2.935MW永磁同步风力发电机电磁设计与仿真

分析了表面式与内置式永磁同步发电机转子结构上的差异,选定电机的转子结构型式.对永磁同步风力发电机的性能特点进行了分析和研究,计算了2.935 MW高速永磁同步风力发电机的电磁方案.对上述确定的电磁计算方案,利用有限元软件进行仿真,分析了发电机的空载、负载、短路特性.研究了电压波形正弦性畸变率、齿槽转矩、功率因数、短路电流的计算.经验证,各项性能满足设计要求.     

稀土永磁电机的关键技术与高性能电机开发

永磁电机以永磁体产生的磁场为媒介进行机械能和电能的相互转换.在扼要介绍了与稀土永磁电机密切相关的永磁材料的基础上，阐述了稀土永磁电机分析理论、设计计算方法、磁路结构、优化设计、防失磁等应用基础理论与共性关键技术上所取得的进展，简要介绍了所开发的高性能价格比的多种永磁电机——永磁发电机、高效永磁电动机、交流永磁伺服电机和直流电动机，其中特别介绍了两种新型结构的永磁电机，并初步展望了稀土永磁电机的发展前景.     

稀土永磁高速同步发电机的转子结构与工艺分析

近十几年来,稀土钴永磁材料的发展十分迅速,磁性能有极明显的提高,在各种电磁器件中得到了广泛应用。在电机领域里,特别是在高速发电机方面,使用稀土钴永磁材料做为励磁材料后,可以大大缩小转子直径和电机体积。因此,目前国外在航天航空和其它特殊用途使用的高速发电机方面,正在广泛研究和采用稀土永磁转子结构。 采用稀土永磁材料后,除在电机的磁路设计、分析计算方法方面,提出了必须解决的新课题外,在结构设计和制造工艺方面也带来了一系列新的课题。 本文就研制用于太阳能热发电试验电站的3千瓦,20000转/分稀土永磁高速同步发电机的体会,对这种电机的转子结构及制造工艺进行初步的分析探讨。     

高速永磁电机转子多场综合设计

由于转子的强度和动力学分析是高速永磁电机设计的关键问题,因此必须对高速永磁转子进行基于强度、电磁及动力学特性的综合设计.采用有限元方法对转子进行应力场、电磁场及模态分析,并利用有限元软件优化设计模块,对转子结构进行多场迭代综合设计.通过强度分析确定了转子外径允许变化范围,根据电机的输出功率要求,选取了永磁体结构和转子的轴向尺寸.根据动力学要求确定转子长度,通过对转子多场综合设计得到满足强度、临界转速和电磁性能的转子综合设计结果,并以100kW,60000r/min高速电机为例进行设计和制造,电机实验验证了设计方法的正确性.     

从电机设计的角度减少高速永磁电机转子损耗

高速永磁无刷直流电机的转子涡流损耗主要是由定子电流的时间和空间谐波以及定子槽开口造成的气隙磁导变化引起的.转子涡流损耗使电机的效率下降并能引起转子永磁体的退磁.从电机设计的角度，采用解析计算和有限元仿真的方法研究了不同的定子结构、槽开口大小以及气隙长度对高速永磁无刷直流电机转子损耗的影响.利用傅里叶变换，得到了分布于定子槽开口处的等效电流片的空间谐波分量，然后采用计及转子集肤深度和涡流磁场影响的解析模型计算高速电机转子损耗，并对解析计算结果通过有限元仿真加以验证.结果表明，3槽集中绕组结构中含有2次、4次等偶次空间谐波分量，该谐波分量在转子中产生大量的涡流损耗.定子结构对高速电机转子涡流损耗影响很大，合理地设计定子结构能够减小转子涡流损耗.     

双层转子感应电动机直接场路耦合数值模拟法

提出一种双层转子感应电动机的计算新方法,该方法直接以电机端电压已知条件,并计入端部效应的影响,建立直接场路耦合方程。利用场解由数值方法计算电机电磁转矩,进而计算进他性能,提高计算速度与精度,给出实例对比验证了方法的优越性。     

碳纤维护套高速永磁电机热态转子强度

针对表贴式高速永磁电机碳纤维护套转子的强度计算问题,将转子受力状况简化为平面应力问题,推导了高速热态永磁转子的强度解析解.分别采用解析解和有限元法分析一台表贴式高速永磁电机的转子强度.结果表明,2种方法的计算结果吻合,解析解能够准确计算高速热态永磁转子的应力和位移.在转子强度解析解的基础上,研究护套厚度和转子静态过盈量对强度的影响,总结了表贴式高速永磁电机碳纤维护套转子的强度变化规律.     

高性能自起动钕铁硼永磁同步电动机

在同步电动机中采用了高性能钕铁硼永磁材料后,其效率和功率因数比异步电动机有较大提高,但是也给这种电机的设计计算、起动性能以及电机的结构工艺等方面带来新的问题。本文在研制这种电机的基础上对上述问题进行了探讨,并介绍了一种新型转子结构,提出了解决起动难题而采取的一些措施。     

高速永磁电机转子护套强度分析

目前永磁电机多采用烧结钕铁硼永磁材料,其抗压强度较大而抗拉强度很小,永磁体难以承受转子高速旋转巨大离心力产生的拉应力,必须在永磁体外设置高强度非导磁防护套,采用过盈配合给永磁体施加一定的预压力．介绍高速永磁电机转子的设计特点,论述永磁转子结构形式的选取与转子强度的计算方法．利用有限元法进行强度分析,确保额定转速为60000r／min、额定功率为75kW的高速电机永磁转子的强度．     

步进电机机械变力矩研究

根据电磁学与力学理论,推导出电机气隙与电磁转矩的关系,即改变气隙大小可以改变电磁转矩大小。根据该关系式利用曲柄滑块机构设计了自动变力矩机构,该机构可以在电机运行过程中自动改变电机转子结构,改变合成磁密,改变了电磁转矩。最终实现了在电机运行过程中自动变力矩,大大节约了能量,改善了电动机的性能,有较好的应用前景。     

磁通切换电机研究现状与展望

磁通切换电机继承了无刷结构的双凸极电机转子上既无永磁体也无绕组,结构简单、坚固耐用,适合宽转速范围运行等诸多特点,而且每相电枢绕组匝链的磁链为双极性,因此反电动势常数和输出转矩高于磁链为单极性的电机,具有广泛的工业应用前景。文章分别阐述了电励磁、永磁和混合励磁切换电机的基本原理、工作特性、电机设计和分析方法,针对磁通切换电机研究现状和存在的不足,探讨了磁通切换电机技术的发展趋势和研究方向。     

基于有限单元法的大型水轮发电机组自振特性研究

基于有限单元法,建立了考虑各种影响因素的大型水轮发电机组自振特性的计算模型,推导了用有限元法求解临界转速的计算公式.使用ANSYS和MATLAB等大型软件,对工程实例进行了计算,讨论了陀螺效应、不平衡磁拉力、导轴承刚度等因素对机组临界转速的影响及影响程度.计算结果的合理性,说明该计算模型和计算方法可用于水电机组的自振特性计算和振动设计,也可为其他转子动力学问题的研究提供参考.     

新型集中绕组小型永磁风力发电机的设计与分析

介绍一种新型绕组连接方式的永磁无刷电机,采用特殊的定子槽/转子极配合,功率密度高,定位力矩小,适用于小型风力发电系统.以一台三相24/22极样机为例,分析其结构特点和运行原理,并基于有限元法,研究其设计过程.在此基础上,对样机的感应电动势、电磁转矩、输出功率、效率等进行实验验证.结果表明：该种电机在无需斜槽或斜极的条件下,采用集中绕组即可获得正弦电势,且保持较高的功率密度和效率,为小型风力发电机的选型提供一种新的方案.     

永磁同步双转子/双定子电机转速的模糊控制

针对混合动力电动汽车电机的快速响应问题,首先在分析传统的永磁同步电机数学模型的基础上,建立了永磁同步双转子/双定子电机数学模型。结合人工智能中的模糊控制方法,设计了该型电机的转速模糊控制器。MATLAB仿真结果表明,转速模糊控制方法优于传统的转速控制,具有转速响应快、震荡小的特点。研究结果对在混合动力电动汽车中开发永磁同步双转子/双定子电机的控制系统具有重要意义。     

基于高频注入的永磁同步电机无传感器控制研究

永磁同步电机处于低速运行状态时,由于其有效信号信噪比较低,转速以及转子的位置检测出现问题,提出了高频注入的永磁同步电机(PMSM)无传感器的控制方法。通过连续不断的高频信号注入,使PMSM具有凸极性,使转子的速度与位置无传感器的自检测得以实施。在Matlab/Simulink工作平台上搭建速度控制模块、转子位置跟踪观测模块以及其他功能模块进行仿真。仿真结果验证了控制方法的可行性。     

非线性转子-机匣系统碰撞稳定性分析

转子与机匣的碰撞在一定条件下可能诱发转子失稳。以转子．机匣系统为研究对象,将转子和机匣视为弹性体并考虑了阻尼的效应,建立了非线性转子一机匣系统的碰磨模型和动力学方程。利用Lyapunov运动稳定性理论和Routh—Hurwitz稳定性准则分析了系统的碰撞和失稳条件,通过数值方法和Matlab程序得到了碰撞和失稳的临界转速以及系统参数对临界转速的影响。理论分析和实例计算表明,转子及机匣的刚度和阻尼对临界转速的影响较大,增大机匣刚度和转子的阻尼可以增大碰撞的临界转速,失稳发生在转速较高时,且失稳的临界转速比碰撞得临界转速高的多。具有重要的工程实用价值,为旋转机械的设计和参数优化提供了理论基础。     

开关磁通永磁同步电动机设计与静态特性

为了获得较宽的恒功率弱磁调速区域,设计出一台12/10极开关磁通永磁电动机.根据电动机的结构特点、运行原理并结合双凸极永磁同步电动机的设计方法确定电动机主要尺寸的初始值,在Ansoft软件中建立电动机的物理模型,基于有限元法研究电动机在特殊位置下的磁场分布、气隙磁密、静态特性、弱磁特性及结构尺寸变化对转矩的影响.分析结果表明,该电动机弱磁效果明显,定位力矩幅值偏大,改变永磁体磁化方向的长度和转子齿宽可以有效地降低定位力矩,研究结论对电动机的优化设计、分析及控制提供了依据.