异步机定子磁势磁密关系研究

提出了磁势导密法,并据此论证了基波磁势能够同时产生基波磁密和谐波磁密;谐波磁势可能同时产生谐波磁密和基波磁密。

磁导相位偏置技术及其在压缩机电磁噪声抑制中的应用

针对空调压缩机振动噪声过大问题,该文提出一种磁导相位偏置技术(magnetic permeance phase bias,MPPB),通过引入谐波磁导附加相位,实现定转子谐波磁密相位的偏置,从而降低负载谐波磁密幅值,达到削弱两倍电频率(2f_(e),其中f_(e)为基波电频率)低阶电磁力的目的。首先,通过解析法分析谐波磁导附加相位对谐波磁场幅值的影响规律;其次,设计并提出一种偏心弧齿结构,以一台9槽6极永磁同步电机作为研究对象,通过有限元法,分析MPPB对谐波磁导相位和定转子谐波磁密相位的影响规律,对比负载2次磁密幅值以及径向电磁力密度的降低幅度;最后,通过电机振动测试、压缩机噪声测试以及空调系统噪声实验,对比磁导相位偏置结构和常规结构的振动加速度、噪声,验证磁导相位偏置技术理论的正确性以及该技术对电磁噪声抑制的有效性。

改进气隙磁导计算的混合励磁电机建模与分析

针对等效磁路(EMC)模型中气隙磁导分段建模复杂、容易引入误差的问题,将槽漏磁磁路集中在气隙中,通过计算等效气隙长度的空间分布,将气隙磁导计算转化为与等效气隙长度相关的积分。此外,通过分析混合励磁开关磁链永磁(HESFPM)电机导磁桥饱和现象的机制,采用分子区域建模的方法,提出一种考虑槽漏磁、永磁体极间漏磁及导磁桥不均匀饱和的EMC模型。以一台12槽10极的HESFPM电机为例,将所提EMC模型分别与有限元分析(FEA)法、实验结果进行对比。结果表明:所提EMC模型在保证电机电磁性能计算精度的前提下,计算时长仅为FEA仿真的0.12%,极大地提高了计算速度。

异步起动永磁同步电动机齿槽转矩的削弱

由于异步起动永磁同步电动机的定转子双边开槽,增加了其齿槽转矩的特性分析及削弱措施研究的难度,现有针对该类电机齿槽转矩的削弱措施效果有限。首先,基于永磁体单独作用时的气隙磁密分布、定转子开槽引起的气隙磁导函数分布的解析模型,建立了齿槽转矩的解析分析模型;然后,研究了能有效削弱齿槽转矩的电机结构参数确定方法;最后,以一台18.5 kW样机为例,确定了能有效抑制电机齿槽转矩的定子齿宽、转子齿宽。结果显示,与现有削弱措施相比,确定的定子齿宽、转子齿宽能进一步将齿槽转矩削弱46.64%、65.98%,并且不会对电机的运行性能产生显著影响。

直井随钻测斜磁流变液式负脉冲发生器研究

随钻测量是掌握井下实时钻进信息并在此基础上进行优化控制的最佳手段,目前在油气钻井中已大量应用。钻井液压力脉冲传输是随钻测量信号传输的主要方式,虽然应用广泛,但在传输速率、功耗和精度等方面仍存在较大提升空间。为此,研发了一种用于随钻测斜的磁流变液式负脉冲发生器。阐述了磁流变液式负脉冲发生器的结构与工作原理,设计了磁流变液式负脉冲发生器的结构模型;基于麦克斯韦方程组、安培环路定理和高斯磁通定理,确定了影响脉冲发生器制动性能的参数,主要有电流、磁流变液材料参数和磁导绕管壁厚等;在选定类型磁流变液材料的基础上,基于ANSYS Electronics软件研究了电流、磁导绕管壁厚等参数对感应电磁场强度及其分布特性的影响。研究所得的结构模型、理论分析方法、仿真分析结果等可为磁流变液式负脉冲发生器的开发提供支撑,促进随钻测量技术的发展。

有铁心永磁直线电机初级匝间短路故障分析

在有铁心永磁直线电机(permanent magnet linear machines,PMLM)初级匝间短路故障分析中,对初级短路环电流的分析十分重要。该文提出采用磁动势–气隙磁导模型与电枢绕组故障等效模型结合的解析方法,计算任意初级位置发生的匝间短路故障短路环电流。首先根据永磁、电枢磁动势与开槽情况下的气隙磁导函数分别计算通过短路环的永磁、电枢磁链,然后通过矢量合成法得到短路环中的实际磁链以及瞬时短路电流。基于有限元方法证明解析法的正确性并探究不同短路故障匝数、不同短路故障位置对电机性能如短路环电流、相电流、推力的影响。最后制造一台样机验证有限元分析、解析法计算结果的正确性。

隐极整流同步发电机负载气隙磁密分布解析计算

针对隐极整流同步发电机负载气隙磁场解析计算问题,应用分布磁路法,建立交流负载工况下的气隙磁路解析模型,可考虑磁路饱和的影响;应用保角变换法,建立定、转子开槽下的气隙相对比磁导函数,可考虑齿槽效应、绕组槽型结构的影响。通过将解析结果与有限元仿真结果对比表明,考虑齿槽效应后的气隙磁密解析计算波形与有限元仿真得到的结果吻合较好,其中解析计算得到的基波磁密幅值准确度较高,相对误差小于1%,同时采用解析方法的计算时间仅需几十秒,相较于有限元法1个小时以上的计算时长,实现了对负载气隙磁密分布的快速解析计算,从而验证了分布磁路法计算负载工况下气隙磁场的有效性和效率,对该类电机的磁路精确设计和电磁性能分析具有一定的理论指导意义。

采用统一磁路及空载试验的变压器饱和模型

为了精确地对变压器饱和进行仿真并建立变压器饱和模型,提出了一种基于统一磁路(UMEC)模型及空载试验的变压器饱和新模型。该模型利用UMEC来表示磁路中各个磁导之间的关系,并采用变压器空载试验获得电压、电流有效值曲线和功率损耗曲线,通过分段线性化方法得到变压器励磁磁导与电流之间的关系而近似表示磁路的饱和。该模型充分利用了UMEC模型的优点,如无需绕组匝数、铁芯横截面积和铁芯长度,以及UMEC模型中铁芯磁导和铁轭磁导之间存在的关系,使得通过励磁支路的非线性也间接地反映了铁轭的非线性;同时,其励磁支路的非线性只需通过简单的变压器空载试验就可获得。仿真计算表明,该方法既具有较高的仿真精度,且由于参数易得,在实际工程中推广使用方便。

双凸极变速永磁电机的变结构等效磁路模型

建立了双凸极变速永磁电机的变结构等效磁路模型 ,推导了气隙比磁导计算公式 ,通过求解所建立的非线性等效磁路方程 ,以计算电机的静态特性。计算中计及铁磁材料的非线性以及永磁磁场与电枢反应磁场之间的相互影响。通过引入适当的修正系数 ,使计算结果与有限元结果吻合。以新提出的 12 / 8极双凸极永磁电机为算例 ,对电机的永磁磁链 ,空载电势 ,电感等静态特性进行了全面的分析计算 ,并考虑了转子斜槽对静态特性的影响 ,所得结果与实测值一致 ,基金项目 :国家自然科学基金资助项目 (5 95 0 70 0 1)。表明该文所提出的分析理论和方法可以快速、有效地分析计算双凸极永磁电的磁场及静态特性 ,适合于需要考虑不同结构参数对电机特性影响的应用场合 。

斜槽电机中绕组电感参数的解析计算方法

采用斜槽可以减小电机的齿谐波电压,且可以大幅降低高频的电磁转矩脉动,从而改善电机的性能。由于采用有限元法分析这类电机性能时,计算过程比较复杂,而且比较耗时。因此,提出一种计算斜槽条件下的绕组电感参数的解析方法,基于二维坐标系中的气隙磁动势和磁导概念,利用空间谐波分析方法,计算出各绕组的气隙电感参数。利用所述方法,对比分析了不同斜槽角度对某台同步电机电感参数的影响,并且在一台定子斜一个槽距的同步发电机上进行了实际测试,实测结果验证了该方法的有效性和准确性。

磁通反向电机的变网络等效磁路模型

磁通反向电机(Flux-Reversal Machine,FRM)是一种新型双凸极永磁电机,当前对FRM的研究大都基于有限元分析法进行,但该方法在分析速度和使用的方便性上尚不令人满意。本文基于变网络等效磁路法分析FRM,建立了FRM的变网络等效磁路模型,推导了气隙磁导计算公式,并用节点磁位法得到FRM的非线性等效磁路方程,通过求解该方程,对电机的绕组磁链、空载感应电动势、电感等静态特性进行了分析计算。实验结果表明了所述理论和方法的正确性和有效性。

径向充磁圆筒永磁直线同步电机磁场和推力解析计算

介绍了一种基于标量磁位分离变量法(圆柱坐标)的径向充磁圆筒永磁直线同步电机磁场解析计算方法。利用该解析法理论分析了无槽电机的气隙磁场,得到了气隙磁场的轴向和径向磁场分布的解析结果;同时对有槽电机引入了卡特系数并利用许-克变换构造了考虑齿槽效应的气隙相对比磁导函数,得出了径向磁通密度的解析表达式;此外,文中还利用解析法计算了无槽电机的推力;通过有限元数值算法对磁场和推力进行计算,结果表明,该电机气隙磁场及电磁推力的两种计算方法的结果误差很小,验证了解析法的正确性和实用性。最后给出了无槽型实验样机的径向磁场分布以及电机额定负载时的推力实验结果,验证了样机分析和设计的正确性。

基于改进磁场分割法的开关磁阻电机径向力波抑制能力解析计算

电磁振动的抑制是开关磁阻电机研究的热点问题之一。因此提出了一种基于抛物线弧改进的磁场分割法,用于复杂定子、转子形状的开关磁阻电机气隙磁导计算。基于改进磁场分割法,提出了一种开关磁阻电机径向力波抑制百分比的解析计算方法,通过转子形状改变带来的气隙磁导的变化,以比值方式计算了径向力波的抑制程度,可以为基于改变定子、转子形状的振动抑制设计提供依据。以转子两侧开槽的开关磁阻电机为例,分别使用基于抛物线弧和椭圆弧的磁场分割法计算了绕组电感和径向力波抑制百分比,并与有限元分析和样机试验结果进行对比验证,结果表明改进的磁场分割法和径向力波抑制百分比计算方法是正确、有效的。

一种气隙磁导谐波引起的永磁体涡流损耗的解析计算方法

针对3D有限元软件计算永磁电机永磁体涡流损耗耗时长,永磁体涡流损耗精确解析模型复杂,参数变量间对应关系不明晰等问题,采用槽口位置的局部解析建模方法,重新建立坐标系,研究与槽口位置对应的永磁体内磁密变化规律,并对磁密波形进行简化分析,提出一种气隙磁导谐波引起的永磁体涡流损耗的简化解析计算模型,该方法可直观反映出永磁体涡流损耗的主要影响因素,且计算耗时短。利用3D有限元和实验结果对该简化解析模型计算结果进行验证。基于该简化解析模型分析得出影响槽口位置永磁体磁密变化的主要因素为槽口宽度与等效气隙长度之比和槽口宽度与定子齿距之比,进而研究了主要影响因素对气隙磁导谐波引起的永磁体涡流损耗的影响规律,并提出相应的参数优化方法。结果显示,优化后样机永磁体涡流损耗降低了90.2%,损耗抑制效果十分明显。

定子开槽永磁同步电机气隙比磁导解析计算

采用镜像和保角变换相结合的方法计算定子开槽永磁同步电机的气隙比磁导。以光滑转子铁磁表面为镜面,将定子开槽永磁同步电机气隙原像及其镜像作为解析模型,经过多次保角变换得到气隙比磁导解析公式。解析模型考虑了齿槽之间的影响、定子开槽对气隙磁场径向分量和切向分量的影响,解析公式可用于定子开槽永磁同步电机的励磁磁场、电枢反应磁场、电磁力和齿槽转矩。在解析模型的基础上,对某定子开槽永磁同步电机单个齿槽指定路径上和气隙区域内气隙比磁导进行求解,与有限元结果相比较,表明了所提解析方法的准确性。

永磁式异步磁力耦合器漏磁系数计算

针对磁路法、有限元法及磁力线闭合回路法计算永磁式异步磁力耦合器(Permanent Magnetic AsynchronousCoupling,PMAC)漏磁系数的各种缺陷,将积分法与区域划分法相结合,对PMAC进行漏磁系数分析与计算。按PMAC永磁体的漏磁通路径对其进行几何图形划分与归纳,并按几何图形所形成的积分路径建立漏磁导数理模型,保证了漏磁系数计算的完整性及通用性。所提出的方法适于计算机编程,可对PMAC的励磁系统进行结构参数分析与优化。

凸极同步电机非均匀气隙磁导的计算

在简要介绍了等效磁路法模型进行电机仿真分析的方法后，对气隙非均匀的凸极同步电机的定子齿与转子齿之间的气隙磁导计算方法进行了分析与研究，推导出了在任意转子机械角位移下的气隙磁导及其对角位移的一阶和二阶导数的计算方法。文中给出了一个计算实例。

电励磁爪极发电机气隙磁场解析模型

为了对电励磁爪极发电机的性能进行快速计算和分析,提出一种新的气隙磁场解析计算模型.利用傅里叶级数分解推导空载气隙磁动势、电枢反应磁动势和气隙磁导,基于磁势和磁导得到空载气隙磁场和电枢反应磁场,同时引入修正系数考虑转子极爪形状和定子开槽的影响.通过有限元方法和试验结果验证了该解析模型的准确性.该模型建立了爪极电机的气隙磁场与电机参数之间的关系,适合在爪极发电机的初始设计阶段对其气隙磁场进行快速计算和性能优化.

轴径向气隙混合磁路多边耦合电机非线性模型及性能参数的定量研究

文中提出一种轴、径向气隙混合磁路结构多边耦合电机,针对轴、径向气隙混合磁路多边耦合电机的结构特点,基于齿层比磁导概念,建立了电机的齿层磁参量数据库,进而建立了电机的非线性模型。利用该非线性模型定量计算了具体轴、径向气隙混合磁路多边耦合电机不同励磁条件下的最大静转矩,并进行了实验验证,定量计算了不同条件下的旋转感应电势以及各绕组的平均电感和平均互感。研究表明文中所述内容为轴、径向气隙混合磁路多边耦合电机的分析设计计算提供了有效方法。

多相高速混合励磁发电机气隙磁场解析研究

基于提高功率密度和电励磁调节能力的需求,提出一种并列式转子结构多相高速混合励磁发电机,其永磁转子为离散halbach结构,电励磁转子为隐极结构。分别给出永磁转子和电励磁转子的无槽气隙磁场模型,并给出定子和电励磁转子各自单独开槽时的复数相对气隙磁导计算方法。对于电励磁转子,转子磁路饱和的影响也被考虑。在此基础上建立并列式转子混合励磁发电机的开槽气隙磁场模型,并针对气隙磁密和空载电压进行了解析分析。研究结果表明:解析结果与有限元结果较为一致,验证了解析法用于混合励磁发电机设计的可行性与正确性。