制方法分析

直线永磁磁通切换(LFSPM)电机功率密度高,转子结构简单可靠,在长行程直线牵引场合具有很大的应用潜力。然而,很多应用场合要求直线电机在具有高推力密度的同时也要能够呈现较低的推力脉动,因此研究推力脉动的产生机理以及抑制方法是提升LFSPM电机应用潜力的重要手段。通过有限元分析(FEA),先利用不同结构的辅助齿对LFSPM电机的端部效应进行改善,减小端部力;在此基础上,对抑制不同成因推力脉动的方法以及这些方法的组合效果进行仿真比较;比较过程中,提出一种的步进(错齿)位移选择方法;基于该方法,各结构在减小推力脉动的同时可以有效兼顾电机的输出推力平均值。FEA验证了所提出方法的通用性,可使不同结构的LFSPM电机在减小推力脉动的同时兼顾输出推力平均值。

基于T-S模糊策略永磁直线同步电动机直接推力控制

直接推力控制系统存在推力和磁链脉动以及效率低等问题。首次将T-S模糊控制策略应用到永磁直线同步电动机直接推力控制系统,采用模糊规则取代滞环控制,采用系统辨识方法明确T-S模糊规则的后件并将其直接作为控制量来选择控制逆变器开关的空间电压矢量。采用该方法无须专门解模糊处理,简化了解模糊的过程。基于Matlab软件对所设计系统进行仿真,讨论了系统稳定性问题。从仿真结果可以得出所设计的新系统有效减小了推力脉动,得到快速的速度响应。

耦合尾喷管堵盖运动的水下固体火箭发动机点火启动过程特性

为研究水下固体火箭发动机点火启动过程的流场特征与工作特性,对尾喷管堵盖分离约束下的点火燃气泡演化过程进行数值模拟。采用流体体积多相流模型与动网格技术,建立耦合喷管堵盖运动的水下燃气射流仿真模型。对点火初期燃气泡形貌瞬态演化和流场参数的振荡特性进行分析,揭示变深度下发动机点火的初始推力脉动特征及形成机制。研究结果表明:点火开盖初期压差驱动堵盖强烈地冲击液相,尾壁空间产生高压区形成初始推力峰;点火深度越深,燃气泡沿轴向的增长速度越慢、长度越短,颈部出现收缩时刻越提前,流场参数和发动机推力的脉动特性越强;深水下燃气泡颈部收缩后,发动机喷口激波系出现往复振荡,导致尾壁空间产生压力振荡形成多个脉动推力峰,激波系的不稳定运动是推力出现脉动的主导因素。

基于Halbach分布的磁障耦合永磁轨道交通驱动直线电机的推力分析

直线电机驱动的轨道交通系统因具有结构简单、安全经济、节能环保的突出优势,受到了国内外学者的广泛关注。但如何保证直线电机在大气隙、重负载情况下仍然具有较大的推力,成为目前研究的热点。针对这一问题,将4种Halbach永磁体阵列应用在磁障耦合永磁轨道交通驱动直线电机MBCPMRTDLM(magnetic barrier coupling permanent magnet rail transit drive linear motor)中,借助解析法和有限元分析法对比分析4种Halbach永磁体阵列对MBCPMRTDLM推力、推力脉动和损耗的影响。得到的结论是:极间隔每对极6块永磁体连续充磁的Halbach阵列在18/20 MBCPMRTDLM中推力较普通凸极永磁直线电机提高了25.2%,永磁体涡流损耗与铁耗得到减小。该研究结论可进一步为电机的推广应用提供理论基础。

侧斜变化对螺旋桨水动力及变形振动特性的影响

由于艇后伴流场的不均匀性,螺旋桨运转时,周期性变化的载荷与桨叶结构的耦合作用会使桨叶发生变形。基于ANSYS Workbench平台,利用ACT_Transient FSI技术,将Fluent结果直接转换导入有限元求解器来计算螺旋桨结构响应,从而实现艇后螺旋桨瞬态单向的耦合分析。以DTMB 4381,DTMB 4382和DTMB 4383桨为研究对象,对艇后螺旋桨的水动力特性及桨叶的变形等进行数值模拟。结果表明:随着螺旋桨侧斜角的增加,脉动推力振荡明显减弱,桨叶最大变形量增加,但桨叶振动明显减弱。

基于电压预测的直线永磁同步电机直接推力控制

直线永磁同步电机直接推力滞环控制,导致开关频率不定及稳态运行时会有明显的推力和磁链脉动产生。针对这些问题,提出了一种低脉动、快速动态响应、恒开关频率的直接推力电压矢量预测控制方法,该方法根据磁链及推力差预测下一时刻的参考电压,并采用空间矢量调制技术确定逆变器开关时间。仿真结果表明,与传统的DTC方法相比,该方法不但保持了快速响应的特点,且稳态运行时的磁链、推力脉动得到明显改善,开关频率也可根据需要在一定范围内进行选择。

微型永磁直线无刷直流电动机齿槽力优化研究

对微型短初级永磁直线无刷直流电动机进行了优化设计研究,在电机槽数不变的情况下,设计不同的电机绕组分布方式和初级长度内对应永磁体的数目,并进行了齿槽力的分析和研究。利用傅立叶级数得到了齿槽力的谐波和幅值与槽数、极数的关系,并进行了谐波分析。利用有限元方法计算了不同电机模型的齿槽力,仿真结果表明,该电机具有较小的齿槽力和推力脉动。

基于预测控制的直接推力控制系统

针对传统永磁同步直线电机直接推力控制中存在较大的推力脉动和磁链脉动问题,提出了一种基于预测控制的直接推力控制方法,并具体设计了控制技术实现方案,包括参考矢量的生成和电压空间矢量调制等.仿真结果表明,该方法能够有效地改善推力脉动和磁链脉动问题.

基于电流解析计算的永磁磁阻直线电机推力稳定控制

永磁磁阻直线电机(PMRLM)能实现永磁和电流的双励磁,具有推力密度大和磁场可调的优点,并且其结构简单可靠,适用于各种大型装配工厂和物流分拣中心。但由于双凸极结构和永磁磁链谐波的存在,电机的磁链和推力脉动很大。针对上述问题,建立了PMRLM的数学模型,研究了基于电流解析计算的推力稳定控制,提出了一种能通过给定推力快速计算控制电流的策略,并搭建仿真平台。仿真结果证明了所提方法的有效性和鲁棒性。

基于次级错齿的C型铁心双边直线永磁开关磁链电机

直线永磁开关磁链电机(LFSPM)适合长次级直线驱动场合,这是由于永磁体和电枢绕组都在短初级,而长次级结构简单可靠性高。很多应用场合都要求电机具有高推力,但往往也需要低的推力脉动。为此,对1台双边C型铁心的直线永磁开关磁链电机(DSLFSPM-C)进行研究和改进。利用有限元软件先对电机进行推力优化,然后为了在不影响平均推力的情况下有效地减小推力脉动,分别利用次级错齿和端部永磁体两种结构对电机进行了改进。分析结果表明,改进后的DSLFSPM-C具有相对较低的法向力、高的推力输出以及较低的推力脉动。

前置泵喷推进器叶片数对水动力及空化性能的影响研究

为降低泵喷推进器(简称泵喷)的谐频作用,改善其噪声性能。针对某前置泵喷,采用RNG k-ε双方程湍流模型探究了叶片数对泵喷敞水性能和脉动性能的影响。结果发现,泵喷推力和扭矩与叶片数呈正相关,效率基本保持不变;单转子的推力脉动受定子干扰,转子总推力的脉动频率主要分布在桨叶的倍叶频处。此外,结合密度修正的RNG k-ε模型,采用ZGB空化模型研究了空化数σ对泵喷空化性能的影响。结果表明,随着σ的提高,桨叶从全空化转变到叶片局部和叶梢空化,再转变到仅有叶梢小部分空化;对比σ=3时不同转子叶片数N的空化性能,发现叶片表面空化面积随转子叶片数的增加而增大,但空化体积却减小。