短初级六相直线感应电机感应电势计算方法及不对称规律研究EI北大核心CSCD

针对电磁发射领域短初级直线感应电机(short primary linear induction motor,SPLIM)的纵向端部效应引起的感应电势不对称现象,首先基于一维场理论分别对正序和负序电流激励条件下的SPLIM气隙电磁场进行推导及计算分析,得到气隙电磁场解析表达式,并将其计算与有限元计算值比较,结果表明,解析计算值与有限元结果精度相当。然后给出基于气隙磁密和绕组分布函数的感应电势计算方法,同时给出对称电压激励条件下初级绕组感应电势的计算流程,并通过有限元和试验进行验证。在以上分析基础上,将气隙磁密分解为基本行波磁密、入端正向行波磁密、出端反向行波磁密3部分,深入分析感应电势不对称机理以及感应电势不对称随系统设计变量变化规律。提出的基于磁密分解和绕组函数计算感应电势的方法,可为此类电机的设计、分析、控制提供一种新的思路。     

盘式电机气隙漏磁与空载气隙磁密的解析计算

针对在盘式永磁电机的初始分析与优化设计阶段,使用有限元方法计算漏磁系数与气隙磁密时需要耗费大量的建模及计算时间这一问题,对该种电机的磁路进行了分析,建立了该种电机的等效磁网络模型,并计算出模型中的各种等效磁阻,得到了该种电机漏磁系数的解析表达式.利用二分法优化计算,求出该种电机气隙磁场端部效应修正函数,端部效应修正函数适用于不同尺寸、不同极槽配合、不同结构类型的轴向磁场盘式永磁电机.解析计算出该种电机24个槽距下的相对气隙磁导函数,并在平均半径处建立了考虑齿槽效应的空载气隙磁密解析模型.最后,将解析计算结果与有限元仿真的结果进行对比,数据吻合度高,验证了等效磁网络模型与空载气隙磁密解析模型的正确性.     

横向磁通电机的三维磁场分析与计算

采用ANSYS有限元软件对横向磁通电机进行了三维磁场分析与计算,模拟了横向磁通电机定子铁心与磁体在不同相对位置下的磁密分布,找出了电机空载时定子轭部磁密的变化,求出了电机空载反电势,并绘制了相应的曲线,为横向磁通电机的优化设计奠定了基础。     

基于改进STEINMETZ方程的SR电机铁损研究

本文提出一种基于改进STEINMETZ方程的新的计算SR电机损耗的方法,通过对定转子轭部和极部的磁密波形进行分解,归纳其分布周期及规律;详细系统进行了铁损的数学推导;并将计算结果与有限元分析结果进行对比验证,验证了该计算方法的准确性。本文的损耗计算方法可推广至不同相数和极数的各种电机,并且损耗求解与模型完全独立,确保了调速系统的动态性以及方法的通用性。     

超高压变压器铁芯硅钢片磁致伸缩力数值计算

超高压电力变压器本体振动噪声主要来源于铁芯磁致伸缩,为了准确计算变压器铁芯磁致伸缩效应,提出了基于磁致伸缩力–热应力比拟的数值计算方法。首先采用ANSYS有限元分析软件建立电力变压器3维瞬态电磁场数值计算分析模型,通过求解提取铁芯每个节点不同时刻的的磁密值;其次根据磁致伸缩力–热应力的比拟,加载试验测得的硅钢片磁致伸缩特性曲线,计算得到铁芯不同时刻各个节点的磁致伸缩力;然后将铁芯磁致伸缩力导入到结构场和声场计算模型中,求得铁芯本体的振动位移及其声压分布;最后对通过减小磁密来降低铁芯本体振动噪声的效果进行了分析,并对比了不同磁密下铁芯本体振动噪声的强度与分布,证明了该方法的有效性,对比结果表明铁芯磁密降低0.05 T,其声压最大值降低约1.26 d B。     

基于多截面场路耦合法的大型水轮发电机定子线棒换位分析

针对定子线棒换位三维模型建模和求解的复杂性,以及发电机槽部和端部漏磁场计算的困难性,以180MW水轮发电机为例,提出了一种多截面场路耦合的求解方法。以单个齿槽为单元,以线棒360°不足换位为例进行分析,得到各分段截面的磁密和电密的分布图,计算线棒中各股线的电流、电压和环流损耗值,并将计算结果与三维有限元数值求解结果进行对比。验证多截面场路耦合法求解结果的有效性,为定子线棒各种复杂换位的电磁场求解提供了一种新的计算方法。     

偏心磁极永磁电机气隙磁密解析计算方法研究

对于表贴式永磁电机,为了获得良好的电动势波形,降低齿槽转矩,电机往往会采用偏心型磁极来优化气隙磁密波形,使气隙磁密波形尽量正弦分布。虽然有限元法可以对气隙磁密进行计算、求解,但电机建模、有限元求解消耗时间较长,在工程应用和电机的初步设计中有一定的局限性。为了研究计算偏心型磁极电机气隙磁密波形,本文首先根据二维电磁场理论,建立永磁电机数学模型,采用解析计算方法分别计算了常规等厚度瓦片型磁极和偏心型磁极电机气隙磁密的分布;然后将计算结果与有限元仿真结果进行了对比,误差不超过4%,验证了计算方法的正确性。最后通过对已制成的3台样机进行实验并与计算结果进行对比,误差在5%以内,验证了该方法的广泛适用性。     

背绕式定子绕组高速永磁电机三维端部区域电磁场分析与计算

以一台117kW、60000r/min背绕式定子绕组的高速永磁同步发电机为例,建立电机三维电磁场全域数学模型,给出了求解域内的基本假设及相应的边界条件;采用有限元法,计算了电机空载及额定负载状态下端部区域的磁密分布,并与部分实测数据进行了对比。同时,以气隙磁密为主要研究对象,定量分析气隙磁密在端部区域的变化情况,然后对发电机端面附近区域的转子护套、气隙、定子齿顶及定子轭部磁密径向分量和轴向分量进行分析,给出了磁密径向分量和轴向分量沿电机轴向的变化曲线。最后,对高速永磁同步发电机不同转速下背绕式定子绕组端部漏磁场进行计算,研究端部漏磁随转速的变化关系。得到了一些有益的结论,为深入研究高速永磁电机提供了理论依据。     

直流偏磁对换流变压器空载损耗的影响

针对直流偏磁影响下换流变压器的运行状况,通过有限元数值模拟分析了铁心磁通密度的变化规律。基于硅钢片中损耗与磁密的拟合关系,利用半波平均算法求解了不同偏磁情况下产品的空载损耗。     

300Mvar调相机端部电磁场三维有限元分析

在进相工况下,调相机端部漏磁较迟相运行增大,会造成定子端部结构件涡流损耗的显著增加,因此准确计算调相机磁场分布和端部结构件损耗是调相机优化设计的基础。本文简要分析了调相机端部电磁场三维有限元分析的仿真模型和计算方法。通过建立三维实体仿真模型,分析了调相机在300Mvar和-200Mvar两种工况下定转子铁心磁密分布、结构件涡流电密分布和损耗等参数,为端部结构件的研究和优化设计提供参考。     

汽轮发电机端部三维温度场的有限元计算

应用圆柱坐标系的三维温度场计算模型,求解了QFS-300-2汽轮发电机端部的温度场分布,并应用传热学理论研究了散热系数、等效热传导系数等问题。通过与2台机组十多种工况的实测数据对比。验证所建模型的正确性。最后将文中的计算结果与采用传统直角坐标模型计算所得结果进行了比较。     

Use of a finite element model for the determination of damping and synchronizing torques of hydroelectric generators

Damping and synchronizing torque coefficients are calculated from time-stepped finite element simulations of a hydroelectric generator connected to an infinite busbar. The calculated torque coefficients are compared to those obtained from two-axis equivalent circuit simulations as well as classical analytical expressions. The influence of the damper winding type, and the size and nature of the system disturbance on the damping and synchronizing torques is explored. It is found that a finite element model of a hydroelectric generator typically exhibits both higher damping and synchronizing properties compared to a two-axis circuit equivalent of the same unit. In particular, the damping and synchronizing contributions from a continuous damper winding are substantially higher in the finite element model than in the equivalent circuit model. Moreover, explicit consideration of dynamic iron losses is found to not affect the damping and synchronizing torques predicted by the finite element model.     

基于修正车体有限元模型的列车故障模拟

研究如何建立、修正和运用有限元模型来模拟动车组车载部件故障。将三维的列车车体几何模型简化为二维模型,并建立合理的耦合约束关系。对模型进行模态分析,提取自然频率和模态振型,结合实验数据对模型的弹性模量和密度参数进行修正,并对修正模型进行动态响应分析得到车体振动响应。研究表明：1)修正后车体的一阶垂向、横向、棱形和扭转模态与实验误差大幅度缩小,仿真与实验数据的结果吻合;2)螺栓断裂故障仿真例子则表明基于修正模态的有限元模型可指导列车实验测点的布置、实验数据的分析和故障的判定。     

基于有限元法的变压器漏感计算在绕组变形中的应用

电力变压器电磁分析与参数计算在科学研究与工程应用中一直受到普遍的重视,而绕组变形作为故障隐患的重要特征,其变形程度尚无法量化。以有限元方法为研究基础,利用大型有限元软件ANSYS建立变压器铁芯、绕组模型;以场路耦合方法实现变压器漏磁场的仿真,同时利用能量法原理完成变压器漏感参数的计算。针对电力变压器发生绕组变形将会导致漏感参数发生变化的基本特征,提出通过改变绕组的基本几何尺寸模拟绕组变形,计算变形前后以及各种变形形式下的漏感参数值,考察绕组变形状态和漏感参数变化量之间的关系。仿真计算结果与测量值比较,表明方法的正确性、有效性和实用性。     

超高压电力变压器绝缘计算

本文对SFP400000/500超高压电力变压器的绝缘进行了仿真计算.对主绝缘电场的计算应用有限元法,计算时将主绝缘电场场域划分为三个子区域,得出了各区域中的电位分布和电场强度分布,并计算了相关的绝缘裕度,找出了绝缘的薄弱环节.对纵绝缘电场,建立了绕组在雷电过电压下的电路模型,分别计算了高、低压绕组在全波和截波作用下的电位分布和梯度分布,确定了梯度最大的油道,并计算了相应油道在的全波和截波下的绝缘裕度,为变压器绝缘设计和改进提供了理论上的参考依据.     

风力机塔架模态分析及应用

以某大型风力机塔架为例,对塔架进行了动力特性计算,利用ANSYS有限元软件完成建模和模态分析,分析中考虑了塔顶上方机舱总质量、塔底基础质量及塔架基础约束刚度的影响。计算结果表明塔架与叶轮不会发生共振,为塔架安全运营和进一步研究风力机塔架的结构动力学分析提供了依据。     

基于 场路耦合的调速永磁同步电机损耗及温度场分析

基于ANSYS/Maxwell、Simplorer和MATLAB/Simulink仿真平台搭建了调速内嵌式永磁同步电机（IPMSM）场路联合仿真模型,进行了最大转矩/电流（MTPA）和弱磁调速控制策略下电机场路耦合仿真,得到了不同控制策略及不同负载状况下电机动态特性;采用三项铁耗分离模型,计算了不同工况下考虑谐波时的定子铁耗、转子铁耗、永磁体涡流损耗;搭建样机三维温度场有限元模型,通过有限元电磁场与温度场双向耦合仿真,分析了电机在不同工况下的温度场分布;实验结果验证了损耗及温度场分析结果的正确性。     

计及焊层疲劳影响的风电变流器IGBT模块热分析及改进热网络模型

针对不同疲劳寿命时期对风电变流器绝缘栅双极型晶闸管(IGBT)模块结温的影响,分析焊层在不同脱落度下的IGBT模块热阻变化规律,并建立考虑热阻变化的改进热网络模型。首先,依据风电机组变流器IGBT模块的结构和材料属性,建立三维有限元热-结构耦合分析模型,对基板焊层和芯片焊层在不同脱落度下IGBT模块结温和热应力的分布规律进行仿真分析。其次,确定不同焊层脱落度下其热阻增量值,并建立IGBT模块改进热网络模型。最后,将三维有限元模型和改进热网络模型的结温计算结果进行对比分析,验证了所提的改进热网络模型的有效性。     

结合矩量法和边界元法的综合接地算法研究

为解决复杂土壤条件下接地系统参数计算问题,结合矩量法和边界元法,提出了一种可计算土壤中含有不同电阻率媒质模型的新型接地数值算法。该算法在分层土壤模型计算方法基础上,将土壤中不同电阻率媒质表面进行块状剖分,通过计算每块边界单元的电荷量分析其对地下电场以及接地系统泄漏电流分步的影响。该方法弥补了目前接地计算方法只能处理分层土壤模型的缺点,可对既分层又分块的土壤模型进行计算。同时通过两个接地极模型的计算,证明了该方法的可行,并通过其计算结果与经典文献中计算结果以及实测结果的比较说明该方法的正确性。     

基于磁路的变压器式可控电抗器漏磁场计算

基于CRT的顺次单支路调节模式,采用磁路计算方法推导了不同负载下CRT的磁场计算通式。进行了算例分析,并与场路耦合的有限元计算结果进行了对比。