背绕式定子绕组高速永磁电机电磁性能分析

为分析定子结构对高速永磁电机电磁性能影响,建立二维瞬态电磁场数学模型,电机磁场分布主要采用有限元法,分析传统绕组和背绕式绕组结构时的电机磁场分布和性能变化,研究高速永磁电机背绕式定子绕组感应电势的变化及轭部漏磁场对铁心磁密分布的影响,对比分析定子槽口对电机主磁路漏磁通影响及引起各种损耗分布变化。结果显示,背绕式绕组会增加绕组感应电动势,并使定子轭部负载磁密略微降低;通过合理设计槽开口,能有效减小转子涡流损耗。     

轴向磁通永磁电机气隙磁场端部效应研究

轴向磁通电机永磁体尺寸沿径向变化较大,且定子绕组有效长度较短,因此气隙磁场径向端部磁密值的削弱不可忽略。以一台7 k W、4000 r/min表贴式双转子轴向磁通永磁电机为例,采用三维有限元法分析气隙磁场端部效应,并得出结论:气隙长度δ增大至2 mm时对内、外端部磁场影响程度相同;极弧系数αp增大,内端部气隙磁密变化速度先减小后增大,外端部恰相反,αp=0.75时分别达到速度最小值与最大值;外端部气隙磁场随斜极角度呈明显的周期性变化,气隙圆环外径至平均半径之间气隙磁密周期变化范围为[θz,2θz)。     

不同转子结构的永磁半直驱同步风力发电机电磁场的计算与分析

以1.5MW永磁半直驱式同步风力发电机为研究对象,设计了定子252槽、转子32极、永磁体在转子嵌放位置不同的发电机方案,建立电磁场二维有限元计算模型。分别给出两台风力发电机空载和负载两种工况下的磁场波形,并给出两台电机各取一个单元电机内的负载径向气隙磁密谐波分解图,同时计算了负载时绕组磁动势的谐波含量。此外,对相同类型结构的小型永磁同步风力发电机的实测数据与理论计算结果进行比较,为设计大容量永磁半直驱风力发电机提供了一些有意义的参考。     

新型结构高速无槽永磁同步电机研究

针对高速无槽电机电感普遍较小的问题,提出了一种新型结构的高速无槽永磁同步电机。该电机的定子采用一种集成电感的新型无槽结构,由一种新型无槽定子铁心和背绕式绕组两部分组成,能够显著增加每相绕组的漏感;转子采用双层Halbach永磁阵列,可以得到很高的气隙磁密正弦度。首先重点介绍了集成电感的无槽电机定子的结构,分析了漏感增加的机理。通过解析法得到了附加漏感的计算方法,并分析了附加漏感与定子结构尺寸的关系。其次介绍了双层Halbach永磁阵列的结构和特点。通过仿真分析,将新型电机与普通无槽电机的特性进行了对比,验证了增加漏感的优势。最后,制造了一台新型高速无槽永磁同步电机的样机,通过实验证明了新型电机的有效性。     

端部磁钢对永磁无刷直流电动机反电动势的影响研究

采用三维有限元的方法,对含端部磁钢永磁无刷直流电动机的反电动势进行了仿真分析,同时与无端部磁钢模型进行对比分析,并以气隙磁密为主要研究对象,分析了气隙磁密径向分量沿轴向的分布。在进行电磁计算时,为了充分考虑端部磁钢对电机反电动势的影响,可通过引入一个端部磁钢系数k来修正二维计算结果以接近三维仿真结果。样机的实验结果证明了其正确性,为新开发电机估算其反电动势提供了一种切实可行的方法。     

基于Halbach阵列的永磁风力发电机的设计与优化

为提高电机气隙磁密的正弦度以提升电机的性能,将Halbach阵列应用于直驱式外转子永磁同步风力发电机。设计了一台1.2MW直驱式永磁同步风力发电机,通过有限元法对比分析了不同Halbach充磁阵列和传统径向充磁阵列电机的气隙磁密及感应电势波形,仿真结果显示45度Halbach永磁阵列永磁电机的气隙磁密波形和感应电势波形的正弦度最高且谐波含量最低,发电效果最佳。针对45度Halbach阵列永磁同步风力发电机进行了温度场仿真,结果表明,电机不存在局部过热情况,设计的Halbach阵列永磁同步风力发电机能够稳定运行。     

气隙偏心下永磁风力发电机定子电磁振动特性分析

永磁风力发电机定转子偏心会造成发电机气隙分布不均匀而产生磁场不平衡,使发电机振动加剧,严重时甚至引发转子扫膛,使发电机损坏失效。以某兆瓦级永磁风力发电机为研究对象,理论分析了气隙偏心对发电机气隙磁密和径向电磁力的影响,对于不同气隙偏心量下的风力发电机瞬态电磁场开展有限元分析,获得气隙磁密和径向电磁力分布特性变化规律,进而开展径向电磁力作用下定子谐响应分析,以掌握气隙偏心引起的定子振动响应特性。结果表明：随着气隙偏心量的增加,气隙最小处气隙磁密幅值增大,径向电磁力新增边带分量;发电机定子振动响应中工作频率的倍频幅值也随之增大,其中二阶径向模态响应幅值最大。所得结果可为发电机气隙监测方法研究提供一定的理论依据。     

新型外转子Halbach永磁阵列定子无铁心电机设计与分析

具有气隙磁密正弦、磁密高等优点的halbach阵列永磁外转子电机应用于飞轮储能系统的电动/发电机可以有效提升系统集成度,简化系统结构,提高系统功率密度。本文研究分析新型外转子halbach永磁阵列定子无铁心电机的转子结构和定子绕组设计方法;通过有限元方法分析了磁场分布和定子绕组损耗;研究定子绕组区域磁场分布变化特征,采用每匝绕组线圈内部导体换位技术有效抑制线圈导体内部之间的环流;最后,通过场路耦合方法分析定子绕组电流对转子永磁体涡流损耗影响。本文优化设计的200k W外转子halbach永磁阵列定子无铁心电机的机电能量转化效率高达99%以上。     

一种无铁心盘式电机绕组涡流损耗计算新方法

为了精确计算水下航行体推进装置用无铁心永磁盘式电机的绕组涡流损耗,提出一种分段式三维磁场有限元法.该方法通过三维磁场有限元分析得出电机三维气隙磁密,然后采样气隙主磁通与绕组端部处磁密切向和轴向分量,再经过傅里叶分解得出各次谐波分布,从而计算出绕组涡流损耗.文章通过仿真分析与试验验证,结果表明该方法较分段式等效直线电机二维有限元法的计算结果更精确.     

液态金属磁流体发电机电枢反应分析

为研究液态金属磁流体(LMMHD)发电机内部感生电流产生的感应磁场对外部永磁磁路的影响,采用3D有限元法分析了不同感生电流下LMMHD发电机的磁路分布特点、永磁体工作点磁密及工作气隙磁密分布规律,得到了LMMHD发电机电枢反应特性。结果表明,LMMHD发电机内电枢电流产生的感应磁场使工作气隙磁场发生畸变,永磁体产生去磁效应,铁磁部件磁通密度增大、甚至达到磁饱和,磁路漏磁增大;当外磁路已达到磁饱和,电枢反应磁场减小工作气隙有效磁场分量、增大工作气隙端部漏磁,且在工作气隙中间区域产生Y方向磁场分量(电枢电流为X方向)。     

定子结构型式对高速永磁发电机电磁性能影响

为了研究定子结构型式对高速永磁发电机电磁性能影响,根据一台100 kW级高速永磁发电机的结构特点,建立高速永磁发电机的二维电磁分析数学模型和物理模型.采用时步有限元法对电机稳态工作时的电磁场进行计算分析,确定电机输出功率、端电压、涡流损耗和铁耗等运行数据,并与部分实测数据进行对比.通过分析采用传统绕组结构和背绕式绕组结...     

磁性槽楔对高压感应电动机电磁参数和性能的影响

针对传统方法很难定量分析磁性槽楔对电机性能影响的缺点,提出采用场-路-运动耦合时步有限元分析磁性槽楔影响的方法.以一台使用磁性槽楔的710 kW的高压感应电机为例,通过建立二维瞬态场数学模型,准确计算了气隙磁密分布、槽漏抗及附加损耗等电磁量,并在此基础上,深入分析磁性槽楔相对磁导率的变化对电机电磁参数、相电流、转矩和径向电磁力等的影响.计算结果表明,磁性槽楔可以有效减小气隙磁密中的谐波含量,降低表面损耗和径向电磁力波.     

杯状纵磁真空灭弧室三维涡流场仿真

对杯状纵磁真空灭弧室触头建立了与实际触头结构完全一致的有限元分析模型,模型中把电弧弧柱处理成圆柱形金属导体.对模型用有限元法进行了三维涡流场仿真.仿真结果表明,考虑电弧以及杯和电弧的涡流效应后,在电流峰值时,触头片中电流密度最大值变大;触头片上槽一侧的纵向磁场比另一侧强;磁感应强度B矢量在触头表面上的分布呈"旋涡"形状,其纵向分量在触头中心较大,越靠近触头边缘越小,而横向分量则增大;电流过零时,与未考虑电弧以及杯和电弧的涡流效应时的计算结果相比,触头间隙中心平面上及触头表面上的纵向磁场分布变为"帐篷"形状,纵向磁感应强度最大值也变大.在触头开距中心处纵向磁场较强且纵向磁场滞后时间也相对较长.     

高速永磁发电机冷却流道结构双维度连续量子蚁群优化的温度场计算

以1台117kW高速永磁发电机为例,通过温度场计算分析和连续量子蚁群优化,对其冷却系统进行了优化设计研究。基于电磁分析确定的电机额定负载运行时的损耗分布,建立了电机内三维温度场分析模型,通过流体场与温度场耦合传热分析,得到了定子冷却流道内流体散热系数和温度的变化规律,并确定了电机全域三维温度分布。提出了轴向不等截面冷却通道结构,使电机内温度分布趋于均匀,并研究了流道高度和通道截面变化位置对电机内温度分布的综合作用影响。采用连续量子蚁群优化算法,建立了双目标函数双维度变量的流道优化设计数学模型,通过算法优化设计得到了定子绕组最高温度和轴向温差均为最小的流道结构方案。     

基于场路耦合时步有限元法的永磁同步发电机设计

首先根据传统方法设计了一台永磁同步发电机,然后通过对其等效磁路的分析进行空载气隙磁密和漏磁系数的解析计算,最后再利用场路耦合时步有限元法对所设计电机分别进行空载和额定负载时瞬态磁场的分析和空载时气隙磁密及漏磁系数计算值的验证.结果表明,所设计电机磁场分布合理,各项指标均达到设计要求,且气隙磁密及空载漏磁系数的解析值和有限元计算值也吻合得较好,证明了分析和设计的有效性.     

大型汽轮发电机转子温度场计算

以一台空冷汽轮发电机作为研究对象,根据传热学原理,通过建立转子绕组槽绝缘与槽楔的转子圆周1/4三维有限元模型,给出了求解域内的基本假设及相应的边界条件。根据气隙磁密的提取,计算出额定工况下转子表面杂散损耗,以转子绕组电阻损耗和表面杂散损耗作为热源,采用解析法计算得到转子通风沟表面散热系数,并以此为基础,将计算得到的各项损耗值及散热系数作为温度场求解条件,对汽轮发电机转子直线段部分三维温度场进行计算,得到了发电机额定负载运行时转子温度场分布。     

水轮发电机等效轴向气隙长度计算

本文提出一种计算发电机等效轴向气隙长度的新方法，该法首先利用电磁场数值分析技术计算发电机端部场，然后按照发电机电磁设计要求，算出等效的轴向气隙长度。     

轴向电磁轴承多自由度承载力理论与实验研究

为了实现磁悬浮轴承系统的微型化,对轴向电磁轴承的多自由度承载力进行理论与实验研究。基于轴向磁轴承气隙磁通空间分布,利用分割磁场法建立磁路模型,由虚位移法得到轴向和径向承载力的数学表达式。借助有限元仿真软件,得到轴向磁轴承气隙磁感应强度与磁场空间分布。在搭建的磁轴承三维力学测量平台上,实验测量了轴向磁轴承的轴向与径向承载力,分析总结了多自由度承载力随电流、轴向位移和径向位移的变化规律,结合理论与仿真结果,分析了结构参数变化导致气隙磁场分布变化,进而改变轴向与径向承载力的物理机理,为轴向磁轴承实现多自由度悬浮研究提供了参考依据。     

磁力耦合联轴器三维传递转矩及特性参数分析

针对传统二维方法因忽略端面效应导致磁力耦合联轴器传递转矩计算不精确问题,借助单对永磁体传递转矩的库伦表达,建立具有多对弧形永磁体结构的磁力联轴器三维转矩解析模型,通过与三维有限元模型磁场分析对比验证了该模型可行性。对磁力耦合联轴器转矩特性参数包括:磁极对数、转子厚度、磁体轴向长度、节距比等对传递转矩的影响进行了分析,研究结果表明:合理选择磁极对数并适当减小气隙厚度有利于增加传递转矩;传递转矩随内、外转子厚度的增加而变大,但变化率逐渐减小;当转子轴向长度大于径向长度时,漏磁现象显著减小;选择合适的节距比有利于提高永磁材料的利用率。提出的磁力耦合联轴器三维转矩模型可为联轴器的结构设计与优化提供理论指导。