基于多策略改进麻雀搜索算法的铸铜转子感应电动机优化

铸铜转子技术在提高感应电动机效率的同时会使电机起动性能变差,通过调整定、转子槽形结构参数可使集肤效应和磁饱和得到改善,同时提高起动性能。但感应电动机优化是一个多变量强耦合的规划问题,若选用所有的槽形结构参数做优化变量会导致计算时间过长且易陷入局部最优。为此,采用LASSO模型筛选对起动性能和效率影响大的槽形结构参数,实现优化变量的降维。在优化方法方面提出了多策略融合的改进麻雀搜索算法(ISSA),并通过基准函数实验验证改进的有效性。以提高电动机起动性能和效率为目标,以电机性能满足IE4标准为约束,将上述方法应用于两台铸铜转子感应电动机优化实例中,并分别从定子槽形结构参数优化、转子槽形结构参数优化及定转子槽形结构参数同时优化3个方向进行分析。为了说明所述方法的有效性,将ISSA与循环遍历法及其他仿生算法的优化结果进行了对比。最后,建立了电动机的仿真模型,对改进前后电动机的起动性能、损耗和磁通密度进行仿真分析。

高速实心转子感应电机的转子谐波涡流损耗的分离和提取

高速实心转子感应电机主要应用于高速压缩机、飞轮储能、航空航天等领域,具有广阔发展前景。和其他拓扑结构的转子相比,实心转子具有较强的端部效应,导致转子涡流损耗进一步加剧。针对高速实心转子感应电机的转子谐波涡流损耗的分离和提取问题,以一台380 V,1 MW,12000 r/min高速实心转子感应电机为主要研究对象,采用二维傅里叶分解方法,精确提取气隙磁场谐波特性,以虚拟永磁谐波电机模型为基础,反向构建气隙谐波磁场用以激励实心转子实现转子谐波涡流损耗的提取;结合混合激励法以及冻结磁导率法,进一步精确考虑了不同负载情况下由材料非线性导致的感应谐波涡流透入深度的变化。采用有限元建模方法,对比了采用混合激励法和冻结磁导率法提取的转子谐波涡流损耗以及感应涡流的分布。该方法为后续对转子谐波涡流损耗进行有效抑制提供了理论基础。

基于二维解析法的光滑表面实心转子感应电机附加损耗的研究

在普通异步电机中,由于附加损耗数值较小,通常按总功率的5%粗略估算。在实心转子感应电机中,附加损耗中的表面涡流损耗数值远大于普通笼型感应电机,不但成为实心转子感应电机附加损耗的主要部分,而且是造成这种电机效率低、电机过热的重要原因,限制了该类电机的应用和发展。文中运用二维解析法及坡印亭定理对实心转子的表面涡流损耗进行了计算,与试验结果比较显示,理论计算在小转差范围(0～0.2)内取得了与实际较为一致的结果,并分析了大转差下产生偏差的原因。在小转差(s=0.107)运行状态,对定子槽口宽度变化和气隙长度变化对转子表面涡流损耗影响进行仿真计算。结果表明,改变槽口宽度对该种电机转子的表面涡流损耗影响不明显,随着气隙长度的增加,附加损耗曲线分为快速下降,缓慢下降两段。在曲线缓慢下降段综合考虑选取气隙长度是合适的。

基于电流型PWM变流器的绕线转子感应电动机调速系统研究

利用电流型PWM变流器实现了绕线转子感应电动机串级调速,通过对变流器矢量控制方案的研究,实现了在调速的同时转子能量的回馈,同时利用转子回馈能量对电动机的功率因数进行补偿,使功率因数接近为1.0。调速系统具有可靠性高、寿命长、谐波含量小、成本低等优点。实验证明了方案的可行性。

六相感应电机转子感应电压有限元分析与研究

针对多相电机控制模式复杂性的特点，本文提出一种新颖的控制方式：即六相感应电机梯形波相电流控制。本文主要对磁势解耦时定子、转子磁链进行了理论和有限元分析计算，并通过有限元分析计算出的磁链进一步分析计算转子感应电压。并实验测量了梯形波相电流驱动下六相感应电机转子感应电压，结果表明转子感应电压的有限元分析和实验结果是一致的。

考虑横向电流和饱和轴向变化的双斜槽转子感应电机起动转矩分析

双斜槽转子感应电机是一种能提升普通单斜槽转子感应电机性能的新型电机,横向电流和磁场饱和轴向变化对其起动性能的影响未得到充分研究。为了精确计算双斜槽转子感应电机的起动转矩,基于三维有限元瞬态场,本文建立一种考虑横向电流和磁场饱和轴向变化的双斜槽转子感应电机分析模型。提出一种考虑主电抗变化的等效电路参数法,精确计算双斜槽转子感应电机的起动转矩特性。同时通过分析气隙磁通密度的轴向变化来说明三维有限元分析模型能考虑磁场饱和轴向变化,通过仿真不同横向电阻值的有限元模型来探究横向电阻与转矩-转速曲线的关系。与有限元中的虚位移法和实验相比,计算结果证明了所提方法能够精确计算双斜槽转子感应电机的起动转矩。

实心转子感应电动机高速运转性能分析

分析了实心转子感应电动机的磁路及M-S曲线;采用Ansoft有限元软件对电动机变频启动的动态过程进行仿真,得到了空载启动的磁场分布、定转子电流、启动转矩等动态数据;测试了电动机在高频高速状态下的性能,论证了实心转子感应电动机高速运行的可行性。

煤矿传送用外转子感应电机的设计

外转子感应电机设计时,受额定输出转矩的约束,需给定初始转子内径值,进行相关电磁设计计算。再通过不断循环迭代,来确定转子内径,得到电动机各部分尺寸的设计方案。本文采用有限元法对所给外转子感应电机设计方案进行二维瞬态磁场计算,对比了电机的磁场分布和性能特性,分析了电机气隙谐波含量,验证了基于转子内径循环迭代法进行电机设计的准确性。本方法与传统感应电机设计方法相比,可减少循环迭代数,降低对经验公式的依赖,计算简单,易于程序化。

大小极环形绕组实心转子感应电机工作机理及电磁特性分析

为了拓宽感应电机的调速范围,提出一种大小极环形绕组实心转子感应电机(LSPTWSRIM)。介绍了LSP-TWSRIM的结构,研究了其工作机理,并给出了其设计参数。建立了二维有限元模型,并分析了不同工况下LSP-TWSRIM的电磁特性(包括定子电流、气隙磁通密度、转速和转矩)。设计并制造了一台LSP-TWSRIM样机,并进行了实验,通过对比仿真和实验结果证明了LSP-TWSRIM的工作机理和电磁特性的正确性。

储能驱动用双转子感应电机结构参数分析

储能驱动用双转子感应电机可利用主动转子惯量进行储能,通过主动转子与从动转子之间的电磁耦合,完成主动转子机械能到从动转子机械能的直接传递,实现惯性负载的瞬时加速。本文介绍了双转子感应电机的特殊结构和运行原理,利用有限元法分析了这种新型电机的励磁极数、励磁线圈匝数、从动转子形式等关键结构参数与电机瞬时输出转矩、输出功率等性能之间的关系,为双转子感应电机的瞬态性能优化提供了理论依据。最后,基于分析结果设计了一台工程样机并进行了实验,验证了理论分析的正确性。

不同转子结构对复合笼条转子感应电动机性能的影响

针对复合笼条转子感应电动机运行性能稍差的弱点,提出3种不同转子结构的复合笼条转子感应电动机,并对不同转子结构的磁场进行分析,计算3种转子结构复合笼条转子感应电动机的起动性能和转子槽漏感,对转子导条电流与转子导条损耗进行分析,此外还分析3种转子结构复合笼条转子感应电动机的运行性能。通过起动与运行性能计算结果与实测结果的对比分析,说明了计算结果满足工程实际的需要,分析结果表明转子采用复合导条与铸铝导条交替式的复合笼条转子感应电动机比转子全部为复合导条的复合笼条转子感应电动机的效率和功率因数有较大幅度提高,为电机优化设计提供参考依据。

基于子域分析模型的实心转子感应电机磁场解析

子域分析技术作为一种简捷高效的磁场解析方法,已在电机恒定磁场解析领域获得广泛应用。该文以实心转子感应电机为例,将子域分析技术拓展到电机磁准静态场解析领域。在二维极坐标平面内,将实心转子感应电机求解区域划分为定子槽子域、气隙子域和实心转子子域,从而在复频域建立考虑定子开槽影响的实心转子感应电机精确子域解析模型。该解析模型着重求解实心转子子域的偏微分方程,根据运行方式的不同,分别给出同步运行和异步运行两种工况下的解析表达式。在解析计算结果的基础上,根据磁链法计算实心转子感应电机的运算电感。最后,通过二维时谐有限元分析验证了解析模型的准确性。

基于转子感应电流影响的轧机主传动机电耦合系统参激振动机理研究

针对交流传动机电耦合模型往往忽略转子磁电转化问题,考虑交流电机转子复杂多变的磁电转化,根据交流电机电磁转矩机械特性,并引入交流电机内部空气摩擦阻力这一非线性因素,建立交流异步电机-轧机主传动系统机电耦合模型。采用多尺度法求解该机电耦合模型在主参数共振情况下的近似解,并利用数值方法研究了定常解的稳定性,同时用Poinacre映射方法分析了转子感应电流频率对于轧机主传动机电耦合系统非线性参数共振的影响。研究结果表明转子感应电流频率是导致系统振动的一个重要因素,当转子感应电流频率变化时,轧机系统的运动形式从混沌运动到周期运动交替变化,最终变为混沌运动。给出了从生产工艺的角度利用变频技术稳定转子感应电机的频率可以有效的避免轧机的混沌运动,为进一步研究、控制轧机主传动系统提供了新思路。

双斜槽转子感应电机的快速场路耦合分析

为克服双斜槽感应电机轴向拓扑仿真时需采用低效率高精度的三维有限元仿真的问题,针对错开双斜槽转子感应电机(DSRIM)提出一种等效电路,然后基于多层有限元模型建立DSRIM的轴向分层等效电路。在等效电路与磁场耦合分析的基础上,运用分布磁路法求出气隙磁场分布与稳态性能指标。与试验结果进行对比,对比结果显示该方法的计算结果具有指导意义。

双转子感应电机性能研究

阐述了双转子感应电动机基本结构和工作原理,指出了双转子感应电动机与传统感应电机的共同点和区别。建立双转子感应电动机的数学模型并进行仿真分析,经实验验证,表明双转子感应电动机具有激磁电流小、电机损耗低、功率因数高及功率密度高等优点,比传统感应电机更适合风机和水泵类等长期运行的变负载设备的驱动。

异步电动机转子感应电势

本文从一个新的角度出发,推导出异步电动机转子电路感应电势的计算公式。推导过程比较简单、步骤完整、物理意义清楚、容易理解。对学生的学习很有帮助,反映良好。

六相感应电机新颖控制策略下的转子电压研究

由于多相电机控制模式相对复杂,该文提出一种新颖的控制方式:即在六相感应电机定子侧通入梯形波相电流,使得其中三相为励磁绕组,另外三相为转矩绕组,从而实现励磁磁链和转矩磁链解耦模拟直流电机控制模式而省去复杂的派克变换。本文主要对磁势解耦时转子磁链和转子感应电压、电流进行了理论和有限元分析和计算,并实验测量了梯形波相电流驱动下六相感应电机转子感应电压、电流,结果表明有限元分析和实验结果是一致的。

不平衡电压下双笼转子无刷双馈发电机的多目标控制

该文以双笼转子无刷双馈感应发电机为主要研究对象。为了解决不平衡电网电压带来的功率绕组(power winding,PW)定子绕组功率脉动和电流不平衡的问题,设计了简化矢量控制策略,对PW侧谐波功率和负序电流进行抑制。此外,通过建立控制绕组(control winding,CW)电流统一表达式,对各个控制目标之间的关系进行了数学推导和理论分析。在此基础上,建立了PW电流不平衡度约束条件下,针对PW有功功率脉动幅值和无功功率脉动幅值的多目标控制数学模型。并采用粒子群算法进行求解,对CW统一电流表达式中的系数进行优化,计算CW参考电流值从而实现多目标控制。最后在双笼转子无刷双馈感应发电机实验平台上,对所提出的控制策略的有效性和理论推导的正确性进行了验证。

兆瓦级实心转子高速感应电动机通风系统分析

针对大容量实心转子高速感应电动机损耗密度大、散热困难的问题,以一台10 MW、10 000 r/min的空冷实心转子感应电动机为例,建立了其整体通风域模型,采用计算流体力学(CFD)方法对“两进一出”的通风结构进行了流体场仿真,并分析了通风系统内气体的分布规律;其次,以通风计算结果作为边界条件,基于流固耦合法对该电机定转子三维流体场和温度场进行了建模与求解,得到了温度分布;在此基础上,提出了一种新的“三进两出”通风结构,降低了该电机的最高温度,并通过有限元分析例证了CFD建模与计算结果的正确性;最后,分析了导风管管径、冷却气体类型、轴流风扇进风量对该电机温升的影响。结果表明,该电机采用三进两出的通风冷却结构散热效果更好,可使最高温度降低3.8℃、定子铁心和定子绕组的最高温度分别下降11.7℃和7.1℃。

转子材料和气隙对实心转子直线弧形感应电机性能影响

做直线运动、旋转运动或螺旋运动的两自由度直驱电机在机械工具、机器人等领域有广阔的应用前景。研究了一种两自由度直驱感应电机的旋转运动部分的转子导电材料和气隙对电机性能的影响,采用传统电磁设计理论和有限元相结合的方法确定实心转子弧形感应电机的参数,并且提出了设计过程中的两个关键因素,分析了转子材料和气隙厚度对实心转子弧形感应电机性能的影响。通过应用不同转子导电层材料和气隙厚度进行计算机仿真,得到在空载及负载条件下运行的转速曲线和转子损耗曲线。结果表明:在使用钢铜复合次级材料时转速波动较小,转子损耗较小;在一定范围内,气隙厚度越大,电机的转速波动越小,转子损耗越小。