面装极宽调制式永磁电机齿槽转矩研究

为了抑制面装式永磁电机的齿槽转矩,在对比了抑制齿槽转矩常用方法的基础上,提出永磁体正弦极宽调制方法,结合实例样机设计面装式永磁电机永磁转子极宽调制结构、尺寸和参数.利用有限元方法对传统面装式永磁电机和极宽调制式永磁电机内部电磁场进行计算,得到2种结构的永磁电机气隙磁场波形和齿槽转矩特性曲线;与传统面装式永磁电机相比,极宽调制方法可使气隙磁场波形正弦化程度提高38.98%;研制传统面装式永磁电机和极宽调制式永磁电机样机,并设计构建一个由角度传感器、扭矩扳手和样机电机组成的齿槽转矩实用测试系统,对2种不同结构样机的齿槽转矩进行了实验检测.对于2种实例样机,与传统面装式永磁电机相比,有限元分析计算结果和实验结果表明,正弦极宽调制方法可以使齿槽转矩分别降低30.5%和30.9%,可见永磁体正弦极宽调制方法是一种抑制面装式永磁电机齿槽转矩的有效方法之一.     

极宽调制式永磁电机削弱齿槽转矩分析与实验

由于齿槽转矩的存在会使电机产生转矩振荡和噪声,根据齿槽转矩的产生机理,对比现阶段抑制齿槽转矩的几种方法,指出极宽调制式永磁电机在削弱齿槽转矩方面的可行性.通过有限元电磁场分析软件Ansoft对传统表面式永磁电机和极宽调制式永磁电机进行模拟仿真,计算两种结构永磁电机的齿槽转矩,并设计构建一个由角度传感器、永磁电机、扭矩扳手等器件组成的齿槽转矩测试系统,并对两种不同结构样机的齿槽转矩进行实验.实验结果与Ansoft仿真结果具有一致性,证明了极宽调制式电机降低永磁电机齿槽转矩方法的正确性,极宽调制方法也是削弱齿槽转矩的有效方法.     

不等距圆筒型永磁直线电机推力波动研究

齿槽力和纹波推力是引起永磁直线电机推力波动的主要因素,采用能量法和傅里叶分析法对齿槽力进行了解析分析,对于整数槽绕组圆筒型永磁直线电机提出采用定、动子不等极距的方法削弱电机的齿槽力,并对不等极距消弱齿槽力的机理进行了理论分析,给出了动子极距选取的计算公式,同时研究表明采用合适的动子极距可以降低空载电势中的谐波含量,进而抑制了由空载谐波电势引起的纹波推力。有限元分析和样机实验表明:齿槽力得到了有效的消弱,降低了空载反电动势中的谐波含量,电机的推力波动得到了有效的抑制。     

磁体阵列式永磁同步电动机磁场与起动性能

为了提高传统表面式永磁同步电动机气隙磁场的正弦程度,降低永磁同步电动机的谐波影响并且使得表面式永磁同步电动机也能具有一定的自起动能力,提出一种分布磁体阵列调制式永磁同步电动机．转子铁芯表面磁极是由若干小磁块阵列构成的,阵列中小磁块的宽度、高度及磁块之间的间隔符合一种调制关系,合理设置转子与磁极的结构和位置,使产生的气隙磁场波形更加接近正弦波.利用调制后磁体阵列间剩余的空间设置起动绕组,产生异步感应电磁转矩,使表面式永磁同步电动机增添自起动功能.ANSOFT仿真分析和样机实验结果具有很好的一致性,说明所提出的改善表面式永磁同步电动机气隙磁场波形正弦化的方法是可行的,证明了自起动新方法和新结构的正确性和有效性.     

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。     

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.     

新型永磁体外置式直线振动发电机性能研究

设计了一种新型圆筒式直线振动发电机，采用永磁体外置式结构，绕组和铁心放置在内侧，利用永磁体的振动产生感应电动势，该型发电机可以为小型设备提供低压直流电源.基于常规永磁体内置式振动发电机尺寸，设计了一款永磁体外置式发电机样机，并采用二维有限元方法对其非线性无边界轴对称磁场进行了系统分析，得到了感应电动势的变化曲线.样机实验结果和有限元分析结果吻合良好，该型发电机与现有的永磁体内置式发电机相比，效率高，永磁体用量少，去磁效应小，电机性能稳定.当2种发电机均以1 m/s速度运行时，永磁体外置式直线振动发电机的空载感应电动势幅值比永磁体内置式发电机高0.6 V左右，效率提高了约1.64%.     

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.     

车载2极100kW全封闭无刷同步发电机电磁设计

为满足武器装备野外作业用电设备要求,根据车载发电机技术指标和电磁设计要求,对定子每极每相槽数以及转子冲片形状及转子结构进行了分析和设计.通过不同的每极每相槽数分析对比,利用较大的每极每相槽数能削弱磁势谐波;结合采用整体宽极弧偏心结构的转子冲片,改善发电机电压波形畸变率.测试结果表明,采用本文设计的发电机电压波形畸变率远优于GJB 235B-2020标准要求.     

非均匀气隙对切向永磁同步发电机性能影响

针对永磁同步发电机(PMSG)谐波含量和振动较大的问题,提出采用非均匀气隙削弱齿谐波和齿槽转矩的方法.分析了非均匀气隙永磁同步发电机的运行机理,讨论了不同偏心程度非均匀气隙情况下,永磁同步发电机的空载反电动势、输出功率、电机效率、波形畸变率等参数的变化规律.通过场路耦合法,以一台切向式永磁同步发电机为例进行了仿真,结果表明非均匀气隙能改善气隙磁场波形,电机波形畸变率THD由4.86%降到2.48%,齿槽转矩降低40%.     

汽轮发电机电磁场有限元分析应用

应用有限元计算方法实现汽轮发电机电磁场分析,可以直接观看电机磁力线和磁密分布情况,结合图表处理得到磁密波形、电压波形及空载特性曲线,对电压波形进行谐波分析,提取基波和谐波,从而方便地算出波形畸变率、电话谐波因数．以一台65MW汽轮发电机作为实例,对有限元计算结果及样机试验数据对比分析,验证了有限元计算结果的准确性,为汽轮发电机设计引入有限元计算方法提供了有价值的参考．     

谐波传动中波发生器对柔轮齿啮合的影响分析

谐波齿轮在实际传动中存在齿干涉现象,该文给出3种椭圆波发生器的计算方法,并在三维建模软件中建立了3种椭圆波发生器和变形前后的谐波齿轮的模型,对不同椭圆波发生器驱动的渐开线谐波齿轮的啮合情况进行了有限元分析,比较不同椭圆波发生器驱动的谐波齿轮的啮合情况和柔轮的应力分布情况,对干涉情况进行评定,为研究谐波齿轮干涉现象提供了一种新的方法。     

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.     

基于有限元法的谐波双圆弧齿廓设计和修形

针对实际工况中,谐波传动的柔轮的实际变形与线性假设变形存在一定偏差的问题,利用ANSYS Workbench进行多体接触有限元分析,探究柔轮的结构参数对柔轮有限元径向变形的影响规律和敏感度. 结果表明：齿宽、壁厚、筒长、波发生器与柔轮杯底距离等参数都对柔轮径向变形有一定程度的影响,其中波发生器与杯底的距离对柔轮径向变形影响程度最大,敏感度最高,其次是齿宽和筒长,壁厚对柔轮径向变形的影响程度最小. 基于柔轮的有限元变形,采用改进运动学法和柔轮精确转角关系设计无公切线双圆弧齿廓,并结合MATLAB参数化编程对柔轮齿廓进行三维修形,对仿真实体模型进行有限元分析,结果表明：有限元法设计修形的柔轮最大应力比未修形时减小925 MPa,比线性法设计修形减少144 MPa,有限元法设计修形的柔轮齿各截面的周向应力也低于线性法设计修形.     

基于互导纳原理的梳状传感器优化设计

为优化梳状表面波传感器最佳结构参数,达到提高接收信号的幅值、减少波形拖尾现象的目的,提出了一种基于交互导纳概念的优化设计方法,对等间距梳状表面波传感器的幅频特性进行优化.采用数值模拟的方法,在铝板上激励表面波,并通过仿真分析梳状传感器阵元个数、阵元宽度及阵元间距等关键参数对接收信号波形与幅值的影响.单阵元宽度较小时,拖尾现象较弱;随着阵元个数的增加,接收信号幅值虽有所提高,但会产生较为严重的拖尾现象.梳状表面波传感器阵元间距与激励波长的比例系数对接收信号的幅值影响较大,通过互导纳原理并结合时频分析,确定了当阵元间距等于激励波长时,梳状表面波传感器激励信号较好.     

基于双VSR的风电机组并网控制策略

针对兆瓦级永磁同步发电机组并网的控制要求,基于三相电压型脉宽调制（PWM）整流器的数学模型,重点研究了直接电流控制双闭环级联结构的三相电压型PWM整流器和基于SVPWM的三相电压型PWM整流器的控制系统设计,提出基于双电压型PWM整流器（VSR）的风力发电机组的并网控制策略,并建立该控制策略的等效电路模型.通过对该并网控制策略等效电路模型的仿真分析,验证了PWM整流器的升压整流特性;同时,该等效电路输出的三相交流相电流总谐波畸变率仅为1.64%,电流波形正弦度良好.仿真结果验证了该并网控制策略的可行性．