基于多物理场仿真的跨坐式单轨车用永磁牵引电机综合设计

针对跨坐式单轨车辆牵引用下一代驱动电机的技术特点和发展趋势,基于国家“双碳”战略大背景下,提出了跨坐式单轨车辆用永磁同步牵引电机的动力牵引方式。现以跨坐式单轨车辆给定的技术指标和要求,通过电磁场、温度场及应力场的多物理场综合设计方法,研制了一台105kW永磁同步牵引电机,从跨坐式永磁牵引电机的技术特点、电机关键问题的解决、特殊结构的设计等方面进行了重点研究,并研制了样机进行了测试,验证了所设计的跨坐式永磁牵引电机方案的可行性,并实现一列车的装车应用。

高速动车组永磁同步牵引电动机热管理技术研究

针对高速动车组永磁牵引电机高功率密度、高效率的技术要求,介绍传统冷却方式下电机的冷却存在的问题,创新性地提出了新型多路并联全域高效冷却结构,详细说明了新型水冷结构的设计、仿真以及试验验证结果。试验结果表明,该永磁电机冷却结构设计合理,在各种工况下均温度分布合理、具有良好的性能表现,满足高速动车组复杂的运用工况要求,同时性能指标优于国外竞争对手。

压缩机用直线振荡电机频率跟踪控制

作为一种新型压缩机,直线压缩机具有效率高、体积小、噪声和震动小的优势,但要发挥其效率高的优点,需对驱动频率进行控制,以跟踪其机械谐振频率。针对该特性,提出了一种基于二阶广义积分器(SOGI)和双相关相位检测算法的直线振荡电机频率跟踪控制算法。该控制算法与基于位移电流积平均值(ASCP)的频率跟踪控制算法相比,具有动态响应快、变工况下运行稳定的优点,且增强了对外界干扰的抑制效果,提高了控制系统的稳定性。仿真和实验表明,所提出的控制算法可以快速跟踪电机固有频率,验证了理论的合理性和有效性。

基于响应面法的牵引电机风道散热筋结构优化

对于轨道交通牵引电机来说,强迫风冷是一个有效降低电机温升的散热方式。为了使电机的散热效果达到最佳,现对某轨道交通牵引电机风道结构进行了建模与仿真。同时采用响应面法,以风道内定子铁心散热筋厚度、数量、高度作为研究对象,定子温升与风道压降作为响应值,对风道内部铁心散热筋结构进行优化设计。结果表明:对定子铁心温升和通道压降的影响从大到小排序为:铁心散热筋数量、高度和厚度。经响应面优化,结构参数组合为:铁心散热筋厚度为0.5mm、数量为7、高度为9.2mm。同时对优化参数进行了数值模拟验证,定子温升与风道压降的响应面预测值与数值计算值仅仅相差1.57%和0.82%,从而验证了响应面模型的有效性。

车用驱动电机电磁噪声多目标优化研究

通过多物理场分析方法对电驱系统NVH问题进行识别,对某动力总成NVH问题根因进行定位,并借助遗传算法对电驱系统NVH问题进行优化。阐述了在进行电驱系统NVH问题优化时,目标选择、参数选择、约束条件制定的基本原理。优化方法能显著降低电驱系统的电磁噪声,研究方法为电驱系统NVH问题分析优化提供了一种有效思路。

基于ANSYS有限元分析的风力发电机机座设计分析

针对机座出线的强度问题,运用Pro/ENGINEER建立机座的实体模型,采用ANSYS仿真技术对风力发电机机座的静态特性及疲劳强度进行分析,为设计提供合理的理论依据。通过对比分析:优化后机座性能有较大提升,采用有限元分析技术不仅可以减轻工作量,缩短设计周期,而且能提高分析精度。

同心笼次级直线双馈电机静态端部效应补偿策略

同心笼次级直线双馈电机是由无刷双馈感应电机演变而来的一种新型直线电机,在城市轨道交通中具有良好的应用前景。然而,因初级铁心开断导致的静态端部效应,电机绕组中含有较大的负序电流和直接耦合电流。针对该问题,该文提出了一种基于脉振电压矢量前馈和静态端部效应电流抑制的补偿策略。首先,分析了静态端部效应在初级绕组中产生的谐波电流成分,推导了产生静态端部效应电流的脉振电动势,并采用脉振电压矢量前馈对其进行抑制;然后,基于混合二阶-三阶广义积分器及瞬时对称分量法,将各频率电流正负序分量变换到同步旋转坐标系中进行控制,以进一步抑制负序电流和直接耦合电流,从而对静态端部效应进行有效补偿;最后,通过仿真和实验验证了静态端部效应补偿策略的有效性。

电动汽车用驱动电机电磁噪声仿真方法研究

电动汽车的噪声、振动和声振粗糙度(NVH)与燃油车有较大的不同,尤其是电机的高频电磁噪声,很容易引起消费者的投诉。文章对电磁激励、结构的仿真及试验模态等进行了分析和研究,并在此基础上,计算了电机系统阶次的等效声功率,为纯电驱动电机的噪声分析及解决提供了指导。

中低速磁浮直线感应电机轻量化研究

以中低速磁浮直线感应电机为研究对象,在确保推力、法向力、机械结构等均满足使用要求前提下,提出一种轻量化方法,即利用有限元仿真软件对直线电机进行电磁分析,发现原电机初级铁心轭部利用率较低,通过改进其轭部结构实现电机减重,轻量化后的直线电机相较改进前初级铁心轭部利用率提高50%,重量减轻22.5%。

基于周期性半模型的中低速磁浮用直线电机的性能计算分析

中低速磁浮列车直线感应电机磁路不对称且受纵向及横向边端效应的影响,性能计算困难。文章分别采用磁路法、二维有限元法及三维有限元法进行了直线电机的牵引力及法向力计算,在全模型三维有限元仿真基础上提出采用周期性半模型有限元仿真方法进行电机性能仿真,并搭建了中低速磁浮列车直线电机静态测试平台进行测试验证。通过对比测试发现,周期性半模型三维瞬态有限元仿真测试的牵引力与平台测试结果偏差3.9%,与全模型有限元仿真结果一致;但与全模型方法相比,采用周期性半模型方法的计算时间可缩短约40%,这样既兼顾了电机特性计算的准确性,又提高了计算速度。基于周期性半模型方法可以在直线感应电机设计阶段实现计算的最高准确性,从而降低直线感应电机因无法进行台架性能测试所带来的设计风险。

基于在线参数辨识补偿的直线感应电机低开关频率模型预测控制策略

为降低变换器硬件成本及开关损耗,强电流大功率的轨道交通用直线感应电机及驱动系统通常需运行在低开关频率模式下。但是,传统的低开关频率控制方法经常会在引入较为严重的谐波电流和推力波动的同时放大微处理器离散化带来的影响,从而恶化观测器性能。针对该问题,该文提出一种带在线参数辨识的多步长有限集模型预测控制策略,可有效降低低开关频率下的电流谐波,同时利用高精度参数增强系统的可靠性。首先,采用目标函数带开关项的模型预测控制算法,实现了高采样频率下的低开关频率控制,并借助多步长模式成功抑制了因开关频率降低所引起的谐波含量上升等问题。其次,详细对比分析了两种方法控制下的低开关频率模式对观测器性能的影响。基于分析结果,同时考虑到轨道交通用直线感应电机中励磁电感受边端效应影响程度较深,进一步综合分析了该模型预测方法的参数敏感性并引入参数在线辨识算法,实现了低开关频率下的励磁电感的精确估计,提高了模型预测控制算法的预测精度和参数鲁棒性,降低了驱动系统的谐波含量。大量仿真和实验充分表明,所提出的方法可很好地实现低开关频率下直线感应电机励磁电感的准确跟踪,配合多步长模型预测控制算法,可对驱动系统电流谐波进行有效抑制。

永磁同步直线电动机动子清洁装置的设计

针对永磁同步直线电动机在矿山运输系统中动子吸附铁屑和磁性尘沙的问题,现提出了一种可以安装在定子上的清洁装置,通过设计清扫吸附装置的结构,应用有限元仿真软件计算动子吸附铁屑和磁性尘沙的受力情况,使用流体仿真软件计算清洁装置清除动子表面铁屑和磁性尘沙所需的风量和风速。通过清洁装置的样机试验表明,清洁装置具有良好的清扫和吸附铁屑、灰尘的能力,达到永磁同步电动机永磁体动子表面清洁的效果。

考虑端部效应的同心笼次级直线双馈电机等效电路

同心笼次级直线双馈电机相关研究十分匮乏,其端部效应特征尚不明确,亦未有能体现其端部效应的等效电路,严重制约了该类电机的进一步发展。针对上述问题,该文对同心笼次级直线双馈电机静态及动态端部效应分别进行深入分析,并建立考虑端部效应的等效电路。首先,基于短初级直线电机绕组理论,阐明静态端部效应下直接耦合的产生机理,明确直接耦合感应电动势的分布特点,推导出直接耦合作用下的等效阻抗;然后,基于电机中的电磁关系,分析电机稳态运行时同心笼的过渡过程,计算出动态端部效应修正系数;随后,基于端部效应分析结果并结合传统无刷双馈电机等效电路拓扑,建立同心笼次级直线双馈电机等效电路,推导电机推力表达式;最后,通过静态端部效应和动态端部效应的有限元仿真及实验,间接验证了分析结果的合理性。

重复脉冲极性及占空比对变频电机绝缘局部放电起始电压的影响研究

研究重复脉冲电压参数对变频电机绝缘局部放电起始电压(PDIV)的影响规律,有利于低压散绕电机的绝缘性能评估。本文搭建了重复脉冲及正弦电压下的局部放电测试系统,通过对双绞线施加不同电压波形,研究了重复脉冲极性及占空比(0.01%~70%)对I型变频电机匝间绝缘PDIV的影响规律及机理,分析了正弦与脉冲电压下PDIV测试等效条件。结果表明:占空比为50%时,脉冲电压双极性下试样PDIV约低于单极性下PDIV的12%;随着脉冲占空比的增加,单极性下PDIV值逐渐升高,双极性下PDIV变化较小,但呈现先增加后减小的趋势;当单极性脉冲占空比为10%以下,双极性脉冲占空比为30%~70%时,与正弦电压下PDIV测试值最接近。对此,采用脉冲电压测试电机绝缘PDIV时,需考虑占空比的选取;且在一定电压参数下,正弦与脉冲电压PDIV测试基本等效。

低压散绕变频电机绝缘薄弱点定位方法研究

根据IEC相关标准,采用重复脉冲和正弦电压测定变频电机绝缘系统PDIV,是评估低压散绕变频电机绝缘性能的关键手段。然而,现行IEC标准难以识别定子绕组绝缘薄弱点。对此,联合重复脉冲和正弦PDIV离线测试技术,提出定位变频电机绝缘薄弱点的"三步法":首先采用重复脉冲电压测定电机匝间绝缘PDIV;然后利用正弦电压测定相间及主绝缘PDIV,并与匝间PDIV对比,确定电机绝缘薄弱点;最后通过测试电机在不同接地方式下的PDIV,可定位绝缘薄弱点是否位于定子绕组首端。另外,通过定子绕组电压分布仿真、3个商用电机薄弱点识别及电机寿命实验,综合验证了上述方法的可行性。此研究可实现变频电机绝缘薄弱点的有效定位,提升电机绝缘潜在风险诊断效率。

牵引电机气动噪声仿真与试验验证

高转速下,牵引电机气动噪声对电机整体噪声水平有重要影响。在电机设计阶段,缺乏有效手段预测电机的气动噪声水平,本文通过数值仿真方法对比分析了某型牵引电机在3种不同转速下的气动噪声大小,同时采用试验方法进行验证,最后得到满足对标要求的仿真计算路线,作为后期进行气动噪声预测的计算手段。

新能源直驱电机防水结构优化设计

从优化新能源直驱电机油封工作环境的思路出发,开展了电机防水结构优化设计。同时通过防水能力试验,得出了一套试验验证方法,并通过该方法验证了新设计防水结构的性能,证明新设计的防水结构可有效提高新能源直驱电机的防水能力。

城轨牵引电机气动噪声模拟及机理研究

为探究牵引电机气动噪声特性,采用分离涡模拟方法和Lighthi l l声类比理论,对牵引电机流场和声场进行联合仿真求解和分析。结果表明:气动噪声源主要集中在风扇区域,由风扇周期性旋转引起,是主噪声源。噪声主要向风机下游区域传播,且声传播主要发生在水平平面上。实际测试结果表明:电机降噪首先需要控制风机产生的气动噪声。测试与仿真的平均声压级数值误差均在3%以内,说明了该仿真结果的准确性。

基于ICMMS架构的汽轮机发电机组分布式智能控制系统

以汽轮机发电机组为研究对象,基于ICMMS系统架构,将分布式计算思想和现场总线技术相融合,综合运用人工智能、计算机技术、智能控制、专家诊断系统、自适应控制等技术,构成分布式智能控制系统.并以河南驻马店某秸秆发电项目为例,与传统的汽轮机发电机组控制技术进行从智能、环保、节能、稳定性等进行比较.结果表明:该系统提升了汽轮机发电机组的蒸汽流通和余热余压回收能力,提高了稳定性及发电效率,满足节能环保要求,有利于企业实现循环式的经济发展.

大型异步电机通风散热优化设计

随着电机制造技术的不断发展,电机的结构越来越复杂,并且不断向着大型化方向发展。由于电机的体型越来越大,电机内部单位体积的发热量随之增加,因此对电机通风散热的要求不断提高。大型异步电机对通风散热的高要求决定了其在应用与设计过程中要对通风散热进行优化设计。但是,从现有的异步电机优化设计来看,由于异步电机通风散热的方式可以相互借鉴,因此一些小型企业在研发大型异步电动机的过程中并不注重对通风散热进行优化设计,导致大型异步电动机在通风散热方面存在不完善之处。这不仅制约着异步电动机工作效率的提升,也难以践行绿色可持续发展的理念。基于此,针对大型异步电动机的通风散热优化设计进行分析和探讨。