基于流固耦合的屏蔽电机多物理场仿真分析

针对内置螺旋管换热的屏蔽电机内部发热和冷却的复杂性及其工况的特殊性,借助有限元分析软件建立屏蔽电机三维温度场整机物理模型,通过仿真计算揭示电机内部温度场的分布规律和冷却介质的流动状态,并分析原因。结果表明:电机的峰值温度出现在定子绕组上端部,值为98.3℃,绝缘按180℃考核,各部件的温升均没有超过其材料的温升限值;热态额定工况下,电机处于安全状态。计算结果可为同类型屏蔽电机的冷却系统设计及温度场计算提供参考。

轴向磁场电机永磁体空载涡流损耗减小方法对比研究

减少轴向磁场电机永磁体空载涡流损耗的方法主要有:减小定子槽开口宽度、增大气隙长度、永磁体分块、使用屏蔽层和磁性槽楔等。基于轴向磁场电机的简化二维分析模型,分析了减小定子槽开口宽度和增大气隙长度、使用屏蔽层和磁性槽楔降低空载涡流损耗的效果。通过三维电磁场仿真,研究了永磁体不同分块方式对减少空载涡流损耗的效果。研究结果表明,减小定子槽开口宽度的效果最佳;虽然增加气隙长度可以显著减小涡流损耗,但永磁体用量迅速增加;永磁体分块减小涡流效果较好,且周向分块方式最好;屏蔽层起反作用;使用分段磁性槽楔效果比减小定子槽开口宽度稍微差一点,但加工难度要低些。

低温高速永磁电机转子屏蔽套的设计及强度分析

针对低温泵用高速永磁电机的屏蔽套厚度和过盈量的确定问题,从电机转子强度的角度分析,提出了以厚度最小化作为设计目标的研究方法。首先确定转子各材料的强度约束准则,建立电机转子的三维有限元强度计算模型,并通过解析法验证,分析了分别采用钛合金和碳纤维作为屏蔽套材料时不同转速和温度下转子应力的变化规律,探究各材料的失效极限;并以此作为约束条件,确定了符合强度要求的屏蔽套厚度及过盈量,最终得到的碳纤维屏蔽套较钛合金的厚度更小,在强度方面更具优势。该屏蔽套的设计方法在满足转子强度的前提下,使得材料尽限利用,对低温泵用电机和高速电机的屏蔽套设计具有参考意义。

永磁同步屏蔽电动机的涡流场仿真研究

屏蔽电动机虽具有电磁屏蔽效应,但交变磁场中金属屏蔽套上的感应涡流会使气隙磁场发生变化,并产生很大的涡流损耗。仿真以一个48槽8极表贴式永磁同步屏蔽电动机为例,对屏蔽套上的涡流场进行分析。探讨在不同激励下涡流矢量关系,分析在定子电枢电流激励作用下永磁体对涡流的影响,研究联合激励下的电流控制角和循环电流对涡流的影响,讨论在不同激励条件下屏蔽套和循环电流对径向磁密的影响,统计在不同转速下的屏蔽套涡流损耗的情况。

船舶多相感应电机外部磁场分析

针对多相感应电机某一相存在不平衡的情况,基于磁场计算和屏蔽理论建立不平衡电机的简化等效模型,分析其外部磁场特征,进而针对铁质船壳对电机外部磁场的屏蔽效果进行理论分析和计算。研究结果表明,运行状态下的不平衡感应电机在指定评估线上存在100 n T级的外泄磁场,铁质船壳能将这部分磁场削减至原来的50%~80%,对其有一定的屏蔽效果。

间隙环流作用下的泰勒涡演化及环流速度分布特性研究

屏蔽电机运转过程中由于粘性旋转流体所受到的离心力作用,间隙内部出现泰勒涡结构,使得间隙环流有着复杂的速度分布特性.这种速度分布特性不仅对屏蔽电机水力损耗及散热特性具有重要影响,而且也是屏蔽电机转子动力学所关注的基础科学问题.本文借助间隙环流流动性能实验平台,采用高速摄像机拍摄观测了湍流核心区泰勒涡的演化过程,面向工程应用阐明了间隙环流湍流核心区流动对边界层速度的影响规律,可为设计屏蔽电机间隙流道的尺度提供理论依据.采用计算流体动力学软件建立间隙环流仿真模型,研究了定间隙条件下泰勒涡的演化过程与环流速度分布特性,初步探讨了变间隙比对间隙环流速度结构的影响规律.研究结果表明,泰勒涡随间隙比及转子转速演化的仿真计算结果与实验测试结果的变化趋势较吻合.泰勒涡在径向与轴向方向上的速度分布具有显着差异,间隙环流涡的流动方向会改变流动边界的速度结构.当转速增大时,间隙环流由层流转变为湍流,速度形状不再沿间隙径向线性分布,而是产生畸变,呈现出壁面周围速度快速减小,中间速度渐趋平稳的轮廓.

高速永磁屏蔽电机摩擦损耗分析与计算

基于3D流体场模型和有限元体积法,针对高速永磁屏蔽电机进行转子表面介质摩擦损耗计算和敏感性因素分析,研究转子转速、介质轴向流速、屏蔽套表面粗糙度对气隙内介质摩擦损耗的影响规律。基于一台额定转速36000 r/min的电机结构,对半径比为0.896~0.930的窄气隙泰勒-库埃特-泊肃叶(TCP)流进行仿真分析,得到摩擦阻力系数与水轴向流速、转子转速的关系,并采用非线性拟合的方法得出不同轴向流速和转子转速的摩擦损耗系数经验公式。随后,搭建试验平台测量摩擦损耗,对比试验测得与仿真求得的摩擦损耗大小以及数值仿真与经验公式计算的摩擦损耗系数,误差在5%范围内,满足工程要求,验证了数值仿真分析和经验公式的准确性。

几何和环境因素对屏蔽电机主泵推力轴承润滑性能的影响

为在设计时更准确把握屏蔽电机主泵推力轴承的使用效果,掌握不同几何和环境因素对推力轴承润滑性能的影响规律,对屏蔽电机主泵推力轴承的工况和结构进行分析,建立推力轴承润滑性能计算模型,在算法上对求解方法进行实现,并通过理论计算分析了径向偏支系数、瓦块数、润滑剂、供油温度以及轴线倾斜角度等几何和环境参数对主泵推力轴承润滑性能的影响.研究结果表明:径向偏支系数对最小油膜厚度、温升、功耗影响较大;采用6扇瓦块时的流量是8扇瓦块的1.73倍,采用8扇瓦块时的功耗是6扇瓦块的1.85倍;水润滑时的润滑性能值较油润滑时均有明显降低;改变供油温度,对推力轴承的润滑性能影响明显;轴线倾斜后,推力轴承的最小油膜厚度变小,温升增大,流量减小,功耗减小,其中最小油膜厚度减小的幅度较大;在设计时径向偏支系数的选取很重要,从降低轴承功耗的角度,采用6扇瓦块的结构比8扇瓦块有优势,采用水润滑可以大大降低轴承的温升和功耗.

高速屏蔽电机气隙流体泰勒涡仿真分析

一体化高速屏蔽电机本体气隙处通常充满着动力推进介质,在转子高速运转时转子表面线速度会搅动气隙流体高速旋转,使得流体在小而窄的气隙中产生湍流效应,对电机本体内置轴承润滑和转子冷却产生影响。本文以额定转速为40000 r/min的高速屏蔽电机本体环形气隙内的流体运动为背景,针对气隙内泰勒库特流的流体流态开展了数值模拟研究,通过数值仿真分析得出,随着转子转速增加,气隙进、出口压力差变大,随着气隙宽度增加,气隙进、出口压力差减小。本文计算所得数据为维持内置轴承润滑和转子冷却所需进液流体参数提供了理论参考依据。

化工动设备电气控制优化案例

介绍了某化工企业2台动设备中变频电机、屏蔽泵电控保护的实际应用情况,分析了变频电机手自启停因变频器24 V弱电输出控制导致干扰误动作,屏蔽泵本体热保护不能有效利用的原因。采用将220 V手自启停接触器来控制变频器及将热敏开关就地接入现场操作柱的方法实施后,变频电机误动作消除,屏蔽泵热保护可靠性加强、设备运行稳定,每年可约为企业节约设备、线缆、人工等成本近百万元。

盾构机刀盘主驱动电机异常检测与性能评估

针对盾构机刀盘主驱动电机存在因高频振动和电流信号获取不易和长时间工作导致的电机异常检测准确率低和性能评估困难的问题,通过分析主驱动电机的群体特征与个体特征的相似程度,提出了一种基于多尺度循环自编码器的盾构主驱动电机异常检测和性能评估的方法。首先将正常运行时的主驱动电机原始电流数据进行异常值清洗、筛选工作阶段、归一化等预处理工作;再根据预处理后的电流信号进行时间切片和特征提取编码,构建描述电机之间性能差距的差异性矩阵作为训练集;然后将数据集输入多尺度循环自编码器中提取正常运行电机电流信号特征,从而实现准确地进行电机的异常检测并给出性能评估的健康指标。基于印度孟买D215工程的实际数据,对所提方法进行了验证和测试,结果表明:该方法在仅能获取到PLC数据的情况下,完成盾构主驱动电机的异常检测,准确率维持在90%以上,并能够给出一种反映主驱动电机组性能退化的健康指标。

高速永磁同步电动机转子涡流损耗优化

针对高速永磁同步电动机转子上涡流损耗较大的问题,提出了一种结合护套分层结构与护套之间加装铜屏蔽层的优化方法。首先,分析涡流损耗的产生机理以及对护套分层的理论解析,通过有限元仿真验证得出护套分层结构可减少护套厚度,达到降低损耗的目的。其次,在护套分层结构的基础上,进一步仿真分析铜屏蔽层对涡流损耗的抑制效果,并确定铜屏蔽层的最佳厚度。最后,对优化前后转子涡流损耗、电动机主要性能参数进行对比,较优化前,转子涡流损耗下降了59.8%,气隙磁密、空载反电势基本不变。研究表明:该优化方法能够有效地削减转子上的涡流损耗,且对电动机性能基本不会产生影响。

飞轮储能用高速永磁电机转子的涡流损耗

为了减小高速永磁电机中由定子电流的时间谐波、定子磁动势的空间谐波以及定子槽开口造成的气隙磁导变化引起的转子涡流损耗,提高电机的效率,采用ANSOFT有限元软件分析了高速永磁电机中气隙磁场和定子电流.研究了槽开口大小以及气隙长度对转子涡流损耗的影响,分析了利用涡流磁场的屏蔽作用,提出在永磁体外增加一薄层非导磁金属屏蔽环来减小转子铁心、永磁体和护套损耗的机理和有效性,以及屏蔽环的电导率和厚度对转子涡流损耗的影响.结果表明:在合理选取槽开口大小、气隙长度和非导磁金属屏蔽环电导率和厚度的情况下,添加非导磁金属屏蔽环可以有效地减小转子涡流损耗.

屏蔽电机的磁场与屏蔽层损耗的解析计算

分析了屏蔽电机磁场的特点，建立了似稳场的数学模型，用解析法求出了屏蔽电机的磁场分布，进而计算出屏蔽层的涡流损耗，并通过实验验证了解析方法的可行性．

支架搬运车闭式液压行走系统特性仿真及试验研究（英文）

用于井下煤矿生产的支架搬运车液压行走系统工况条件差、故障模糊性及随机性大、检测维修成本高且路试困难。针对此问题,首先根据A4VG型柱塞泵的机械结构及工作原理,采用参数化建模方法建立了系统联合仿真模型,分析了泵的压力流量特性及其控制回路运行特性;然后设计了系统试验台对柱塞泵及其控制回路特性进行了试验测试。结果表明:采用试验测试与仿真分析相结合的方法能有效地反映泵控回路维修结果,大大提高了维修效率,降低了成本。

用于核救灾机器人的电机驱动器安全防护

电子器件的抗辐射防护和热防护是核救灾机器人安全运行的前提。为了使核救灾机器人具有更强的可靠性和更长的工作时间,以机器人驱动核心部件——电机驱动器为研究对象,从提高自身耐辐射性能、增强屏蔽以及热防护角度出发展开研究:去除和替换辐射敏感元器件,紧密式排布安装驱动器以提高空间利用率;基于蒙特卡罗方法模拟屏蔽材料的组成成分与屏蔽效果关系;引入相变材料延长驱动器的工作时间。以上措施确保电子器件在环境温度100℃、辐射总剂量为4.95×10~5 rad情况下可以正常运行98 min,满足核救灾机器人的基本工作要求。

核电用屏蔽电动机绝缘

本文主要论证了屏蔽电动机的新型H级绝缘体系优于硅有机绝缘体系 。

永磁屏蔽泵的电磁场模拟分析

为提高永磁屏蔽泵的性能和缩短设计周期,以一永磁屏蔽泵为例,采用有限元Ansoft软件对永磁屏蔽电动机内部磁场进行了电磁场模拟分析.比较了2种不同内置磁路结构的磁场模拟结构,并分析了定转子气隙大小和屏蔽套等参数对整个永磁屏蔽电动机性能的影响,提出了永磁屏蔽电动机内置倒U形磁路结构合理性及改进屏蔽套设计的途径.研究了定子、转子屏蔽套内部磁涡流分布情况,并针对4种不同屏蔽套材料求解得到定子、转子屏蔽套涡流损耗数值.结果表明:屏蔽套内部存在对称分布磁涡流,定子屏蔽套上涡流分布较为集中,转子涡流损耗明显低于定子屏蔽套;定子、转子屏蔽套采用不导磁材料HASTELLOY-C能耗损失较小,满足设计要求.

高速表贴式永磁电机转子机械强度研究

针对高速永磁电机转子旋转产生较大的离心力的问题,对高速表贴式永磁电机转子强度进行研究,改进碳纤维保护套的转子应力分析方法。考虑到转子的实际温度与不均匀分布,建立基于温度场和应力场耦合的有限元模型,提高了转子应力计算的准确性;建立护套厚度和永磁体的装配过盈量的关系模型,基于多场考虑更加合理的选取护套厚度和过盈量;针对护套受弯曲应力的问题,提出了一种混合护套的方法。经过分析表明,混合护套可以降低护套的弯曲应力,提高转子的机械强度安全系数。