Analytical model and finite element computation of braking torque in electromagnetic retarder

An analytical model has been developed for analyzing the braking torque in electromagnetic retarder by flux tube and armature reaction method. The magnetic field distribution in air gap, the eddy current induced in the rotor and the braking torque are calculated by the developed model. Two-dimensional and three-dimensional finite element models for retarder have also been developed. Results from the analytical model are compared with those from finite element models. The validity of these three models is checked by the comparison of the theoretical predictions and the measurements from an experimental prototype. The influencing factors of braking torque have been studied.

轴向双分裂发电机变压器漏磁场及穿越短路阻抗计算与分析

由于轴向双分裂发电机变压器绕组结构复杂,其短路阻抗较难准确地计算。为此,以1台轴向双分裂发电机变压器为例,建立了漏磁场和等效电路模型,对其进行了3维和2维漏磁场分析。并采用漏磁链法和场路耦合方法进一步计算了不同工况下的穿越短路阻抗以及分裂支路电流分配问题,将计算结果与实验值进行对比分析。结果表明:对于短路阻抗的计算,采用场路耦合的3维有限元法比2维有限元法及漏磁链法更接近实验值,3维有限元法计算误差<2%,而漏磁链法最大误差达到了7.2%;与漏磁链法相比,3维有限元法能够更精确地计算变压器的漏磁场以及分裂支路电流分配问题。对分裂变压器短路阻抗的计算研究为分裂变压器的合理设计提供了参考依据。

管坯电磁胀形磁场特性及磁压力分布

电磁成形理论涉及电磁学与塑性动力学,磁压力研究是其理论研究的基本问题之一。采用有限元法是提高磁压力求解精度的有效途径,而确定求解区域及其边界上的磁场特性又是有限元方法的关键问题。采用解析方法求解管坯与线圈同轴放置时的磁场,确定了有限元的求解区域及该求解区域边界上的磁场特性。在此基础上通过有限元计算得到了螺线管线圈和阶梯形线圈胀形时的磁场场景和磁压力分布,并通过管坯自由胀形试验验证了磁压力分布。

无刷双馈电机时步有限元分析

为准确计算无刷双馈电机的暂态或稳态特性及其相应的磁场分布,提出一种场路耦合运动问题的二维时步有限元方法。其特点是:铁心饱和以及转子导条集肤效应可以直接在场的计算过程中加以考虑;采用的电路方程可以方便地处理无刷双馈电机定子绕组和转子端环的各种特殊连接方式,电压源可以是任意电压波型;三维端部效应可以通过传统的方法在电路参数中加以修正;采用耦合与约束方程来处理转子转动问题,而无须不断地对转子重新进行刨分。通过一台样机的算例和实验结果对比,表明所提出的方法是可行的。

车用永磁式缓速器电磁场分析方法

分析了新型行车辅助制动装置—永磁式缓速器制动机理,提出了永磁式缓速器磁路计算模型,由Maxwell方程导出了导体产生电涡流场定解问题。采用有限元法建立了分析模型,通过对有限元分析结果和试验仿真结果进行对比,说明本文的分析模型和计算方法是有效的方法,可用于工程实践。

35kV真空断路器永磁操动机构的研制

文章给出了真空断路器永磁操动机构的磁场计算方法,分析了永磁机构中的磁场分布和铁心受力。在计算的基础上研制了35 kV真空断路器永磁操动机构样机并进行了实验。该永磁机构采用了圆柱形双稳态永磁机构,并通过对线圈和弹簧的设计与调试得到了满意的断路器分合闸性能。

双转子直驱式永磁风力发电机设计研究

为了保证双转子永磁风力发电机的两个转子等速对转,研究此发电机的设计方法。分析定子耦合磁场并联磁路和串联磁路交替的特点,建立基于并联磁路的等效磁网络模型。采用不同的永磁材料和转子尺寸配合的方法,保证稳态时双转子产生等大反向的转速,并设计双转子转速跟随的矢量控制策略,使风场紊乱时双转子维持等速。有限元分析和实验结果显示,内外电机的电流频率和相位基本相同,输出电压畸变较小。

300Mvar隐极同步调相机突然短路端部电磁力分析

同步调相机是比较理想的高动态响应动态无功补偿装置,当系统发生三相突然短路等严重故障时,同步调相机能快速地吸收或发出无功功率以支撑电网电压稳定。对于300Mvar等级的同步调相机,三相突然短路时定子绕组端部将承受极大的动态电磁力冲击,对其准确计算是设计大容量同步调相机端部结构的关键问题之一。本文以300Mvar空冷隐极同步调相机为例,提出同步调相机端部磁场的三维计算模型和定子绕组端部电磁力的计算方法,并对调相机在出口端发生空载三相突然短路时的端部电磁场分布、定子绕组端部电磁力进行了分析。

500kV自耦变压器绕组短路特性分析

因自耦变压器具有体积小、效率高、电压变化率低等优点,目前被广泛应用在特高压建设的骨干网架中,但近年变压器短路频发,对电网带来严重影响,而500 kV等级自耦变压器所占比例很大,因此对500 kV自耦变压器短路性能展开研究非常重要。为此,基于有限元方法,根据实际500 kV自耦变压器参数,建立了绕组的场–路耦合模型,验证模型的正确性,并根据绕组实际电气连接特点,考虑低压–公共绕组运行和公共–串联绕组运行两种情况,计算绕组漏磁场和短路电动力并进行对比分析,总结漏磁密及电动力分布相应规律,所得结果可大大提高电网的安全可靠性。

二维电磁场—路耦合仿真软件的开发与应用

文中详述了一种二维瞬态电磁场与任意拓扑电路耦合仿真的原理及相应仿真软件的开发过程。根据直接耦合的思想,电路中的每个部件都视作一个有限元单元,而电路区域与电磁场区域通过细导线单元或粗导体单元联系起来,可实现任意拓扑电路与二维瞬态电磁场的耦合计算。文中详述了每种类型单元的单元方程的推导过程,并给出了单元刚度、质量和载荷矩阵的具体形式。为验证所开发软件的正确性,将其应用于一台7.5 kW永磁电机空载、正弦电流激励及PWM电压激励下的特性仿真,并与实测值进行了对比,验证了所开发软件的正确性。此外,通过对比正弦电流激励下和PWM电压激励下的计算损耗与实测值,证明了在永磁电机损耗计算中考虑PWM谐波电压影响的重要性。

基于有限元法对35kV干式空心并联电抗器磁场分布的研究

干式空心并联电抗器是用于调节电网功率平衡的感性高压电器,它的安全运行对电网的稳定性、防止系统谐振等有着重要作用。基于干式空心电抗器的柱状绕组与螺线管的相似性,从场的角度,参考毕奥-萨伐尔定律对螺线管磁场的求解,提供干式空心并联电抗器磁场计算的方法。通过ANSYS的电磁平台建立35 kV干式空心并联电抗器有限元模型,采用数值分析中的有限元法,从场路耦合的角度,较为直观地分析了干式空心并联电抗器在工频下的磁场分布,并研究绕组工艺对电抗器包封磁场分布的影响。仿真结果表明,空心电抗器的磁场分布呈对称性,磁场大小以轴向分量为主;匝数减小,能降低端部绕组磁场的集聚,能减小外侧包封中心部位中的漏磁。