Halbach励磁的无刷无铁心被动补偿脉冲电机设计

设计了一种Halbach永磁阵列励磁无刷无铁心被动补偿脉冲电机。从Halbach永磁阵列的原理入手,介绍了该种电机的结构和特点。采用解析计算方法,求解了气隙磁场泊松方程,得到了气隙磁场解析解。利用有限元数值仿真方法,分析了Halbach磁阵列励磁CPA与普通永磁励磁CPA的气隙电磁场分布,得到了决定电机气隙磁场的部分因素,证明了解析方法的正确性,并反映出该设计的可行性和优越性。

永磁被动补偿脉冲发电机放电电感计算与仿真

永磁被动补偿脉冲发电机的放电过程是一个复杂的电磁暂态过程,对永磁被动补偿脉冲发电机的数学建模存在模型过度简化、原理阐述不清以及计算求解困难等问题。提出了一种考虑电枢绕组尺寸与补偿筒涡流磁场影响因素、基于子域法等效求解的电感计算模型,并对一台样机建立了数学模型以及有限元模型,通过有限元仿真与解析计算结果对比,证明该计算模型相比现有模型精确度更高,适用范围更广,可用于被动补偿脉冲发电机放电过程的解析计算。

补偿脉冲发电机电感的解析算法

补偿脉冲发电机(CPA)及旋转磁通压缩脉冲发电机(ARFC)在运动过程中,内部电感发生周期性的变化。本文用分离变量法,考虑各次谐波,推导出电感随着定、转子相对位置不同而周期性变化的关系式,计算出内部电感在某些特殊时刻的大小。通过比较计算值与实验值的差别,分析误差原因、提出修正计算的办法。样机的实验结果表明,本文提出的关系式及对电感的修正计算是合理的,对补偿脉冲发电机的设计和运行特性计算提供了基础和依据。

计及转速和励磁电流变化的主动补偿脉冲发电机数学模型

建立了主动补偿脉冲发电机 (ACPA)放电过程的数学模型 ,模型中同时考虑了转速和励磁电流变化的作用。通过仿真计算 ,分析了励磁电流和转速在放电过程中的变化情况 。

补偿脉冲发电机为主体电源的电热化学炮系统模拟和试验

介绍了以补偿脉冲发电机为主体的，电热化学炮分级供电脉冲电源系统的工作原理，建立了补偿脉冲发电机和毛细管非线性电阻模型，模拟计算和毛细管放电试验波形比较，结果表明两者基本吻合。理论模型较好地描述了毛细管电弧放电过程，为补偿脉冲发电机的参数选择和方案设计提供了理论依据。

两相永磁被动补偿脉冲发电机研制

补偿脉冲发电机是一种可广泛应用于高功率激光、聚变反应堆、电磁发射及飞行器电磁弹射的特殊同步发电机,因其需要激励系统产生工作耦合磁场,导致系统体积和质量增大,可靠性降低。为提高其可靠性和储能密度,设计了一种采用永磁体激励,结构较为简单,具有较高功率密度的新型补偿脉冲电机。采用解析方法对样机进行分析,获得了样机的空、负载简化解析模型,解析模型与有限元方法的结果比较一致,可以简单准确地对该电机进行设计与分析。设计了一台缩比样机,开展了样机试验,结果表明：永磁补偿脉冲发电机绕组电感得到有效补偿,缩比样机能够输出较大功率脉冲电流,脉冲电流波形与计算和仿真分析结果基本一致。

基于解析方法和有限元联合仿真方法的补偿脉冲发电机温度场计算

针对补偿脉冲发电机(CPA)分析了电机的内生热源,采用解析方法,推导了适用于CPA传热的常物性一维非定常、非齐次柱坐标系导热微分方程解析解,求得了辐射-导热复合换热(边界条件非线性)的数值解。在此基础上,利用基于有限元法的机电磁热联合仿真方法,分析了CPA放电电磁场特性,计算得到了CPA放电典型损耗,求解了CPA在单次脉冲放电后的温度场分布及温度变化情况,并分析了联合仿真较之经典求解方法的优越性。研究成果为CPA的热控优化设计提供了重要参考。

改进型补偿脉冲发电机电流成形分析

补偿脉冲发电机集能量存储、机电能量转换、脉冲成形于一体,被认为是电炮武器系统的首选高功率脉冲电源。在传统补偿脉冲发电机结构基础上,以能产生较宽平顶波的选择被动式补偿脉冲发电机为研究对象,通过改变电刷和换向片结构,对比分析了在不同点火角度、电枢与励磁绕组相对位置、不同耦合深度下的电流波形特点。仿真计算表明:补偿角度的变化显著影响脉冲峰值的大小;随电枢绕组初相角增大,脉冲初始阶段的一段负脉冲增强;两绕圈耦合深度越大,波形起伏越大。通过计算及有限元模型仿真分析,证明改进后的结构可使电机内电感下降,同时选择被动式补偿脉冲发电机可以获得更高功率的脉冲电流和较理想的频谱分布。

空心补偿脉冲发电机设计与仿真

设计了一台两相四极空心补偿脉冲发电机,对其基本电磁特性进行了分析。采用无补偿形式,简化了电机结构设计,增加了电机可靠性和脉冲电流通用性。以电磁轨道炮为负载,综合考虑电流耦合、转子转速变化和负载阻感变化,建立了放电过程的数学模型。与SimplorerMaxwell软件联合仿真结果进行对比,验证了数学模型的准确性。以弹丸加速比为目标函数,使用差分进化算法对点火角和串联电感大小进行优化,得到了最优脉冲波形。数学模型与智能优化算法结合,为波形调节的最优化问题提供了有效解决方案。

两相被动补偿脉冲发电机电流脉冲波形的仿真研究

建立了考虑转速变化时的两相被动补偿脉冲发电机电枢电流的耦合电路仿真模型，以此为基础，对驱动电热化学炮时的脉冲电流波形进行了仿真，分析了影响电流脉冲波形的因素，可为该电机设计、优化提供参考。

被动补偿式外转子永磁脉冲发电机放电特性

为探究被动补偿式外转子永磁脉冲发电机(ORPMPCPA)的放电特性,在综合考虑放电过程中被动补偿作用对电枢绕组电感的影响以及机电能量转换造成转速变化等因素的基础上,建立ORPMPCPA对负载放电的数学模型,对ORPMPCPA放电时的脉冲电流形成过程、能量转化过程以及相关因素对脉冲电流波形的影响进行仿真分析。结果表明,ORPMPCPA能在瞬间将转子内部储存的动能转化为强脉冲电能,且通过改变外电路中触发延迟角、两相绕组组合方式和外接电感数值,实现对脉冲电流波形的灵活调节。通过对比分析样机测试结果和仿真结果,证明所提出的ORPMPCPA放电特性分析方法的准确性。

磁悬浮飞轮储能补偿脉冲发电机技术研究

介绍了一套基于磁悬浮飞轮储能的脉冲电源系统。电机主体为一台两相、四级、空心补偿脉冲发电机。轴向使用电磁推力轴承,径向使用内转子外定子混合磁轴承,具备承受4g过载能力。使用有限元软件对系统电磁特性进行了仿真。采用自励磁方式,在20 000r/min的初始转速下,励磁电流可在9ms内增至9kA,转子转速降为18 440r/min。对电感梯度1μH/m,电阻梯度0.005mΩ/m的电磁轨道炮负载放电,可将5g弹丸加速至1.98km/s,峰值电流可达180kA。

被动补偿脉冲发电机气隙绕组电感的解析计算

利用电磁计算的直观图解法 ,考虑到导电筒中涡流产生的磁通压缩效应 ,通过分析气隙磁场分布导出了被动补偿脉冲发电机无槽电枢绕组电感的解析表达式。对 2 5MW样机进行了计算。电感的测量结果验证了解析表达式的有效性。

20MJ补偿脉冲发电机的设计与仿真

由于补偿脉冲发电机集惯性储能、机电能量转换和脉冲成形的综合技术优势,研制了一台额定转速为12 000 r/min的20 MJ补偿脉冲发电机,并研究了其中关键材料包括屏蔽筒和转轴等的选择。在理论计算和仿真分析的基础上设计了电机励磁回路以及电枢绕组,提出了一种新的补偿绕组结构即定子上安放两套电枢绕组,在电机放电时,脉冲电流将会提高,绕组的温度会降低,磁场密度会增强。

主动补偿脉冲发电机的饱和效应

主动补偿脉冲发电机 (ACPA)在放电过程中 ,电枢反应磁动势和合成磁动势的大小和位置是变化的 ,最大合成磁动势可达空载励磁磁动势的几倍甚至十几倍 ,从而造成主磁路处于严重的饱和状态。本文分析了ACPA的电枢反应性质以及ACPA放电过程中主磁路的饱和情况 ,提出了利用磁化曲线或空载特性计算饱和主电感的方法 ,建立了ACPA考虑主磁路饱和效应的瞬态饱和数学模型。仿真计算结果表明 ,饱和的影响使电流脉冲峰值下降 ,脉宽增大。ACPA样机的实验结果表明 ,所建立的瞬态饱和数学模型能较准确预测ACPA的输出电流脉冲波形。

被动补偿脉冲发电机涡流损耗的解析计算

在假设转子导电筒中涡流面电流与定子无槽电枢绕组面电流相同、相位相反的条件下 ,利用麦克斯韦方程组 ,通过分析被动补偿脉冲发电机导电筒中涡流分布 ,导出了被动补偿脉冲发电机导电筒涡流损耗的解析表达式 ,并计算了涡流损耗对 2 5MW样机运行的影响。

新型补偿脉冲发电机转子的强度计算

采用力学简化模型和有限元模型,对一台新型补偿脉冲发电机转子部件进行了强度计算。结果表明,2种计算方法的结果吻合较好,各危险部位的应力小于材料的许用应力值。文中还计算了屏蔽筒与磁钢箍热套配合的最大与最小过盈量,据此设计的电机转子现场热套和安装成功,实际工作转速可达8 000 r/min以上。

用于高能脉冲激光器直驱式电源系统的主动补偿脉冲发电机的电磁设计与实验分析

脉冲激光器直驱式电源系统用主动补偿脉冲发电机(active compensated alternator,ACPA)代替传统的电容器组来直接驱动脉冲氙灯泵浦进行放电。ACPA是一种特殊结构的同步发电机,该文从作为电机负载的脉冲氙灯的物理特性出发并借鉴常规同步发电机的相关电磁设计经验,提出一种较为完善和可信的适用于该直驱式电源系统的ACPA的电磁设计方法。同时,利用Ansoft软件进行磁场有限元分析对样机的电磁性能进行核算后提出铁心优化设计方案,并在此基础上加工制造出样机。最后,将样机实验和有限元分析的结果进行对比分析,结果的一致性验证了该论文阐述的电机电磁设计方法的正确性,这种方法对其他特种同步电机的分析与设计有一定的参考价值和指导意义。

两相被动补偿脉冲发电机设计及脉冲波形仿真

设计了一台峰值功率为 5 0MW的两相 4极被动补偿脉冲发电机 ,采用无槽绕组、端部屏蔽等关键技术 ,并利用补偿电机放电等效电路仿真驱动电热化学炮的脉冲电流波形 ,分析了影响电流波形的因素并提出用改变触发角和串电感调波的优化波形方法 ,为下一步电机的研制及放电系统试验提供参考。

补偿脉冲发电机放电波形优化方法

基于一台两相四极空心补偿脉冲发电机,研究了多相脉冲电机放电波形调节的最优化问题。对补偿脉冲发电机的三种典型负载:电磁轨道炮、脉冲激光器和电热化学炮的基本特性进行了阐述,针对这三种负载分别提出了相应的优化指标,分析了量化脉冲波形对负载的适用程度,并将波形优化问题转化为函数优化问题。在建立了脉冲电机放电数学模型的基础上,使用差分进化算法对优化问题进行求解,找到最优点火角组合。对电磁轨道炮,优化指标为弹丸加速度比。将加速度比的概念进行拓展,可得到适用于脉冲激光器的尖顶脉冲。对电热化学炮,提出了"形状方差"的概念,消除了电流幅值的影响,能够较好地衡量脉冲形状的适用性。仿真结果表明,提出的脉冲波形优化指标是有效的,在智能优化算法的帮助下,能够通过控制量的组合得到不同类型负载的最优波形。