电机饱和磁场的无内节点亚参有限单元计算

本文首次提出电机饱和磁场的无内节点亚参三角形有限元计算问题,并给出了构造其形状函数的有效方法。同时,结合电机电磁场计算实例,证实了这种新的有限单元能够满足工程计算的精度要求。

饱和磁场问题的有限元方法研究

论述了求解饱和磁场非线性问题的有限元方法。提出了一种能量泛函的改进措施，更加合理地处理各种边界形状，使三角形网格单元的大小可任意选择。对于重要的部位（通常系铁磁材料），可根据需要将单元取得小且密集，而其他一般的部位，单元取得大而疏，以降低单元数量。

考虑磁场饱和效应的凸极同步电动机建模

针对常规线性磁场模型难以准确描述凸极同步电动机的稳态和动态特性,磁场饱和效应严重影响高性能电动机驱动系统的控制精确度,对凸极同步电动机磁场饱和模型进行了研究。阐述了电动机d-q轴交叉饱和的机理,采用稳态饱和电感,动态饱和电感以及交叉饱和电感来表述磁场非线性的特征,建立了凸极同步电动机非线性磁场饱和模型,同时给出了其状态空间方程。采用矢量控制策略对凸极同步电动机的磁场饱和模型进行仿真分析,结果表明电动机的励磁电流能根据磁场饱和程度做出准确的响应建立电动机的磁场,d-q轴电流和负载功角的变化规律完全符合磁场饱和运行工况,验证了模型的有效性。

考虑磁场饱和的电动汽车用永磁电机控制仿真

针对电机弱磁控制系统中电机参数选取单一,没有考虑到电机不同工况下的参数变化,而导致没有充分利用电机性能的问题,研究了交直轴电感变化对弱磁控制系统的影响.以一台电动汽车用永磁同步电机为例,分别建立了电机的二维磁场模型和在不同矢量控制方法下的数学模型.根据交直轴磁链方程,考虑交直轴磁路耦合对磁场饱和的影响,利用有限元法计算了不同交直轴电流下的交直轴电感.将得到的电感矩阵代入id=0控制、弱磁控制等矢量控制系统中,比较在不同控制方法下考虑磁场饱和与不考虑磁场饱和的电机控制特征量.结果表明考虑磁场饱和的弱磁控制系统能够更充分地利用电机的性能,同时在仿真中能更准确地计算电机性能.

电磁不稳定性和自生磁场饱和机制的数值模拟研究

为深入理解超强脉冲激光与等离子体相互作用所产生的电磁不稳定性和自生磁场饱和机制,选用等离子体薄靶,用数值粒子模拟法对超强脉冲激光与等离子体薄靶相互作用中形成的电磁不稳定性和自生磁场饱和机制进行了数值模拟,分析了电磁不稳定性及其激发的自生磁场随时间演化情况,估算了自生磁场在不同时间段的变化关系与各向异性参数之间的关系。数值模拟结果表明,等离子体薄靶与超强脉冲激光相互作用时,很强的准静态自生磁场会出现在等离子体薄靶表面附近,且将会抑制电子在纵向的扩散,而这有利于电子或质子定向传播。

高速漏磁检测饱和场建立过程及影响因素研究

在高速漏磁检测过程中,随着检测速度增加,有效磁化时间减少,导致被测构件饱和场无法建立,影响磁化效果。采用方波激励模拟外磁场瞬变情况,建立瞬磁场作用下钢管内部磁场响应模型,对钢管内部饱和场建立过程及影响因素进行研究;分析高速漏磁检测时缺陷漏磁场特征,利用有限元方法计算磁场强度和钢管材质对磁化滞后时间及缺陷检测的影响;设计高速漏磁检测实验平台,对不同运行速度和不同外磁场强度下钢管缺陷进行实验研究。结果表明,外磁场瞬变时,钢管内壁中心磁场明显滞后于外磁场,钢管内部饱和场建立时间与磁场强度和材料电导率有关,提高外磁场强度,可快速建立饱和场,减弱磁化滞后时间和涡流效应影响,提升缺陷检测效果和漏磁检测速度,实验结果和理论分析具有很好的一致性。

考虑磁饱和的感应电机MTPA转矩控制

感应电机的最大转矩电流比(MTPA)控制算法根据需求转矩调节磁链幅值,以达到转矩与定子电流比值的最大化。因磁链随转矩的变化而变化,不再像传统控制算法保持磁场幅值恒定,磁场非线性饱和效应会对控制系统产生影响。针对此问题,该文提出考虑磁饱和特性的MTPA转矩控制系统。根据需求转矩以及饱和模型,通过线性搜索寻找最优磁链目标值,并在计算励磁电流时考虑d轴转子电流的动态特性,用降阶观测器观测转子磁链,并在设计滑模磁链控制器以及反步法设计转矩控制器时考虑观测误差,以确保控制器参数的设置能达到全局稳定。仿真和实验结果证明了所设计控制器的有效性。

考虑饱和效应凸极同步电动机矢量控制

通过闭环复合磁链观测器,可获得优良的气隙磁链观测效果。基于此,提出一种考虑饱和效应的凸极电机数学模型,利用DSP2812为核心的同步电机实验平台,完成了同步电机矢量控制实验。实验结果表明,基于所提出的气隙磁场定向矢量控制系统具有高性能动静态特性,利用此处建立的饱和数学模型分析和控制同步电机,在磁场饱和非线性时,同步电机调速系统动态响应较快。

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。

考虑磁饱和效应的凸极同步电机参数辨识

针对凸极同步发电机的精确建模问题,研究同步发电机dq轴饱和的机理,采用动态饱和电感表述发电机电磁场非线性的特征,建立凸极同步发电机非线性磁场饱和模型,给出状态空间方程。通过凸极同步发电机的空载实验、转差法实验和静态频率响应实验,测得线性状态下发电机的电磁参数;以建立的数学模型和已测得的线性状态下的电磁参数为基础,辨识非线性状态下凸极同步发电机的电磁参数。研究结果表明所提方法能够有效辨识考虑磁饱和效应的凸极同步发电机参数,为精确控制提供更为可靠的依据。

超强激光与等离子体相互作用中的自生磁场及三维模拟

用3维粒子模拟程序对超热电子在等离子体靶表面中向前传输时所激发的电流密度,电场和磁场的发展过程进行模拟研究。数值模拟表明,在线性强激光作用下,由于电子初始时刻的无规则热运动,在等离子体临界表面上激发不稳定性,而不稳定性随时间发展和激光功率的进一步深入到等离子体内部,最终使等离子体表面处激发饱和自生磁场,饱和自生磁场对激光有质动力推开电子时所形成的高能电子运动产生抑制作用.通过该研究寻找相对论效应条件下的自生磁场,并为进一步开拓其在高能离子束的应用提供理论和技术上的指导。

考虑交叉饱和效应的变角度方波电压注入永磁同步电机无位置传感器控制

针对常规估计d轴方波电压注入位置估计方法,受磁场交叉饱和效应影响而导致转子位置估计误差的问题,提出一种考虑磁场交叉饱和效应补偿的变角度方波电压注入永磁同步电机(PMSM)无位置传感器控制策略。该方法首先定义注入电压同步旋转坐标系fg,并在f轴上注入方波电压。f轴与估计d轴之间夹角即为注入角,且该注入角随着磁场交叉饱和效应不同而实时改变。再计算g轴差分电流并用于位置估计,由于方波电压注入角的改变,g轴差分电流中将不再包含交叉饱和效应相关信息,从而可实现准确的位置估计。最后将该文所提变角度方波注入方法与常规估计d轴方波电压注入方法进行实验对比,实验结果表明,所提方法在不同负载转矩、不同转速等工况下,位置估计误差始终维持在零附近,动态响应快,且方便实现。

考虑励磁调节作用及发电机饱和的静态稳定性

为了研究发电机饱和及励磁调节共同作用时对其静态稳定性的影响,提出了计及励磁调节器作用的功角曲线有限元算法,对比分析了发电机饱和及励磁调节作用对发电机极限功率和极限功角的影响。将用该方法计算的功角曲线用于小扰动后励磁调节器放大倍数的极限值和发电机运行极限的确定。结果表明,励磁调节器作用时发电机的静稳极限要增大,但若同时考虑同步发电机饱和作用,静稳极限要有所减小;发电机受到小扰动后,考虑同步发电机饱和作用时励磁调节器的放大倍数范围明显减小,发电机励磁电流调节量增大。研究结果为励磁调节器的参数整定与系统动态仿真提供必要的理论基础。

斜框型磁流体发电机中临界磁场的研究应用

磁流体发电是一种高效、低污染的发电技术,相对于其他发电方式,磁流体发电具有输出功率大、结构紧凑的优点,在短时、高功率电源领域运用有着不可替代的性能优势。认为斜框型磁流体发电机中的电流在一定磁场范围内会产生饱和,并就这一问题首次提出了临界磁场理论并推导出临界磁场的方程式。临界磁场的提出,是在研究磁流体发电机的通道性能问题上提出了新的思路,有利于超导磁体在磁流体发电机上应用问题的研究。

同步电机磁饱和效应数学模型研究

基于派克方程凸极同步电动机的交磁现象,并将凸极电机转换为隐极电机,推导考虑饱和效应的凸极电动机数学模型。采用矢量控制策略进行仿真分析,验证了模型的有效性。

航空多级式无刷同步起动发电机联合模型研究

建立准确的电机模型是深入研究航空多级式无刷同步起动发电机的基础。多级式无刷同步起动发电机的带载起动控制和发电调压控制主要由励磁机、旋转整流器和主电机组成的两级式系统实现。单一的对励磁机或主电机进行建模分析无法反映出二者的耦合关系,需要建立囊括励磁机、旋转整流器和主电机的两级式起动发电机联合模型。为了优化系统稳态和瞬态运行状态下电机模型精度,本文考虑磁场饱和以及主电机阻尼绕组因素影响,建立了一种基于VBR模型的同时考虑凸极因子变化和阻尼绕组影响的多级式起动发电机联合模型。通过与有限元模型的对比分析表明,所建模型提高了系统在稳态和瞬态过程中的仿真精度,验证了模型的有效性,对深入进行航空多级式无刷同步起动发电机的仿真分析具有重要意义。

不对称弱锚定沿面排列向列液晶盒的研究

用解析方法研究了上、下基板锚定强度不同的弱锚定沿面排列向列液晶盒(不对称液晶盒),给出了指向矢倾角θ满足的方程和边界条件,讨论了它的解,导出Freedericksz转变的阈值场强和饱和场强。研究了由于上、下基板锚定强度不同而引起的对称性破缺,以及对称破缺和磁场强度之间的关系,发现了不对称液晶盒一些特殊的现象。作为应用的例子,讨论了一种测定基板锚定强度的新方法。

钢板厚度对漏磁检测效果的影响

针对油气管道在外加磁场条件下磁化至非饱和状态时,管道缺陷不能被漏磁方法检测的问题,利用铁磁性材料高磁导率特性,研制了钢板漏磁检测装置,介绍了漏磁检测原理及各部分结构。利用该装置进行了大量试验并构建了试验装置的ANSYS三维仿真模型。对比分析了检测信号幅值与不同厚度钢板之间的电磁对应关系。试验结果表明,此装置能够在合适磁化条件下检测出小于20mm厚钢板的10%深的上下表面缺陷,20mm也为临界的磁化饱和状态点。

尺寸效应对磁滞回和磁化强度影响的试验研究

磁滞回环是铁磁材料的重要性能。通过对Q235钢的不同尺寸的模型试件进行磁力耦合试验研究,分别得出不同磁力状态下的磁滞回曲线以及模型尺寸与磁化强度之间的关系曲线。反映了模型构件的尺寸效应对磁滞回性能以及磁化强度的影响规律。

基于虚拟仪器技术的磁特性自动测试仪的研制

介绍了一种基于虚拟仪器技术的交流磁特性自动测试仪。该仪器解决了软磁材料交流磁特性的自动测试问题,对实际工业应用中软磁材料磁性能的快速测试及优选具有重要的意义。详细介绍了仪器的硬件结构及软件设计方法,最后通过实际测试结果证明该仪器具有良好的测试性能。