高速电主轴用无刷直流电机优化设计

针对应用在电主轴中的高速永磁无刷直流电机存在的转矩脉动、定子铁心损耗、转子涡流损耗、永磁体抗电枢去磁能力等关键问题,从转子和定子结构两方面对电机进行优化设计。通过有限元仿真对比分析永磁体不同充磁方式及定子槽数对电机各方面性能的影响,提出采用平行充磁的面贴式转子结构和槽数较少的分数槽定子结构。设计出60000r／min、3．5kW的21槽无刷直流电机并进行稳态仿真和样机试验。     

汽轮发电机失磁异步运行的耦合场有限元分析

为了准确模拟汽轮发电机失磁故障发生后的运行状态,建立了场、路、运动直接耦合的时步有限元分析模型,把电机的电磁场方程和定转子的等效电路方程进行联立求解,得到失磁故障过程中定子端电压、定子电流、转速、有功功率等变量随时间变化的波形,以及转子中涡流场的分布;通过间接耦合实现了失磁过程中转子的温度场计算.对1 000 MW汽轮发电机励磁绕组失磁进行了时步有限元分析,并通过转子温升计算和有功、无功功率波动结果可知：汽轮发电机失磁后,转差率、有功功率及转子铁心温度均在限定值内,但定子电流值过大,应采取及时的保护措施.     

航空无刷交流同步发电机铁心损耗分析

航空发电机是飞机上的重要机电设备,航空电机体积小,电磁负荷高,故发热问题尤其严重,其中铁心损耗为发电机的主要热源之一,从而使得分析三级式航空无刷交流同步发电机的铁心损耗尤为重要.通过对某航空电机铁心损耗的测试,在实验中测出一系列电参数,对这些电参数进行分析与计算,研究铁心损耗与频率的关系.分析和实验结果表明铁心损耗随频率的变化而变化,并得到铁心损耗与频率的具体关系式,得到的频率指数与电机运行时的磁通密度有关,对于400Hz航空发电机,铁心损耗的频率指数在1.4左右,同时该频率指数满足工程计算和精确度要求.     

脉冲压缩磁开关串联系统的优化设计

为了减小功率脉冲电源串联磁开关的铁心总体积与能量损耗,分析了磁开关的工作原理及其工作过程,推导了单级磁开关铁心体积的计算表达式。在分析影响磁开关铁心体积因素的基础上,提出了在所有磁开关铁心材料相同、串联系统总脉冲压缩比一定的情况下,按串联磁开关系统铁心总体积最小原则的优化和按系统铁心总损耗最小原则的优化设计方案。     

大型水氢氢冷却汽轮发电机定子温度分布

以某大型水氢氢冷却四极汽轮发电机定子为研究对象,根据CFD原理,建立1/48圆周结构的定子铁心、定子线圈、磁屏蔽及气隙的三维模型,选择合理的基本假设和边界条件,对定子内冷却介质和固体区域的温度场进行数值求解。计算结果显示固体部件最高温度出现在励端磁屏蔽外圆侧,温度值为399.9 K,定子铁心最高温度为376.3 K,没有超过最高温度限制,定子线圈最高温度出现在冷却水出口位置,温度值约为342 K,计算值与实验值的误差为5%。所得结果为氢冷汽轮机组的优化设计提供理论指导。     

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.     

无刷直流电机直接转矩神经模糊控制研究

为简化无刷直流电机控制系统结构的同时又能使其具有较快的转矩响应速度,提出一种适用于无刷直流电机直接转矩控制的神经网络模糊推理控制方案,用神经网络定子磁链观测器取代传统的定子磁链观测器．采用模糊控制算法设计逆变器开关状态选择器。利用MATLAB对系统两种不同控制方法的仿真实验结果进行比较,通过比较得出,本文的控制方法转矩、转速、磁链响应快、脉动小,具有优良的稳定跟踪性能和较快的动态响应,具有一定的工程研究价值。     

电力发生器定子端部磁场与漏抗计算

针对一种新兴高压发电机电力发生器定子端部磁场与漏抗计算问题,利用有限元分析软件ANSYS,建立了简化的电力发生器定子端部三维模型,进行了端部磁场和漏抗在有铁心与无铁心两种情况下的计算,并对两组计算结果与设计值进行了对比分析．结果表明,传统算法所计算的漏抗值波动大,而采用有限元分析法所得计算结果更为确定．     

汽轮发电机不同负荷时电磁场的分析与计算

准确计算电机电磁场的分布可以为进一步确定电机参数、性能曲线、温升等奠定基础,因此电机电磁场的分析和计算是电机设计和制造的主要工具之一。基于此,建立了大型汽轮发电机电磁场的数学模型。考虑到定、转子齿槽的影响、气隙磁场的扭斜等因素,分析了电机整个圆周上的磁场分布。采用有限元数值方法计算了电机空载、额定负载以及任意负荷时的电磁场分布,分析过程中考虑了导磁材料的非线性。采用电磁场的计算结果确定了电机定子铁心的损耗,并将其应用于定子温度场的计算,计算结果与发电机运行时的实测值相比较,误差满足工程需要,证明提出的模型和方法是正确的。     

压应力对硅钢片磁特性的影响研究

并联电抗器是电站设备中噪音的主要来源,设计和研究低噪声电抗器具有重要意义。依据间隙铁心式电抗器铁心的结构特点,需要螺栓的紧固作用,在工作状态下电抗器的间隙式铁心部分受压应力作用。为了准确分析间隙铁心式电抗器的工作磁特性和电磁振动,开展了不同应力下多种铁心硅钢的磁化和磁致伸缩特性测量,并基于测量数据对电抗器样机电磁振动进行了分析计算。文中首先改进磁致伸缩测量系统,测量获取首钢3种典型铁心用硅钢在不同应力,特别是压应力下的磁化和磁致伸缩特性;考虑铁心磁致伸缩效应,对不同硅钢牌号制造的间隙电抗器铁心,分别对其不同应力下的磁场和机械场进行分析计算,获得了铁心磁通密度和应力的分布,以及不同位置的振动情况。本文的研究成果可为低噪声间隙铁心式电抗器的设计提供不同硅钢磁特性数据和理论分析方法。     

基于直接转矩控制的双馈感应电机速度及无功控制

基于直接转矩控制原理,给出了双馈感应电机一个新的转子速度与定子侧无功控制策略。通过适当选择转子侧电压矢量,即可通过转矩内环和转子磁链幅值内环达到速度与无功控制。所研究的系统当其用于拖动场合可提高用户端功率因数,用于风力发电场合在进行最大风能跟踪的同时可参与电网无功调节。对一个由15 kW双馈感应电机构成的系统进行了仿真实验,结果显现本策略在速度与无功指令值及定、转子电阻变化时所具有的有效性和鲁棒性。     

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.     

定子过电流限制与过励限制的协调性研究

励磁系统定子过电流限制和过励限制的协调控制一直是业内讨论的热点,但相关的研究文献较少,文章建立了某一600MW机组的仿真模型,模型不仅包含了励磁系统主环,也包括了定子过电流限制和过励限制环节模型。基于搭建的仿真模型深入研究了两个限制的协调性,从研究结果可见,两个限制器均具备存在的价值,其在系统电压下降过程中,抑制转子过电流和定子过电流方面作用明显,有效地延长了故障过程中机组的在网时间,提高了机组对电网的电压支撑作用。而通过不同故障下的仿真表明,定子过电流限制在系统电压下降过多时应闭锁运行,避免机组的无功不足,导致机组稳定性能下降。文章结论对于励磁系统参数整定、逻辑设计具有重要意义。     

EMS型磁浮列车驱动力和悬浮力的计算新方法

针对电磁悬浮(EMS)型磁浮列车用凸极直线同步电机定子和转子齿槽不连续分布的特点，提出一种基于解析的驱动力和悬浮力计算新方法.该方法在分析列车运行时所在位置处的定子和转子几何分布和载荷分布基础上，根据列车所在位置处的定子电流磁动势分布和磁场强度的分布，计算出所有驱动力的大小.通过研究列车所在位置处的定子与转子总的磁导率函数分布和励磁曲线分布，得出列车运行过程中所有悬浮力的大小.计算结果表明，驱动力和悬浮力的波动频率是定子电流变化频率的6倍.当转子极距大于定子极距时，可以获得较大的悬浮力和驱动力，驱动力和悬浮力的波动也相对较小.     

基于参数辨识的异步电动机温度在线监测方法

提出了一种基于参数辨识技术的异步电动机定转子温度在线监测方法，即首先辨识异步电动机定转子电阻，随后根据金属电阻与其温度之间具有严格线性关系这一原理，计算异步电动机定转子温度，进而实现在线监测。数字仿真及实验结果证明该方法是正确可行的，其突出优点是仅根据异步电动机定子电压、定子电流及有功功率即可实现定转子温度在线监测，而不必使用温度传感器。同时，为了避免使用转速传感器，应用ＢＰ神经网络确定了异步电动机定子电压、定子电流、功率因数角与其转子转速之间的映射关系。基于参数辨识技术的异步电动机定转子温度在线监测方法简捷实用，可集成于异步电动机状态监测与故障诊断系统，无需任何额外的硬件投资，同时，软件开销也很有限。     

基于转矩绕组无功功率MRAS的无轴承异步电机无速度传感器矢量控制系统

针对无轴承异步电机高速运行需要和转速在线估计问题,提出了一种基于转矩绕组无功功率模型参考自适应控制系统的无速度传感器矢量控制方法。经过数学推导,建立了转速与转矩绕组无功功率的关系式,消除了积分环节和定子电阻的影响,实现对转子转速的在线独立观测。应用此策略构建了无轴承异步电机无速度传感器矢量控制系统。仿真研究结果表明,该控制策略能实现无轴承异步电机在大负载扰动下的稳定悬浮运行,转子估计转速与实际转速的稳态误差小,控制精度高,验证了所提方案的有效性。     

无刷双馈电机的电磁设计研究

从鼠笼式无刷双馈电机稳定运行时定转子子电流产生的磁势入手,结合样机分析了无刷双馈电机的工作原理,探讨了不同电磁结构下定转子磁场的分布规律,阐述了定转子结构的设计特点,实际分析结果表明：为了使定转子间的能量得到了有效的传递,定子绕组的排列应尽可能使所需磁场接近正弦而消除无用皮,转子机构则应使转子绕组建立的磁场起到对两定子磁场的调制作用。这为无刷双馈电机的电磁设计,模型建立和参数优提供了理论基础。     

Numerical study on the separation and superposition of the influences from up- and downstream rotors

A three-dimensional Navier-Stokes solver is used to investigate the separation and superposition of the influences from upstream and downstream rotors in an axial-radial combined compressor for unsteady design applications. The data from rotor/stator and stator/rotor configurations show that the unsteady flow response in axial stator passage is caused only by one rotor. The results from the rotor/stator/rotor configuration revealed the superimposed characteristic of influences from upstream and downstream the rotor. The impact of the superimposed characteristic was studied by analyzing the virtual relative flow angle at the stator exit. The results show that the axial velocity in the passage of axial stator can be influenced by wake from upstream axial rotor and potential field of downstream radial rotor. While they are coupled to have an effect on the unsteady flow in axial statot passage, the excitation or suppression phenomena appear and lead to different levels of deterministic fluctuation kinetic energy. Their locations are determined by the frequencies of the involved influences. In addition, the variability of superimposed characteristic （ excitation and suppression） at the stator exit modulates the inlet flow angle for downstream rotor.