不平衡磁拉力作用下电主轴挠度分析及改善措施

针对电主轴偏心导致的不平衡磁拉力引起主轴变形问题,采用高性能结构陶瓷作为电主轴的转轴材料,来改善不平衡磁拉力作用下的变形,减小挠度.基于有限元方法建立电主轴的二维有限元模型,分析不同静偏心及不同电负荷条件下,电主轴不平衡磁拉力及其变化规律;同时,基于有限元法建立转轴及转子的三维有限元模型,对比分析不平衡磁拉力作用下陶瓷电主轴和金属电主轴的挠度变化.分析表明陶瓷材料可以改善不平衡磁拉力对转轴挠度的影响.     

定子开槽表贴式永磁电机转子偏心空载气隙磁场全局解析法

针对表贴式永磁电机定子开槽后的转子偏心空载气隙磁场解析问题,结合正则摄动理论建立其全局解析模型.将解析区域划分为永磁体、气隙和槽区域,通过各子区域之间的边界条件,求解拉普拉斯方程或泊松方程.叠加气隙磁密的零阶分量和一阶分量,得到偏心气隙磁场分布.解析解与有限元解的比较结果表明,气隙磁密、齿槽转矩和不平衡磁拉力计算准确,验证了解析模型的可靠性.所述解析方法计算快速准确,便于分析表贴式永磁电机转子偏心磁场.     

水轮发电机的不平衡磁拉力

研究了水轮发电机定子转子相对偏心而引起的不平衡磁拉力。根据磁拉力的基本概念和不平衡磁拉力的基本特点提出了一种不平衡磁拉力的近似计算公式其结果合理，使用方便，并与有限元法所得结果吻合得很好，可供水轮发电机设计和转轴振动分析时参考使用。     

高功率密度电机转子挠度校验系数的分析

为了提高现有高功率密度电机转子挠度解析计算的准确性,确保电机安全可靠的运行。首先,对比了现有解析法与仿真计算法结果间的差异。然后,通过分析转子重力、单边磁拉力及轴伸集中力与转子挠度间的关系,得到了产生差异的原因。最后,结合仿真计算给出了不同极数下转子挠度解析法的校核系数。现有解析法的优化,有效地改善了高功率密度电机转子挠度计算的准确性及速度。     

汽轮发电机转子绕组短路产生的不平衡磁拉力研究

针对转子绕组匝间短路故障产生的不平衡磁拉力进行了分析,同时采用解析和数值两种方法计算了不平衡磁拉力,分析了不平衡磁拉力与发电机运行状态间的关系。对比分析表明:无论空载还是负载条件下解析方法计算的磁拉力都具有较大的偏差,数值计算方法考虑了饱和、磁场扭斜、高次谐波以及结构等因素的影响,计算结果更准确、可靠。在发电机发出有功功率保持恒定时,不平衡磁拉力不总是随着励磁电流的增加而增大,故利用励磁电流增大造成的转子振幅增大判断转子绕组匝间短路故障的方法只能在一定范围内有效,相对而言,空载升励磁实验更适合转子绕组匝间短路故障的快速诊断。     

表贴式永磁电机转子偏心空载气隙磁场解析

针对表贴式永磁电机转子偏心问题,建立了一种基于边界摄动法的静态偏心解析模型,采用矢量磁位推导偏心空载气隙磁场磁通密度解析表达式,解析模型中的偏心扰动量无量纲。磁通密度和不平衡磁拉力的解析结果与有限元分析结果相比较,证实了偏心模型的正确性和有效性。     

大型水轮发电机不同工况下不平衡磁拉力

本文根据大型水轮发电机定子转子铁心及其绕组实际结构并考虑铁心饱和的情况下，在整圆域中利用二维有限元法计算磁场分布及不平衡磁拉力。以一台88极240MW水轮发电机为例，对空载和负载下转子偏心以及转子半数励磁绕组短路等引起的不平衡磁拉力进行了计算，并对转子偏心度及励磁电流对不平衡磁拉力的影响进行了分析。     

卧式水轮发电机偏心研究与运行分析

研究了卧式水轮发电机偏心对磁场分布的影响,通过偏心磁场分析,得到不平衡磁拉力解析式。进行现场实物建模,应用ANSYS软件实现卧式水轮发电机偏心磁场有限元计算,得到运行中发电机转子不平衡磁拉力分布。在实际运行中,对发电机偏心及磁拉力引起的系统变化与发电机振动进行试验,提出运行对应措施。     

大中型高压高速电动机转轴静力学仿真分析

以10 kV-3 000 kW-2极高压高速电动机为例,对转子偏心情况下电机转轴的静力学进行分析。对单边磁拉力的计算分别采用分析法和有限元法,并针对带有轴向通风槽的转轴挠度进行计算。然后通过ANSYS Workbench有限元仿真软件对转轴进行静力学仿真分析。在保证计算精度的基础上,可使用分析法。这为高压高速电动机单边磁拉力和转轴的静力学分析提供了参考。     

基于双曲余切变换的Halbach阵列表贴式永磁电机转子偏心气隙磁场解析模型

精确计算气隙磁场是设计和分析永磁电机的关键。Halbach阵列永磁电机具有良好的转矩输出特性。转子偏心会对永磁电机产生不良影响,准确获得其偏心气隙磁场分布具有重要意义。采用双曲余切变换解析计算Halbach阵列表贴式永磁电机转子偏心气隙磁场。该文建立了Halbach阵列定子开槽、转子偏心永磁电机二维模型。将同心解析模型分为三类子区域,利用各区域边界条件求解拉普拉斯方程和泊松方程,通过矢量磁位求得同心气隙磁场,利用相对磁导函数对其进行修正,从而获得偏心空载气隙磁场,对其进行研究,并利用回归评价指标进行评估。不同偏心率下气隙磁通密度、不平衡磁拉力、齿槽转矩的解析结果同有限元结果吻合,验证了该文解析模型的有效性和正确性。     

单边磁拉力对电机转轴挠度影响的计算

电机定子中心与转子轴心不重合时,定、转子之间的气隙将会出现偏心现象。在一般情况下,气隙偏心误差不超过气隙平均值的上下10％是允许的,但过大的偏心值会产生很大的单边磁拉力,导致电机转轴挠度的增加,进而影响电机的临界转速,但许多电机设计人员在计算电机转轴的挠度时,往往忽略单边磁拉力对于挠度的影响,为此,介绍了单边磁拉力产生的原因及对电机转轴挠度影响的计算过程。     

同步调相机极限工况下典型磁场不对称故障安全风险

同步调相机典型磁场不对称故障下,由强励所形成的不平衡力和跳机风险升高。首先,分析转子动偏心和转子绕组匝间短路等典型故障对调相机磁场的影响机理;然后,借助气隙磁导法推导得到转子承受的不平衡磁拉力表达式,分析强励对不平衡电磁力的影响规律;最后,在一台大型同步电机上进行有限元电磁暂态仿真,模拟动偏心和转子绕组匝间短路故障,分别在调相正常励磁和强励工况下提取了转子所受不平衡电磁力,评估机组在强励状态下发生跳机的可能性。结果表明,强励状态下,调相机组由动偏心故障产生的不平衡磁拉力不会引起机组的剧烈振动,而转子匝间短路故障产生了较大的不平衡磁拉力,可能导致机组跳机。     

永磁转子偏转式三自由度电机磁场和转矩特性的计算与分析

永磁转子多自由度电机可实现输出轴的多自由度运动,简化电机机械系统的结构,提高传动系统的响应速度和定位精度,是国内外电机领域的一个研究热点。该文提出了一种蝶形永磁转子偏转式三自由度电机,基于有限元法建立了该电机的三维有限元模型,对电机转子磁场的分布进行了计算和分析,并与解析模型的计算结果进行了对比验证。在此基础上,计算并分析了该电机的自转转矩和偏转转矩,并与鼓形永磁转子偏转式三自由度电机的磁场和转矩进行对比分析,结果表明蝶形永磁转子偏转式三自由度电机可增大气隙磁通密度和自转转矩的幅值,有效改善和提高偏转转矩的幅值,并增加偏转运动的范围。最后,对样机进行了测试,并将实验结果与有限元及解析模型的计算结果进行了对比验证。     

笼型无刷双馈电机转子导条优化设计

针对笼型无刷双馈电机转子设计方法不完善的问题,从分析笼型无刷双馈电机的内部磁场入手,推导了无刷双馈电机在稳态运行时转子电流的解析表达式,利用迭代法在考虑转子电阻的情况下选择最合适的转子导条截面积,为笼型无刷双馈电机的转子设计提供了理论依据。通过有限元仿真,验证了理论推导的正确性。研究结果不仅有助于在设计时快速计算笼型无刷双馈电机转子电流,也有助于优化转子结构设计。     

双轴伸结构电机转子的动力学分析与结构优化

高速电机在设计、制造和运行过程中会出现大量的问题,若仅依靠经验不断地摸索解决,将会耗费大量的时间,效率极低。为此,可以利用合适的计算分析软件对结构进行针对性的分析和优化。利用转子动力学方法对转子结构的振动性能进行评估,继而进行转子结构优化,这是一种行之有效的方法。以1台双轴伸电机的转子振动为例,利用梁单元方法求解转子的静挠度,并使用有限元分析软件ANSYS对电机转子进行转子动力学分析,找出转子振动的原因,并根据计算结果和转子结构的特点进行针对性的优化,根据优化方案对转子结构进行调整,成功解决了该电机的转子振动问题。     

磁性槽楔对永磁电机转子损耗及温度场影响

针对实心转子高压永磁电机定子铁心开槽会导致气隙磁导不均匀,气隙中谐波磁场引起电机转子温度升高,影响永磁体的电磁性能的问题,以一台315 k W,6 k V实心转子高压永磁电机为例,建立了样机的二维电磁场时步有限元模型及三维全域流体与固体耦合传热数学模型,给出了求解域及边界条件,通过求解计算模型,将计算数据与实验数据进行了对比,验证了所建模型的正确性。在此基础上研究了槽楔相对磁导率分别为3、5、7、9时对转子表面涡流损耗的影响,分析了磁性槽楔相对磁导率为不同值时电机转子及定子各部分的温度分布,计算结果表明定子槽楔相对磁导率数值的增加,电机的起动转矩降低,转子铁心涡流损耗逐渐减小,电机定子各部分温度先减小后趋于稳定。     

基于转子形状优化设计的三次谐波注入式五相IPMSM气隙磁场优化

五相永磁同步电机(PMSM)可通过注入三次谐波电流来提高电机的转矩密度。除三次谐波外,削弱永磁体产生的其他次空间谐波可以降低电机的转矩脉动、减小电机的振动和噪声。因此,针对三次谐波注入式五相内嵌式永磁同步电机(IPMSM),提出一种转子铁心形状优化设计方法。理论推导转子铁心形状的解析表达式,根据电机参数进行有限元建模,得到优化后的电机模型气隙磁密谐波含量及转矩脉动。与优化前的电机模型进行仿真对比,得到的结果与理论分析吻合,气隙磁场优化效果显著。     

内置式永磁电机磁极优化及磁热耦合仿真

针对分数槽集中绕组永磁同步电机的损耗高、效率低等问题,提出通过对内置式永磁电机转子磁路结构进行优化的方式来提高电机效率,并利用有限元方法进行计算、建模仿真和验证。利用有限元分析方法,分别针对一字型、弓型、阶梯型、线性型等转子磁路结构电机进行空载、负载的电磁计算与分析,计算结果表明,在电机功率、尺寸、转速相同,永磁体用量和位置相同的情况下,磁极优化后电机的反电动势波形更好、损耗更低、效率更高。为了进一步验证电磁场分析结果的正确性,将电磁计算结果以热载荷的形式加载到电机有限元温度场仿真的模型中,通过有限元电磁场与温度场耦合仿真,进一步证明磁极优化后电机的效率显著提高,温升明显下降,电机磁极优化可以大大提高电机的效率。     

A calculation of torque in motors considering rotor eccentricity

A new analytical approach to the finite element calculation of torque in motors including eccentric rotor, based on the Maxwell stress method, is proposed in this paper, where the effects due to eccentricity on the cogging torque and the torque characteristics with regard to the speed are confirmed. A brushless dc motor is employed as an analytical model for two kinds of eccentricity. Consequently, in the case of eccentric motors, the unbalanced radial force functions as the repulsive force against rotation which causes the reduction of average torque, and two kinds of eccentric motors have the same tendency regarding the effects on the torque. This proposed approach is applicable to any kind of motor including eccentric rotor. © 2000 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 132(4): 53–61, 2000     

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。