并网永磁同步发电机转子永磁体局部失磁特征量的计算与分析

针对永磁同步发电机转子永磁体在受到高温、大电枢电流、振动等因素影响出现的局部失磁故障,该文对1.5 MW、32极、并联支路数为4的分数槽永磁同步发电机的失磁故障特征进行了研究。首先建立了该发电机全域非对称运行时二维瞬态电磁场数学模型,采用场路耦合时步有限元法,分别对电机在无失磁以及不同程度失磁故障状态下的电磁场进行了计算。通过对失磁故障前后电机磁场分布、不同位置点磁密随时间变化轨迹、气隙磁场谐波含量、支路反电势波形以及各支路电流波形等特征量演变规律的研究,找出了电机失磁故障的特征,为永磁同步发电机失磁故障在线监测和诊断提供了理论依据。最后,通过对一台失磁故障400 W、10极永磁同步发电机的仿真计算与实验结果的对比分析,验证了计算方法的合理性。

高过载永磁同步电机的电磁特性

定子铁心饱和、电枢反应限制了永磁同步电机(PMSM)输出转矩的进一步提高,在一些应用场合电机的转矩密度无法满足需求。研究了永磁同步电机的转矩特性,提高了恒转速下的转矩过载能力。首先从PMSM的输出功率入手,分析PMSM的极限输出功率与输入电流、直交轴电抗和空载反电动势的关系。接着通过改变PMSM定子和转子结构参数,分析了不同槽、极比对电机转矩过载的影响;磁钢厚度对气隙磁密以及直交轴电感的影响;定子裂比对电机电磁转矩的影响;不同齿宽对电机输出转矩的影响。由此得到高过载永磁电机的设计方法。最后进行有限元分析和电磁设计,并研制了一台10倍转矩过载的PMSM。搭建了测功机实验平台,对比测试了高过载电机以及常规设计PMSM的电阻、电感与转矩-电流特性曲线。实验分析结果与有限元计算结果基本一致,验证了理论分析的正确性。

考虑交叉饱和影响的永磁同步电机稳态参数有限元分析

针对永磁电机相关控制策略及性能计算均需要准确地得到电感和磁链等稳态参数,而它们又受交叉饱和效应影响严重,常规方法无法准确计算的问题,以有限元为工具,分析了计算永磁磁链和直轴、交轴电枢反应电感的不同方法。研究了交叉饱和效应对永磁电机的直轴、交轴电枢反应电感的影响,提出由于交叉饱和效应导致的直轴交轴存在互感,以及直轴上的永磁磁势产生交轴磁通的问题。采用冻结单元磁导率的方法,将非线性场线性化,计算得到了稳态参数随直轴、交轴电流变化的趋势。通过对比,使用计算得到的稳态参数仿真结果和实际测试结果,在空载与负载条件下的吻合很好,证明了使用冻结磁导率法计算参数是可靠的。

自起动永磁同步电机起动过程退磁磁场的计算与分析

自起动永磁电机起动过程中的退磁磁场可能导致永磁体的不可逆退磁。为分析退磁磁场产生的原因,建立了计及饱和、涡流等多种因素影响的自起动永磁同步电机起动过程退磁磁场的时步有限元模型,并分项计算了永磁体作用、鼠笼异步电机效应及变频永磁发电机效应的影响。计算结果表明,重载起动时,从低速开始,永磁体内就出现波动变化的退磁磁场,并在接近同步速时退磁效应最明显;而空载起动时,退磁磁场仅波动一次,并在0.5倍同步速附近出现较强的退磁效应。由理论分析可知,在转速较低时,永磁体就存在退磁效应,其磁密呈波动变化的根本原因在于鼠笼异步电机效应与变频发电机效应的共同作用。算例计算结果验证了理论分析的正确性。最后通过实验验证了所提有限元计算方法的有效性。

液态金属磁流体发电机电枢反应分析

为研究液态金属磁流体(LMMHD)发电机内部感生电流产生的感应磁场对外部永磁磁路的影响,采用3D有限元法分析了不同感生电流下LMMHD发电机的磁路分布特点、永磁体工作点磁密及工作气隙磁密分布规律,得到了LMMHD发电机电枢反应特性。结果表明,LMMHD发电机内电枢电流产生的感应磁场使工作气隙磁场发生畸变,永磁体产生去磁效应,铁磁部件磁通密度增大、甚至达到磁饱和,磁路漏磁增大;当外磁路已达到磁饱和,电枢反应磁场减小工作气隙有效磁场分量、增大工作气隙端部漏磁,且在工作气隙中间区域产生Y方向磁场分量(电枢电流为X方向)。

永磁同步发电机电枢反应去磁效应的分析

永磁同步发电机越来越多地应用于风力发电。永磁体的矫顽力有限,必须防止永磁体的不可逆去磁。本文应用ANSYS软件,计算了永磁体在环境温度为 60℃时,电机突发短路条件下,最恶劣的去磁位置时的磁场分布,对实际的运行情况进行了计算分析。

新型无刷自励恒压输出三相同步发电机的研究

介绍一种新型无刷自励三相同步发电机。发电机的励磁电流是由电枢反应磁场的空间二次谐波所产生,无刷结构、自励磁,并且无需自动电压调节器,能在负荷变动情况下保持恒压输出。同时给出了1kW同步发电机的实验特性。

基于OBE的同步发电机电枢反应教学方案

成果导向教育OBE(Outcomes-Based Education)理念以学生学习效果为目标驱动,注重学生创造能力、实践能力和解决问题能力的培养,非常适合用于“电机学”的教学。本文以“同步电机发电机电枢反应”章节为例,详细介绍了基于成果导向教育的教学方案设计。以保证学生深刻理解电机电枢反应为驱动目标,通过学生运用Maxwell仿真软件建模发现问题,鼓励学生讨论发言,从现象思考问题本质。

航空稀土永磁同步发电机研究

根据稀土永磁同步发电机特点 ,分析研究了磁路和电枢反应计算方法 ,提出了等效处理算法 ,运用矢量图求解发电机运行特性。理论分析及设计结果与实测结果吻合良好 ,说明所提出的方法具有理论及应用价值。

利用负载磁场法求解永磁同步电动机的交直轴电枢反应电抗

永磁同步电动机电抗参数的准确计算对于电机性能分析与电机优化设计是至关重要的。介绍了一种基于电机任意运行工况下,利用有限元法求解永磁同步电动机的交直轴电枢反应电抗Xaq、Xad以及永磁体空载感应电压E0的方法。基于有限元法计算非线性负载磁场得出内感应电压Eδ和内功率角δi,进而推导得出Xad、Xaq和E0。并将此方法应用于求解一台额定功率630k W的船用表贴式永磁同步电动机的交直轴电枢反应电抗。

直流发电机与同步发电机交轴电枢反应的比较研究

主要解释了现行电机学书籍中关于直流发电机和同步发电机交轴电枢反应的差异。通过引入有效磁通的概念 ,理清了电机学中每极磁通概念的混乱 ;通过引入视在磁通的概念 ,使交轴电枢反应的效应在直流发电机和同步发电机中统一起来 。

凸极同步机引入双反应理论原因异议

提出同步电抗的数值求取和概念厘清具有同等重要的意义。转差法测量Xd、Xq既是双反应理论发挥作用的基础,也是其被引入的根本原因。

同步发电机理论的一个奇点与气隙中心论

指出传统电机学SG理论中电枢反应性质存在奇点,通过提出SG理论的"气隙中心论",解决了这一奇点问题,同时,否定了"转子中心论"。同时,还对电枢反应的旧定义进行了述评,并提出了电枢反应的新定义。

永磁同步发电机内阻抗对电压调整率的影响

通过相量法建立永磁同步发电机的内阻抗数学模型,研究了内阻抗特性及其对电压调整率的影响。结果表明,发电机内阻抗具有电流和功率因数角负反馈特性,可使电压调整率得到一定程度的改善;感性负载下的改善更多受益于发电机内阻抗的功率因数角负反馈,且中、低功率因数下电压调整率的改善效果主要取决于直轴反应电抗,阻性和近阻性负载下取决于交轴反应电抗;根据数值计算和分析确定了获得最佳电压调整率时电枢反应电抗标幺值范围为Xa*q≤0.12、Xa*d≤0.11。试验测量表明,电枢反应电抗处于最佳区域内可使电压调整率得到明显改善。

基于有限样本的永磁同步电机退磁故障诊断方法

针对永磁同步电机(PMSM)因样本数据稀少、可用性低、特征弱化和结构复杂等因素引发的退磁识别问题,提出一种融合稀疏自编码与最小二乘生成式对抗网络的退磁故障诊断方法。该方法首先采集PMSM的电磁转矩和磁动势分布数据构成有限样本集合,其次采用最小二乘生成式对抗网络对样本在保持特征分布一致的条件下进行标签化扩张,最后运用稀疏自编码网络和Soft max分类器对样本进行训练和分类,实现退磁故障的诊断与识别。在模型训练和故障识别过程中,一方面合理设计深度网络隐层节点、训练算法以及层数等影响学习效率的参数;另一方面训练优化网络并测试验证网络的优劣以提高故障诊断性能。经过多次试验,最终可实现PMSM退磁故障的有效诊断。

内置式永磁同步电机交、直轴电枢反应电抗的准确计算

为了提高永磁同步电机性能,采用电磁场有限元法、在不考虑永磁体作用的情况下、通过分别施加交、直轴电枢电流进行计算。计算交、直轴电枢反应电抗会带来很大误差。分析了产生误差的原因,在此基础上提出了一种新的计算方法,即考虑电机的实际运行情况和交、直轴之间交叉饱和的影响。计算结果与理论分析一致,具有一定实用价值。

双定子永磁同步电机电枢反应对气隙磁场的影响

为了研究双定子永磁同步电机两套定子绕组电枢反应对气隙磁场的影响,分别对双定子永磁同步电机内外定子空载、外定子负载内定子空载、外定子空载内定子负载和内外定子负载4种情况下,定子绕组电枢反应对内外气隙磁场的影响进行分析。通过建立等效磁路,推导出气隙磁密的解析表达式。经分析比较,结果显示外定子绕组电枢反应对外气隙磁场影响较大,其影响程度可由外磁路漏磁阻与外层永磁体内磁阻之比反映,而对内气隙磁场几乎无影响;同样,内定子绕组电枢反应对内气隙磁场影响较大,其影响程度可由内磁路漏磁阻与内层永磁体内磁阻之比反映,而对外气隙磁场几乎无影响。最后用有限元法进行仿真验证。

一种具有抑制匝间短路失磁能力的永磁同步发电机

绕组匝间短路故障是永磁同步发电机(PMSG)最为常见的故障之一,容易造成永磁体的不可逆失磁。为了解决失磁问题,提出了一种具有抑制匝间短路下不可逆失磁能力的特种PMSG。首先介绍了发电机的特殊结构,紧接着通过数学模型推导出抑制失磁的原理。利用Flux软件建立发电机的模型,对发电机在运行过程中突然发生的匝间短路故障进行仿真。以永磁体各点在短路过程中出现的最小磁密值是否低于相应温度下退磁曲线的膝点磁密值为判断依据,分析得到发电机在不同短路故障下永磁体的失磁情况,从而验证了抑制失磁的可行性。

三相同步发电机电枢反应电动势E_a与内功率角Ψ关系的研究

讨论三相同步发电机电枢反应电势Ea 与内功率角Ψ的关系 ,研究了当内功率角Ψ变化时 ,三相同步发电机电枢反应电势Ea 的最大值和最小值 ,并绘出了Ea 随Ψ变化的曲线 .说明电枢反应的性质取决于电枢磁动势 Fa 与励磁磁动势 Ff 的空间相对位置 ,而这一相对位置仅与空载电动势 E0 和负载电流 In

考虑磁场饱和的双定子永磁同步发电机的磁路模型

双定子永磁同步发电机(DS-PMSG)包括内外两个定子和中间的转子,一般的电磁场计算软件计算比较困难。建立DS-PMSG的磁路计算模型,利用铁磁材料的磁化特性曲线考虑磁场饱和,并同时考虑内、外两套绕组电枢反应对永磁磁场的影响,可对电机的性能参数进行计算,便于设计变量的及时快速调整。通过对1台3.3kW样机的磁路计算和有限元计算的比较,证明了该模型的有效性和实用性。