新型混合励磁永磁同步电机齿谐波电动势的协调控制

对于利用齿谐波磁场来励磁的混合励磁永磁同步电机,希望转子齿谐波绕组中感应的用来励磁的齿谐波电动势足够大,而定子电枢绕组中感应的影响电动势波形的齿谐波电动势尽可能小。为了实现这一目标,分析了齿谐波电动势产生的机理,找到了影响定、转子绕组齿谐波电动势大小的主要因素,并进行了详细的讨论,得出了一些实用的结论。最后,对一台齿谐波励磁的混合励磁永磁同步发电机进行了理论计算和实验,计算结果和实验结果的比较验证了理论分析的正确性。     

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。     

混合励磁永磁电机齿谐波绕组特性计算与分析

为了在电机设计阶段把握混合励磁永磁同步发电机齿谐波绕组的空载和负载特性,应用电机理论定性分析了转子齿谐波电动势的产生机理及特点。根据其特点,提出了一种准确计算齿谐波绕组电动势波形的方法。应用该方法对一台齿谐波励磁的混合励磁永磁同步发电机的齿谐波绕组电压随励磁电流和电枢电流的变化分别进行了计算,并对其变化趋势进行了详细的分析。分析表明:齿谐波绕组特性与电枢绕组特性不同,其受磁路饱和影响较大。计算结果和实验结果的比较验证了计算方法的准确性以及理论分析的正确性。     

同步发电机空载电压波形的齿磁通计算

为了快速准确计算谐波励磁同步发电机和普通同步发电机的空载谐波电压，提出一种齿磁通法计算谐波电压。利用有限元法，仅计算转子在一个齿距内移动时不同位置处的定子各个齿的磁通，通过绕组与齿的关联关系得到定子绕组感应电动势。该方法考虑了磁路、凸极效应、饱和、绕组布置、齿槽效应以及斜槽的影响。谐波励磁同步发电机上的实验结果与计算结果的比较说明了方法的正确性。该方法计算准确，计算量小，计算速度快。     

谐波励磁同步发电机旋转气隙磁场计算与分析

为了准确把握三次谐波励磁同步发电机随转子同步旋转的气隙磁场特性,尤其是旋转的三次谐波磁场的特性,基于有限元方法计算的电磁场结果,推导了随转子同步旋转的气隙磁场的计算方法。应用该方法对一台三次谐波励磁同步发电机有阻尼和无阻尼、直槽和斜槽等情况进行了仿真计算,得到了气隙磁场波形及其3k次谐波分量,分析了阻尼绕组对气隙磁场波形的影响,并从设计的角度提出了有效的解决方案。根据定子齿磁通以及三次谐波绕组匝数,计算得到了三次谐波绕组电压波形,且与实验测试波形基本吻合,验证了计算和分析的正确性,为该类电机的设计提供了理论依据。     

励磁电流脉动对电枢绕组空载电压波形的影响

为了不影响齿谐波励磁的混合励磁永磁同步发电机的运行性能,需要正确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,此为利用齿谐波实现混合励磁的关键问题。应用电机理论定性分析了齿谐波励磁系统输出的励磁电流产生脉动的原因,以及该脉动电流产生的附加磁场在电枢绕组中感应谐波电动势的特点。采用在齿谐波励磁系统直流侧并联电容的方法,可以减小励磁电流的脉动,从而削弱其在电枢绕组中引起的谐波电动势。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,计算结果和实验结果的比较验证了理论分析的正确性。     

齿谐波绕组感应电动势波形快速计算

为了把握齿谐波励磁系统的性能,需要快速地计算齿谐波绕组感应电动势波形.通过分析定子齿谐波磁导以及转子齿谐波绕组节距的特点,对转子齿谐波绕组的感应电动势波形计算提出进一步简化,并分析简化原理.简化后只需计算1/2个定子齿距内定转子不同位置下的电磁场,根据电磁场计算结果,得到转子齿谐波绕组磁链在一个周期内的波形,从而快速计...     

谐波励磁的混合励磁发电机比较与分析

为了解决现有一些混合励磁永磁电机的无刷化问题,将谐波励磁应用于混合励磁发电机中,提出两种谐波励磁的混合励磁发电机。分别介绍这两种谐波励磁的混合励磁发电机的结构及其工作原理,从谐波电动势产生的根源和途径、谐波绕组感应电动势的能力、运行效率、绕组用铜量,以及调节方便性等5个方面,针对这两种谐波励磁方式进行详细的比较和分析。分析结果表明,齿谐波励磁的混合励磁发电机具有较明显的优势。最后,研制了一台齿谐波励磁的混合励磁发电机并进行实验,实验结果表明,齿谐波励磁的混合励磁发电机具有较宽的气隙磁场调节能力和较高的运行效率。     

电枢磁场对零序谐波磁场励磁电流的影响机理分析与抑制

基于零序空间谐波磁场励磁的无刷同步电机,励磁电流的建立与电枢绕组中所注入的零序电流及转子谐波绕组的分布密切相关。同时,高次电枢谐波磁场和齿谐波磁场会对励磁电流产生干扰。为了提高励磁电流的稳定性和调节性能,该文深入分析合成电枢磁场产生的高次谐波和齿谐波电动势,研究干扰型谐波电动势对励磁电流的影响。并以2种具有不同槽极比结构的电机为例进行分析,表明在谐波绕组配合下,具有分数槽拓扑结构的电机转子谐波绕组中的高次谐波和齿谐波电动势得到明显削弱,励磁电流具有良好的调节特性。制作2种结构的样机进行实验,实验结果和2-D有限元结果一起验证了理论分析的正确性。     

基于等效磁路法的轴向永磁电机效率优化设计

针对双转子单定子模块化轴向永磁电机的磁场和性能计算,基于等效磁路法提出一种快速计算模型,探讨了定子内外径、永磁体轴向长度、气隙长度等参数对电机损耗和效率的影响。针对一台30k W定子模块化轴向永磁电机进行了效率优化设计,进一步利用所提出的等效磁路模型计算了电机气隙和定子齿的磁通密度波形、感应电动势等。该模型考虑了磁路饱和、电枢反应、漏磁通以及定转子相对运动的影响,将计算结果与有限元法进行对比,验证了模型的正确性与优化设计的有效性。     

永磁同步发电机比较与分析

齿谐波励磁的混合励磁发电机是一种新型的永磁同步发电机,该电机解决了普通永磁同步发电机气隙磁场难以调节的问题。从发电机运行效率、材料用量,以及气隙磁场调节能力等3方面与普通永磁同步发电机进行了详细比较与分析。以额定参数和主要结构尺寸相同的2台永磁同步发电机为例,进行了定量计算与分析。结果表明:齿谐波励磁的混合励磁发电机效率略有降低,但永磁材料的用量较少,且具有较宽范围的气隙磁场调节能力,可保持发电机端电压恒定。     

磁极极尖部饱和度对谐波励磁同步发电机谐波空载特性的影响

对谐波励磁同步发电机空载磁场进行大量有限元计算,应用齿磁通法对电磁场的计算结果进行后处理,得出了谐波绕组空载特性曲线.比较计算结果与实验结果,说明了该方法的正确性.基于该方法,分析了转子磁极极尖部的饱和度对谐波励磁同步发电机谐波空载特性的影响,并得出了一些有用的结论.     

并列转子混合励磁同步发电机转子磁极匹配研究

针对一种用于交流发电的并列转子混合励磁同步发电机,研究了Halbach永磁转子和隐极电励磁转子2种转子磁极匹配对发电机输出特性的影响。基于2种转子的气隙磁场解析模型,一方面通过电压方程研究了不同转子轴向长度匹配下发电机的外特性和励磁电流,给出了一种永磁转子轴向长度的选定原则;另一方面提出了一种转子磁极结构的匹配方法,通过谐波相抵来降低电压波形的畸变率。选择一种特定转子磁极组合,进行了仿真和样机试验验证。研究结果表明:对于所选的轴向长度匹配,既能实现恒压输出,又具有较低的励磁电流;混合励磁发电与永磁转子单独发电相比,电压波形畸变率降低。仿真及试验结果证明了转子磁极匹配方法的正确性。     

多相高速混合励磁发电机气隙磁场解析研究

基于提高功率密度和电励磁调节能力的需求,提出一种并列式转子结构多相高速混合励磁发电机,其永磁转子为离散halbach结构,电励磁转子为隐极结构。分别给出永磁转子和电励磁转子的无槽气隙磁场模型,并给出定子和电励磁转子各自单独开槽时的复数相对气隙磁导计算方法。对于电励磁转子,转子磁路饱和的影响也被考虑。在此基础上建立并列式转子混合励磁发电机的开槽气隙磁场模型,并针对气隙磁密和空载电压进行了解析分析。研究结果表明:解析结果与有限元结果较为一致,验证了解析法用于混合励磁发电机设计的可行性与正确性。     

齿谐波励磁的混合励磁发电机温度场分析

为了分析齿谐波励磁的混合励磁永磁同步发电机中齿谐波磁场的利用对其温升的影响,推导了该类发电机二维温度场计算模型,提出采用Maxwell和Fluent软件相结合的方法对发电机温度场进行计算,应用Maxwell软件建立发电机损耗计算模型,准确计算其定、转子铁耗及永磁体涡流损耗,并结合定、转子铜损耗及机械损耗,以此作为发电机热源导入Fluent软件对其进行热分析,得到了定、转子温度分布云图,可以清晰地看出发电机截面的温度分布情况。仿真结果表明:发电机内温度主要集中在定转子铁心内部和绕组处,与实际情况吻合,验证了温度场计算方法的正确性。     

计算同步发电机负载电动势波形的转子最小旋转角

为了快速计算同步发电机负载运行时的稳态性能,希望在转子相对定子旋转的角度尽可能小的情况下就能够准确得到电枢绕组电动势波形。根据电机理论,针对分数槽绕组同步发电机负载运行时的气隙磁通密度进行分析,得到了准确计算电枢绕组电动势波形的转子最小旋转角。应用有限元法计算最小旋转角范围内定、转子不同位置下的电磁场,通过对电磁场计算结果进行后处理,得到了定子每个齿磁通在一个或者多个周期的变化波形,从而快速计算电枢绕组电动势波形。对两台不同电枢绕组形式的永磁同步发电机负载电动势波形进行了计算,通过对计算结果进行比较,验证了方法的正确性。在一台电机上进行了实验,计算结果和实验结果较吻合。该方法具有计算准确以及计算量小的优点。     

一种混合励磁同步发电机的气隙磁密分析及其电压谐波抑制

为改善混合励磁同步发电机的气隙磁密分布,采用三段式气隙长度对转子进行了优化,对比了优化前后的气隙磁密。为抑制电压谐波,在完成转子结构优化的基础上,进一步采用短距、分布电枢绕组以及定子斜槽等措施。最后对样机电压波形进行了实测和质量分析,结果表明:采用三段式气隙长度与定子斜槽相结合,可将电压波形的总谐波失真(THD)抑制在5%的范围内。此外,探讨了偏心距法在切向/径向混合励磁电机中应用的可行性,并对比了分别采用偏心距法和三段式气隙长度法时的气隙磁密。     

转子磁分路式径向结构混合励磁同步发电机的空载特性

转子磁分路径向结构混合励磁同步电机利用磁分路结构可以方便地调节电机的气隙磁场。本文描述了电机的结构和原理,研究了该电机的空载特性,针对空载电动势调节范围较小的问题,探讨了减小电机导磁体间的漏磁、提高气隙磁通密度的方法,并讨论了永磁部分长度、电励磁部分长度对电机空载特性的影响。仿真和实验结果表明:磁分路径向结构混合励磁同步发电机适宜短而粗的结构,其轴向长度的变化对电机的空载特性影响很大。     

基于开放绕组的新型无刷谐波励磁同步发电机

在开放式绕组发电机中,三相定子电流可以包含完全相同的谐波电流成分,例如3次谐波电流。本文据此提出了一种新型的无刷谐波励磁同步发电机结构。与已有利用转子磁场所包含的3次谐波磁场的励磁技术不同,该原理利用定子开放绕组中的3次谐波电流成分或高频单相电流成分或直流成分所产生的定子脉振磁场在转子谐波绕组中产生感应电动势,经整流后为转子励磁绕组提供励磁电流,从而在不采用独立励磁机的前提下实现无刷化的电励磁同步发电机。本文对该谐波励磁原理进行了理论分析及电磁场有限元计算验证,并在此基础上进行了样机实验验证,证明了该原理的可行性。该谐波励磁原理的意义在于,提供了一种无刷励磁的同步发电机方案,以期减少高性能发电机对日益昂贵的稀土永磁材料的依赖与消耗。     

基于田口法的永磁发电机气隙磁通密度优化

为了减小气隙磁场中谐波含量过高对永磁发电机性能造成的不利影响,结合Taguchi方法和时步有限元法对内置"V"型转子磁路结构的永磁电机进行优化设计。首先,以永磁电机的4个结构参数为优化变量,2种电机特性为约束条件,对采用非均匀气隙结构的永磁电机的转子结构进行多目标多变量优化,得到了最优空载下非均匀气隙磁通密度波形时的转子结构;然后通过对比优化前后的气隙磁通密度谐波含量,验证Taguchi方法优化结果的优越性和正确性;最后,运用时步有限元方法计算得到了考虑定子斜槽的电动势波形,进一步验证了该文气隙磁通密度优化的有效性。