定子斜槽高压感应电动机三维磁场与运行性能分析

针对高压感应电动机转子斜槽在工艺上的困难,提出了在定子上采用斜槽结构的设计方法。建立求解定子斜槽高压感应电动机的三维非线性瞬态场数学模型。通过对电机进行三维实体建模,并采用基于T,ψ-ψ电磁位对的三维有限元法对定子斜槽的高压感应电动机额定工况进行分析计算。分析了定子斜槽后电机基波磁场和齿谐波磁场沿轴向的分布情况,并研究了斜槽对主要齿谐波磁场的削弱作用,进一步对比分析了斜槽与直槽额定工况下主要性能参数,计算结果表明,定子斜槽高压感应电动机电气性能优于直槽电机,并大幅降低了齿谐波。     

考虑饱和及叠片涡流的凸极同步发电机空载齿谐波电势研究

凸极同步发电机空载电压波形主要取决于齿谐波电势,它叠加于由励磁磁势和气隙不均所产生的基本磁场的谐波电势上,使空载电压波形畸变率增大。本文先用有限元法求解饱和的基本磁场,再用饱和齿谐波比磁导对该磁场的调制作用算出第一类齿谐波电势。由于第一类齿谐波附加磁场割切阻尼绕组和磁极叠片引起叠片涡流和阻尼条高频电流,又会在气隙中产生第二类齿谐波磁场并在定子绕组感应出第二类齿谐波电势。本文作者在83、85和87年三次全国机电学术年会上宣读的论文主要的进展是计入了气隙圆周各点不同的饱和效应,而且首次测定和分析了磁极(A_3钢叠片)涡流对气隙磁场的阻尼作用。     

复合转子异步电机中谐波转矩及附加损耗的分析和计算（二）

在上篇谐波磁场三维分析的基础上，对复合转子异步电机中的谐波转矩和附加损耗进行了较详细的分析，提出了实用的计算公式。通过对样机的讨算，验证了本文计算方法的准确性。本文最后提出了降低附加损耗、提高复合转子异步电机性能的各科方法。     

异步电机气隙谐波磁场的分解合成法

经过详细分析异步电机定、转子磁动势、气隙磁导和气隙谐波磁场的关系，提出了计算气隙谐波磁场的分解合成法，这种方法是将定转子磁动势分解谐波、各次谐波磁动势作用于有齿槽的气隙磁导，产生一系列气隙磁场谐波，将这些谐波按其谐波次数，旋转方向及速度对应迭加，从而合成气隙谐波磁场，采用有限元数值方法分别计算定子、转子和气隙磁场，不仅考虑了齿槽效应而且考虑了不同饱和程度下的铁心磁阻以及各次谐波的电枢反应，从而使计     

异步电机气隙谐波磁场的分解合成法

经过详细分析异步电机定、转子磁动势、气隙磁导和气隙谐波磁场的关系，提出了计算气隙谐波磁场的分解合成法．这种方法是将定转子磁动势分解谐波，各次谐波磁动势作用于有齿槽的气隙磁导，产生一系列气隙磁场谐波，将这些谐波按其谐波次数，旋转方向及速度对应选加，从而合成气隙谐波磁场。采用有限元数值方法分别计算定子、转子和气隙磁场，不仅考虑了齿槽效应而且考虑了不同饱和程度下的铁心碰阻以及各次谐波的电枢反应，从而使计算精度大为提高。本方法用于计算一台７．５ｋＷ异步电机的气隙谐波磁场，所得结果与实测值基本相符，说明本文方法符合工程要求．     

低转矩波动交错转子连续极轴向磁通永磁电机设计

为消除轴向磁通电机中的偶次谐波，本文结合双转子连续极轴向磁通电机的结构特点，设计了一种转子交错布置的交错转子连续极轴向磁通电机。通过使用两转子之间交错180°电角度的交错转子连续极轴向磁通结构，消除了电机总气隙磁密中的偶次谐波，使电机转矩波动得到了显著降低。通过使用简化磁路，对交错转子连续极轴向磁通结构消除偶次谐波的原理进行了说明。最后通过有限元软件进行仿真验证。结果表明：本文提出的交错转子连续极轴向磁通电机虽然单个转子产生的相反电势中仍然存在大量的偶次谐波，但两转子共同产生的总相反电势中不存在偶次谐波，从而消除了电机中偶次谐波对电机转矩波动的影响；与传统连续极轴向磁通电机相比，交错转子连续极轴向磁通电机的转矩波动由49.06%降至7.09%，降低了85.55%；电机相反电势在电机绕组不变的基础上消除了偶次谐波，表明电机转子磁动势在电机定子的磁场中不存在偶次谐波，因此相比于传统连续极轴向磁通电机，交错转子连续极轴向磁通电机的铁耗由302.43W降至276.43 W，降低了8.59%；此外，交错转子连续极轴向磁通电机的平均转矩由传统连续极轴向磁通电机的621.17 N·m提升至677.6...     

转子结构对高速无刷电机转子涡流损耗的影响

针对转子涡流损耗在高速电机中比较严重的问题,通过有限元分析研究了永磁体分块对转子涡流损耗的影响.分析表明：当永磁体周向宽度小于谐波磁场在永磁体中的透入深度时,永磁体分块能有效地减小永磁体中的涡流损耗;反之,永磁体分块会使永磁体中的涡流损耗增加.利用涡流磁场的屏蔽作用,在转子保护环和永磁体之间增加一层电导率高的铜片.尽管铜片中会产生涡流损耗,但该涡流产生的磁场抵消了气隙磁场的谐波分量,使永磁体、转子铁心以及保护环中的损耗显著减小,整体上降低了转子涡流损耗.     

转子分段斜极对永磁同步电机电磁噪声的削弱影响

为了削弱由齿谐波引起的电磁力谐波从而有效抑制电机的电磁噪声,推导转子分段斜极的径向电磁力波的解析式,分析分段斜极对永磁同步电机电磁噪声的抑制机理,讨论不同斜极分段数与削弱的齿谐波阶次之间的关系. 基于MANATEE仿真平台,对48槽8极永磁同步电机进行不同斜极分段数下的径向电磁力波和电磁噪声仿真分析,得到斜极分段前后主要阶次的径向电磁力谐波在不同斜极分段数下的变化规律,分析分段斜极对电磁噪声的影响. 研究结果表明：当齿谐波阶次为分段数的整数倍时,转子斜极无法削弱该阶齿谐波;当为非整数倍时,该阶次的齿谐波可以得到有效抑制,电磁噪声明显下降. 样机的实测噪声与仿真结果基本吻合,验证了转子分段斜极降低电机噪声的机理及仿真分析的正确性.     

绕线转子无刷双馈电机的工作原理及绕组设计

为解决转子结构中存在谐波含量高的问题,在分析无刷双馈电机工作原理的基础上,采用绕线转子的转子结构,对这种新转子结构电机的定转子绕组设计原理和接线方式进行研究.这种新的转子绕组可以根据"齿谐波"原理或者"变极"原理来设计,接线方式灵活,绕组系数高,谐波含量低.样机的试验数据说明:这种绕线转子无刷双馈电机有良好的性能.     

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.     

倍极感应励磁同步发电机附加磁场分析

在不计磁路饱和的条件下，对倍极感应励磁同步发电机中由定于直流励磁电流产生的磁场（附加磁场）进行了分析，分析中考虑了磁势谐波和气隙磁导谐波的影响．导出的附加磁场表达式可用于转子励磁电流的准确计算     

带阻尼绕组整数槽凸极同步发电机空载时的齿谐波电势

齿谐波电势是电机理论中人们感兴趣而尚未解决的一个问题。齿谐波电势分两类,第一类是由于定子开槽出现了附加气隙磁场而产生,第二类是由于阻尼绕组高频感应电流的磁势发生另一附加气隙磁场而产生。 在本文中我们对第二类齿谐波电势作了详细讨论并独立推导出一套完整的计算公式。最后为了证实所推荐算法的正确性,采用了一台160千瓦同步电机作为算例,所得的结果与实验值符合良好。     

倍极感应励磁同步发电机附加磁场分析

在不计磁路饱和条件下，对倍极感应励磁同步发电机中由定子直流励磁电流产生的磁场（附加磁场）进行了分析，分析中考虑了磁势谐波和气隙磁导谐淑的影响，导出的附加磁场表达式可用于转子励磁电流的准确计算。     

多极轴向磁路磁阻式旋转变压器的分析与优化

针对单对极轴向磁场磁阻式旋转变压器测量误差相对较大的问题,提出了一种多极轴向磁路磁阻式旋转变压器,以解决高次谐波的干扰、定子与转子偏心等问题对精度的影响.应用微积分法对这种新式磁阻式旋转变压器的数学模型进行解析计算,并在此基础上给出了多极轴向磁路旋转变压器的数学模型和工作原理.通过有限元法的分析,验证了设计方案的正确性与可行性.分析结果表明,输出电势中的高次谐波使电压波形畸变而产生误差,其中三次谐波含有率占总谐波畸变率的比重较大.通过对转子结构进行优化,削弱了输出电势中的三次谐波,有效地降低了多极轴向磁路磁阻式旋转变压器的测量误差.     

定子槽口宽度对同步电机转子涡流损耗的影响研究

针对定子槽口宽度对永磁同步电机转子涡流损耗的影响问题,探讨定子槽口宽度与转子涡流损耗之间的关系。以额定功率为18kW的四极机电液耦合器表贴式永磁同步电机为例进行研究。同时,采用Ansys EM电磁场软件,建立电机二维有限元模型,在定子槽口不同宽度下,对气隙磁场谐波幅值的变化与转子上电涡流密度分布情况进行分析,分析磁场谐波幅值、转子电涡流密度与定子槽口宽度的关系。仿真结果表明,气隙磁场中的一阶齿槽谐波幅值最大,且其幅值随槽口宽度的增加而增大;涡流主要集中在转子表层,转子表层涡流密度随槽口宽度的增加而增大;转子中涡流损耗随槽口宽度的增加而增大,且涡流损耗与槽口宽度成二次函数关系。该研究为永磁同步电机定子槽型的优化设计提供了理论依据。     

交流电机中的两种谐波磁场

交流电机中除因电枢铁心引起的齿谐波外,还存在着两对电机有机似不良影响的谐波磁场,本文较详细地分析了交流电机的这两种磁谐波。     

异步电动机谐波转矩分析

本文从电机基础理论出发,分析异步电机气隙中的谐波磁场,确定谐波磁场引起的异步与同步附加转矩使异步电机的M=f(s)曲线产生下凹的位置,说明电机设计中应避免的定转子槽配合的源由。     

内置式永磁电机齿槽转矩削弱方法研究

为抑制永磁同步电机齿槽转矩,减少电机振动与噪声,提出一种定子齿顶开辅助槽与转子外圆偏心的结构来抑制齿槽转矩,提升电机的输出性能.首先建立了定子齿顶开槽前后与主气隙分布函数解析式,分析定子开槽与电机主磁场分布及齿槽转矩的关系,同时分析了转子外圆偏心后对齿槽转矩的影响.以内置3相8极48槽V型永磁同步电机为例,利用有限元法对定子齿顶辅助槽个数、槽宽、槽深、槽位置以及转子外圆偏心距等参数进行优化对比分析,获得最优的参数匹配.结果表明：定子齿顶双矩形对称开槽以及转子外圆偏心的方式能有效改善主气隙磁场分布,抑制电机齿槽转矩,优化后的电机气隙磁密5、11、15、17谐波幅值下降明显,电机齿槽转矩峰值降低了59.6％,反电势波形正弦性增强,平均转矩提升,电机输出性能明显改善.     

多工况条件下异步电机斜槽与谐波特性

为了研究多工况下异步电机斜槽与谐波特性,以一台Y2-250M-4、55kW笼型异步电机为例,建立了多截面场-路耦合时步有限元计算模型.计算出斜槽不同负载情况下的铁耗,分析了转子斜槽后定转子铁芯典型位置的齿谐波沿轴向分布规律,并研究了斜槽对定转子齿顶区域齿谐波的削弱作用.实验结果表明,谐波铁耗在总损耗中所占的比例随负载的增大而增加;电机采用斜槽时,定转子各部分铁耗沿轴向波动,损耗值沿轴向并无太大差异;斜槽对铁耗的影响随负载的增加而增大.     

永磁转子偏转式三自由度电机建模与结构分析

针对以往研究中单层结构永磁转子三自由度电机转矩特性的不足,提出一种新型永磁"蝶形"转子偏转式三自由度运动电机,采用球坐标系下分离变量法和洛伦兹力法分别对电机气隙磁场和转矩进行解析建模,确定气隙磁场空间谐波含量和结构参数对基波磁通密度和转矩幅值的影响,同时进行三维有限元仿真分析.通过研究两种计算方法下气隙磁场、自转和偏转转矩的特点及规律,并进行对比分析.结果表明:"蝶形"永磁转子结构的气隙磁通密度分布和转矩特性优于单层结构,气隙磁通密度径向分量空间分布近似平顶波,转子中间层磁极的气隙磁通密度幅值最大,解析法与有限元法的计算误差均小于6.7%.