全周期无轴承开关磁阻发电机的设计

分析全周期发电模式下无轴承开关磁阻发电机(bearingless switched reluctance generator,BSRG)的悬浮机理和发电原理,利用等效磁路法推导全周期BSRG的一相磁场储能表达式。考虑到全周期BSRG的控制方式和主、悬浮绕组的电流波形,将两套绕组电流等效为方波;再根据机电能量转换原理,积分得到了利用方波电流峰值表示的平均转矩和平均悬浮力表达式。结合输出功率与平均转矩的关系,推导出了全周期BSRG的主体尺寸计算公式。利用平均悬浮力设计样机最大径向负载要求,并通过绕组峰值电流与气隙磁密的关系计算绕组的匝数。最后,基于所提方法设计了一台实验样机,并通过有限元仿真验证了所提方法的正确性。

三相串联励磁式无轴承开关磁阻发电机原理与实现

为减少无轴承开关磁阻发电机(BSRG)所需功率器件数目,提出了一种将相邻三相定子齿极上的励磁绕组串联的新型发电励磁方式。在详细阐述其工作原理的基础上,从两套绕组的电压方程出发,建立其电流模型,进而结合磁链-电流曲线分析不同发电模态下的机电能量转换过程。根据悬浮力数学模型,提出相应控制策略以实现电机稳定悬浮发电运行,实验结果证实了所提方案的有效性。

一种双定子型的磁悬浮开关磁阻双通道全周期发电机

针对传统磁悬浮开关磁阻发电机中发电绕组与径向力绕组以及径向力绕组之间存在非线性强耦合的问题,该文研究一种新型的双定子磁悬浮开关磁阻双通道全周期发电机。该电机采用内–外双定子结构,内定子悬浮极上设置悬浮力绕组,外定子发电极上设置激励和发电绕组。在结合电机结构说明悬浮和全周期发电原理的基础上,利用磁通分布以及绕组磁链的有限元计算结果分析了悬浮与发电绕组之间以及悬浮力绕组之间的耦合程度,建立了系统的数学模型和运行策略。该发电机的悬浮极和发电极均可双通道运行,二者具有独立磁路,且悬浮力不受转子位置角影响,可连续发电并提高供电可靠性。有限元及实验结果验证了所提方案的正确性和有效性。

一种双定子型磁悬浮开关磁阻起动/发电机的运行原理与实现

针对开关磁阻起动/发电机中存在的机械磨损问题以及传统磁悬浮开关磁阻电机中存在的强耦合问题,该文研究一种新型的双定子磁悬浮开关磁阻起动/发电机。就其基本机构、起动/发电原理、电磁特性等方面,与混合定子磁悬浮开关磁阻电机进行了比较,验证了其主绕组与悬浮力绕组以及两自由度悬浮力绕组之间具有的自解耦特性,并且推导了系统的数学模型,介绍了悬浮和起动/发电系统的控制方法。该起动/发电机采用内–外双定子结构,由内定子上的悬浮力绕组实现悬浮功能,由外定子上的主绕组实现起动和发电功能,主绕组与悬浮力绕组的导通区间不存在彼此制约,可提高绕组导通区域选择的灵活性,增强控制策略选择和研究的灵活性。

无轴承开关磁阻全周期发电机输出功率的建模与优化控制

针对12/8极无轴承开关磁阻全周期发电机(FPBSRG),从两套绕组的电压方程出发,推导了发电电流的分段解析式,基于此建立了发电机在励磁区间的输出功率的数学模型,并分析不同励磁区域对输出功率的影响;基于不同的励磁条件,分析了励磁区间对发电机续流阶段输出功率的影响;提出了励磁区间的优化方法,以实现FPBSRG输出功率的优化控制。试验结果表明了理论分析的正确性。

一种12/14极短磁路磁悬浮开关磁阻发电机

针对传统磁悬浮开关磁阻发电机内悬浮绕组和发电绕组间的强耦合问题,提出了一种新型短磁路磁悬浮开关磁阻发电机。该发电机定子极上设有相互独立的悬浮极和发电极,悬浮极上绕有悬浮绕组,发电极上绕有励磁绕组及发电绕组。本文阐述了该发电机的结构和运行机理,并根据虚位移法和绕组磁链的有限元结果推导了其数学模型,最后分析了其磁场特性。结果表明悬浮与发电子系统间相互独立,可实现悬浮绕组的独立控制。

串励式无轴承开关磁阻发电机的悬浮力特性研究

串励式无轴承开关磁阻发电机(BSRG)的稳定悬浮发电取决于对各绕组电流的合理控制,而在其运行状态和负载情况相同时,电流又取决于绕组电感和悬浮力,因此二者的准确计算是设计和控制该电机的关键。建立了串励式BSRG的二维有限元模型,计算了悬浮绕组电感。结合实际控制策略,在不同磁动势组合下,研究了串励式BSRG的悬浮力特性。

单绕组磁悬浮开关磁阻发电机励磁模式研究

为解决飞轮储能用磁悬浮开关磁阻发电机发电效率低、励磁功率不对称等问题,提出一种基于单绕组磁悬浮开关磁阻发电机(SWBSRG)的悬浮发电励磁模式。首先分析了SWBSRG的悬浮发电机理,研究了电机在全周期角度下的磁链特性和径向力特性,划分出励磁与续流发电的合理区间。然后根据虚位移法建立的等效磁路模型,推导出考虑耦合情况下绕组的电压方程和悬浮力模型。引入了零电压励磁模式,并以提高悬浮性能和输出功率为目标,给出了励磁角的优化过程。联合仿真结果表明,闭环系统在不对称励磁工况下输出电压平稳,验证了所述励磁模式的可行性和正确性。

一种新型无轴承开关磁阻发电机的设计

分析了一种转子由6个凸极和一个圆盘轴向叠加而成的12/6极混合转子结构无轴承开关磁阻发电机的发电原理与悬浮机理。利用等效磁路法,并将绕组电流等效为方波,结合平均转矩与输出功率的关系,推导出了无轴承开关磁阻发电机的主体尺寸计算公式。在不考虑转子偏心情况下,推导了电机悬浮力的表达式。根据设计样机的径向负载要求,在留有一定径向力裕量的基础上计算得出转子圆盘尺寸,并通过绕组峰值电流与气隙磁密的关系计算绕组的匝数。最后,基于所提方法,在Ansoft中建立12/6极混合转子结构BSRG实验样机的模型,验证了所提设计方法的正确性。