正弦绕组分布下单相感应电机二维有限元分析

为了研究正弦绕组对气隙磁密谐波的影响,以单相感应电动机为例,对正弦绕组和普通同心绕组形式下的电机磁场进行二维有限元数值计算,并将获取的气隙磁密经过傅里叶分解,得到各次谐波幅值及各次谐波所占比例。经过对比计算表明:正弦式绕组相较于普通绕组气隙磁场中基波分量幅值增加,谐波分量幅值降低,基波分量所占比重增加,谐波得到有效抑制。从而为单相电机优化设计奠定基础。     

次级对直线感应电动机性能的影响

为了研究直线感应电动机次级材料和厚度对电机性能和气隙磁密的影响,采用有限元方法,建立了电机的电磁场计算模型,研究电机的起动及运行过程.在数值计算的基础上得到电机的磁场分布,对气隙磁密进行谐波分析,得到了随着次级板厚度减小,气隙磁场增强,谐波含量较小的变化规律,并在电磁气隙不变的情况下,分析次级厚度及材料变化时对电机推力的影响,即随着次级板厚度及次级电导率减小,电机起动推力减小.实验结果验证了该电机计算模型的正确性.     

电主轴用高速内装式感应电机设计分析

根据电主轴用高速内装式感应电机的特点,研究了高速内装式感应电机电磁设计方法,分析、比较了两种低谐波绕组在高速内装式感应电机中的应用,并将该技术应用于所设计的样机中。通过对样机的测试表明,利用该文设计方法所设计的电机性能指标满足电主轴的要求。     

不同极槽配合永磁同步电动机振动噪声分析

永磁同步电动机的极槽配合不同,其对电机振动噪声的影响也各不相同,尤其是分数槽绕组的采用使永磁同步电动机的谐波磁场变得更加复杂。利用Ansoft软件计算电机的主极磁场,再通过谐波分析得出各次谐波的幅值,最后利用分析结果计算电机的电磁噪声。计算结果与实验值吻合较好;并总结出不同极槽配合对电机电磁噪声的影响。     

单绕组多速电动机的设计和探讨

单绕组双速异步电动机是变极电机中方法最简易、应用最广泛的一种变极调速方法。变极电机的设计中,花费时间最多的是研究绕组的排列。通过槽电流表和槽磁动势图定性地分析电机的谐波磁场对电机运行性能的影响,由此确定电机所选槽配合是否合适。在工厂中,通过对现有的单速电机进行绕组改绕来设计单绕组多速电机。改绕计算主要是计算电动机磁路各部分磁通密度数值,不使其过大而致铁心严重饱和。在设计与计算过程中需要综合考虑2种极数下电机性能的特点。     

多相永磁无刷电动机系统仿真及分析

推导了永磁电机电磁转矩和反电势的一般表达式,建立了考虑电感谐波和气隙磁密谐波的多相永磁无刷直流电机数学模型。对具有两套三相绕组互隔30°电角度的六相永磁无刷电动机系统进行仿真并与实验数据比较,结果表明该数学模型能准确分析计算电机的性能,并得出了多相电机可以大大降低转矩波动的结论。     

磁通反向永磁电机低谐波设计及其电磁性能分析

磁通反向永磁电机永磁体和绕组均位于电机定子,具有转子结构简单、机械强度高和便于冷却等优势。它通常采用分数槽非重叠集中绕组,电枢反应磁场中往往含有大量谐波,进而导致电枢电流利用率低、铁心损耗高及振动与噪声等问题。提出一种低谐波磁通反向永磁电机,基于磁场调制原理对电机气隙磁密谐波进行分析,提出合理的绕组配置方案,实现电枢磁场无效谐波的抵消。基于有限元分析,对电机低谐波设计前后的电磁性能进行了对比分析。结果表明,该低谐波设计方案可以明显降低电机齿槽转矩、铁心损耗和永磁体涡流损耗,有效改善了电机性能。     

转子电阻未知时感应电动机间接磁场定向控制

转子电阻准确已知是感应电动机间接磁场定向控制获得良好性能的关键,但在电机运行过程中,转子电阻却是时变的.为此,本文从转子磁链调节的稳态过程出发,根据转子电阻与转子磁链、电磁转矩之间的关系,设计了一个新型的转子电阻估计器.该估计器形式简单,计算量小,能极大改善感应电动机间接磁场定向控制对转子电阻变化的鲁棒性.对感应电动机的仿真结果表明,上述估计算法是有效的.     

齿谐波绕组电流对电枢绕组空载电压波形的影响

为了利用电机中固有的齿谐波磁场实现永磁电机气隙磁场的调节,需要处理好齿谐波磁场的利用与电枢绕组电压波形畸变两者之间的关系。基于磁导分析法定性分析了转子齿谐波绕组电流产生的机理,及其产生的齿谐波磁场在电枢绕组中感应的齿谐波电动势特点。相邻磁极下的齿谐波绕组采用正向串联的方法,可以解决电枢绕组和齿谐波绕组之间的磁场耦合问题,从而消除由转子齿谐波绕组电流产生的齿谐波磁场在定子电枢绕组中感应的齿谐波电动势。针对一台齿谐波励磁的混合励磁永磁同步发电机进行了计算和实验,通过对比计算结果和实验结果验证了理论分析的正确性。     

转子槽形及材料对复合笼条转子感应电动机运行性能的影响

针对实心转子感应电动机运行性能相对较差这一问题,提出了在转子槽上下层采用两种不同材料的复合笼条转子感应电动机设计方法,其中上层采用导电导磁的合金材料.基于二维正弦时变场计算电机的运行性能,通过改变转子笼条形状和材料的特性,研究使用导电导磁材料和导电不导磁材料对转子槽和齿部磁场的分布及电机性能的影响,并对不同负载运行情况进行了计算.根据计算结果与实测结果的对比分析后表明,转子槽形及材料特性对电机磁场分布和运行性能有一定的影响,为电机优化设计提供参考依据.     

三相异步起动永磁同步电动机起动特性

针对永磁电机牵入同步困难的问题,依据永磁电机基本原理和电磁场理论,对异步起动永磁同步电动机的起动性能进行了研究。以一台18．5kW6极切向式三相异步起动永磁同步电动机为例,建立永磁电动机起动过程的数学模型,给出了求解域和假定条件下的有限元方程,采用场路结合法计算了异步起动永磁同步电动机的瞬态电磁场,分析了样机的起动过程及隔磁磁桥尺寸变化和绕组排列不同对电机起动性能的影响。通过样机对模型仿真分析可知,样机具有较好的起动性能,能快速牵入同步转速,采用单双层绕组时起动性能要比采用双层绕组时的起动性能好;隔磁磁桥尺寸对电机的起动性能影响很大,其过大或过小都会使起动性能变差,不利于牵入同步转速。     

Revolving-field polygon technique for performance prediction of single-phase induction motors

This paper presents a new analytical technique for improving the performance prediction of single-phase induction motors, especially capacitor motors. The technique uses the split-phase motor electrical equivalent circuit analysis together with electrical and magnetic parameters whose variation is computed from the equivalent balanced polyphase motor, so that the same magnetic circuit analysis can be used for both. (The term split-phase is used to cover motors operating from a single-phase supply but with the phase windings split into two orthogonal windings, one of which may have a capacitor in series with it during running or starting.) The technique accounts for the elliptical envelope of the magnetizing field vector and results in improved precision, since the three-phase electromagnetic model is considered to be more precise than the normal split-phase motor analysis. An important result is the computation of vector polygons of flux density for each section of the magnetic circuit, providing a better basis for core loss prediction. The double-frequency torque ripple is also obtained from the stator magnetomotive force and flux-density polygons. Three different electrical equivalent circuit methods for the split-phase motor (based respectively on the cross-field theory, forward- and backward-revolving fields, and symmetrical components) are evaluated to determine the method best suited for incorporating the variation of the circuit parameters from the polyphase magnetic circuit analysis, and it is discussed how the core losses can be included in these circuits to obtain the best overall performance prediction.     

基于定子磁障的分数槽集中绕组永磁同步电机应用设计与分析

分数槽集中式绕组（FSCW）存在谐波含量大的缺点,易引起定转子铁心损耗和振动噪声问题,限制了其在高端领域的应用。以采用FSCW的12槽14极永磁同步电机(PMSM)为研究对象,使用有限元软件进行仿真,分析定子非绕线齿中的磁障对磁动势谐波、电磁转矩、铁心损耗及径向电磁力的影响,并与传统永磁电机进行对比。仿真结果表明,采用定子磁障的电机能够有效降低绕组磁动势低次谐波,1、3、5次谐波分别下降了87%、84%和30%,铁心损耗减小了21.1%,低阶径向电磁力减小了20%以上,实现了对噪声和振动的有效抑制。     

离散Halbach永磁电动机气隙磁通密度特点及其空载电动势波形优化

利用离散Halbach阵列气隙磁通密度分布特点,合理选择电动机转子结构参数,对发挥永磁体潜力至关重要。文中采用电磁场有限元数值计算方法,揭示离散Halbach阵列气隙磁通密度的谐波和基波与每极磁体数、磁体厚度以及极对数之间的变化规律。并以此为依据设计样机一台,实验结果验证了有限元模型的正确性。同时进一步以样机的结构参数为基础,对反电动势进行优化,提出一种削弱集中非叠绕组结构空载电动势谐波的方法,为离散Halbach阵列集中非叠绕组电机设计提供参考。     

高压异步电动机正弦硬绕组的设计

基于谐波含量较低的正弦散嵌绕组在中小型异步电动中的应用思想,提出了适用于高压大中型异步电动机的正弦硬绕组.通过对正弦硬绕组的谐波分析,针对硬叠绕组与散嵌叠绕组的不同点,并结合散嵌正弦绕组的设计思路,给出了由普通双层硬绕组改为正弦硬叠绕组的设计方法,包括联结和△联结的并联支路数、导线并绕根数、扁导线线规及线圈匝数确定方法.样机设计结果表明该方法的可行性,且在不增加电机成本的情况下,正弦硬绕组能够进一步提高高压异步电动机的效率,这对开发高压高效异步电动机是很有参考价值的.     

感应牵引电机定子绕组涡流附加损耗分析

高功率密度感应牵引电机具有结构紧凑、磁通饱和度高、工作频率高、单位体积损耗密度大等特点。高工作频率导致定子绕组趋肤效应和邻近效应明显增加,在定子绕组中感应高频涡流附加损耗,引起附加铜耗大大增加。基于感应电机内部谐波磁场理论分析定子绕组涡流附加损耗的来源、计算方法及影响因素,并对一款4极650 kW感应牵引电机进行了详细有限元分析。分析了感应牵引电机定子槽内磁场分布、槽内磁场的各次谐波、谐波幅值与距槽口深度的关系,并计算了槽内导体的涡流附加损耗。计算结果表明槽口附近导体的涡流附加损耗最大,随着距离槽口深度的增加,槽内导体的涡流附加损耗呈明显减小的趋势,通过合理设计定子槽口深度可以有效减小槽口附近导体的涡流附加损耗。     

谐波对感应电机振动影响研究

为了研究实际工况下感应电机的振动情况,对不同谐波参与下硅钢片的磁化特性和磁致伸缩特性进行测量。基于测得的本构关系,建立电机铁心的电磁-机械多场耦合模型。考虑电磁力和硅钢片的磁致伸缩效应,进行感应电机在不同谐波参与下电磁场和机械场的数值计算,以得到磁密、应力和振动的分布情况,进而分析谐波对电机铁心振动的影响,为减少感应电机的振动噪声提供有力的理论依据与计算方法。     

无刷绕线型感应电动机的研究与仿真

无刷绕线型感应电动机采用谐波起动的原理对电机的绕组进行独特的设计,使其具有高的起动性能和无刷的转子结构。介绍了这种电动机的基本原理,给出了一种绕组设计方案,研究出了电机在M-T坐标系下的数学模型,并在此基础上建立了电机的Matlab/Simulink仿真模型,通过仿真实例验证了该电机的优越性。     

三绕组并联式单相感应电动机起动方式研究

为了保证三绕组并联式单相感应电动机的起动性能,研究了该种电机的动态特性和起动方式.基于电磁关系,建立动态数学模型,并进行仿真计算.为了验证该模型的正确性和有效性,将仿真结果与试验结果进行对比.利用该仿真模型详细分析电容对该种电机起动性能的影响,并给出结构简单的单电容起动电路.仿真和实验结果表明,选择合适的起动电容和运行电容,可以使三绕组并联式单相感应电动机具有良好的起动性能和稳态运行性能.在实际应用中,使用双起动电容电路可以保证良好的起动性能,选择单电容起动电路,可以简化电路结构,节约成本.     

Analysis techniques for detection of IM broken rotor bars after supply disconnection

This paper presents some analysis techniques of the space vector of voltages induced in the stator windings after supply disconnection, to detect broken rotor bars in squirrel-cage induction machines. When the motor is disconnected from the supply no currents flow in the stator windings and the voltages measurable at its terminals are due to flux produced by rotor currents. When the rotor is healthy, the voltages measured at motor terminals are almost sinusoidal because of the symmetry of rotor windings. When there are broken rotor bars, the magnetomotive force generated by rotor windings is distorted, and some particular harmonics, contained in the voltages induced in the stator windings, increase their amplitudes. The diagnostic technique is based on monitoring these voltage harmonics and analyzing the space vector of the voltages induced in the stator windings via MUSIC pseudospectrum and short-time MUSIC (STMUSIC) time-frequency pseudorepresentation. The MUSIC algorithm is based on the eigen analysis of the autocorrelation matrix, and permits us to evidence the principal harmonic frequencies of the signal and decrease the noise influence, thus allowing a better detection of the broken rotor bars. The results obtained using MUSIC and STMUSIC algorithm have been compared experimentally with those obtained by fast Fourier transform (FFT) and short-time FFT, respectively, and two different sized induction motors have been tested, to demonstrate the superiority of the former approach. Differently from most of the diagnostic techniques already proposed in the technical literature, the proposed approach is effective regardless of the load condition of the machine, source characteristics, and iron saturation.