基于Ansoft的爪极发电机电磁仿真分析

对某型车用电励磁爪极发电机进行研究,建立了场路耦合三维有限元模型。基于该模型计算并比较空载和负载时的气隙磁密,利用MATLAB软件对气隙磁密进行了谐波分析,研究表明电枢反应使得负载时气隙磁场发生畸变、磁密幅值减小。利用经典的Maxwell应力张量法计算径向电磁力,结果表明电磁力与气隙磁密的大小具有一致性,且电磁力在低频时的幅值较大。     

d-q轴励磁的同步电机气隙磁场与电枢反应电抗的计算

本文介绍d—q轴励磁的同步电机气隙磁场与电枢反应电抗的计算方法。将电机一对极的磁路分成若干条小磁路,计算小磁路的磁化曲线。再按电机的磁势分布曲线,计算每条小磁路上的气隙磁密。然后用富里哀级数分解的方法,计算气隙的谐波磁密与磁通,进而得d、q轴的电枢反应电抗。考虑了隐极与凸极电机磁路的不同,也考虑铁心饱和的影响,它可以计算电机空载与负载下的气隙磁场与电枢反应电抗。     

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．     

表贴式永磁电机电枢反应磁场的子域模型

将表贴式永磁电机的电枢反应磁场划分为气隙子域(包含永磁体区域)、定子槽子域和定子槽开口子域,求解各个子域上的泛定方程得到其通解;施加通过考虑转子偏心的一阶摄动法得到的边界条件和分界面条件,来求得每个子域上电枢反应磁场的解析解.建立可以精确考虑定子槽、定子槽开口和转子偏心影响的表贴式永磁电机电枢反应磁场的解析子域模型,将解析模型的计算结果与采用有限元法得到的计算结果进行对比,结果表明:该解析模型可以精确地预测含有齿槽效应和转子偏心（静偏心、动偏心及两者组合）影响的表贴式永磁电机的电枢反应磁场.     

凸极同步发电机气隙磁场计算

为了解决凸极同步发电机谐波励磁系统设计之需要,本文着重讨论分析三相凸极同步发电机气隙磁场(波形)、气隙磁场的基波分量及三次谐波分量的计算,并考虑了磁导体的饱和度及电机气隙两侧之结构特点。这个方法是:先将励磁磁势及电枢磁势线性合成,再计算气隙磁场及其分量。对七台电机的计算、试验结果进行了分析比较,表明这个方法的计算精确度较高,一般偏差在±6％以下。为了获得精确的气隙磁场波形,对发电机磁场计算中的一些问题提出了一些看法。     

小型凸极同步发电机设计中的问题

在对小型三相凸极同步发电机气隙磁场的研究基础上,讨论设计计算中的三个问题。气隙磁路、电枢齿磁路的计算;负载励磁磁势计算;横轴电枢反应的去磁作用,去磁作用的计算,和对气隙磁场的影响。提出,“气隙磁密幅值”法计算的气隙磁密幅值和电枢齿磁密都远大于实际值,不符合实际情况;Wieseman法的计算结果比较正确的反映了场的实际,用于小型三相凸极同步发电机的设计计算是合理的;在励磁磁势为梯形波的假定下,根据纵轴电枢反应磁势与将其直接折算至励磁边的励磁磁势的基波分量相等的原理,计算负载励磁磁势(略去横轴电枢反应的去磁作用)的方法。另外,讨论分析了励磁计算中必须考虑横轴电枢反应去磁作用的条件,提出了计算方法。进行了计算和试验结果的分析对比,汪明上述论点和方法都是正确的。     

新型混合励磁爪极电机Ansoft 3D仿真分析

针对现阶段爪极电机的效率低、电机空间利用率低和易磁饱和等问题,根据爪极电机的相关结构,提出一种利用电机端部空间实现混合励磁的新型电机,使用Ansoft软件构建电机的三维仿真模型,并对电机的磁场性能进行仿真分析.对比了新型爪极电机与传统爪极电机空载状态下的磁密和磁链特性,同时分析了新型爪极电机的齿槽转矩特性.结果表明,新型爪极电机具有更高的磁密与磁链特性,同时还具有更不易磁饱和特性.此外新型爪极电机具有较小的齿槽转矩,可以应用到驱动电机领域.     

潜油永磁直线电机单边磁拉力分析与计算

针对圆筒形永磁直线电机的偏心带来极大单边磁拉力、导致动定子之间的摩擦力高达数千牛顿的问题,建立了圆筒形永磁直线电机模型,分析了圆筒形永磁直线电机的结构特点与电机单边磁拉力产生的原因.采用磁路法分析电机偏心时的气隙磁场,利用麦克斯韦张量定理推导出空载下圆筒形永磁直线电机的结构参数和偏心参数与单边磁拉力的关系,并根据推导结果计算出电机单边磁拉力.结果表明,该解析方法具有一定的正确性和准确性.     

空心式永磁直线伺服电机气隙磁场及推力分析

通过解析法和有限元法对双边空心式永磁直线伺服电机的磁场和推力特性进行了分析.采用等效磁化强度法,将永磁体等效为磁化强度分布函数,建立磁场向量磁位的微分方程组并采用分离变量法进行求解,推导出磁通密度的解析公式.同时采用Ansoft Maxwell软件对电机磁场进行了有限元分析,结果证明磁通密度解析公式是准确的.针对5极/3线圈短距绕组结构的电机,推导出电机动态推力的解析公式,解析法推力计算结果与有限元法计算结果的相对误差为3.28%,证明推力解析公式是准确的.推力解析公式表明,当电机电枢电流为正弦电流时,电机推力仅含有6倍频的谐波分量,且推力波动小.气隙磁场和推力解析公式有助于分析电机磁场分布和推力波动情况,为电机优化设计提供基础.     

两级式无刷混合励磁同步电机的电磁设计及分析

为利用永磁电机的高功率密度、高效率以及电励磁电机电压易于调节的特性,提出一种混合励磁同步电机.主电机采用混合励磁同步电机,为主电机提供励磁的励磁机采用旋转电枢式交流电机.介绍电机的结构和工作原理,并采用有限元法对电机的磁场分布特征及调磁能力等进行计算和分析.根据理论分析试制样机,测试主电机的调压特性、励磁机的励磁特性以及两级式运行时的空载特性.有限元计算结果以及针对样机的实验数据表明:主电机和励磁机能够可靠地匹配运行;可以在永磁磁场的基础上,通过电励磁有效地调节气隙磁场,满足调压的需求.采用有限元法,研究主电机转子外形以及励磁机的定子齿宽对气隙磁场的影响规律.结果表明:对于主电机,设计适当的转子外缘形状能够有效地降低气隙磁密的总的谐波畸变率(THD),同时应兼顾气隙磁密基波的变化;对于励磁机,选择合理的定子齿宽系数有助于励磁能力的提高.     

低速高扭矩永磁直流电机的设计及参数解析计算

设计出汽车电动千斤顶需要的一种低速高扭矩永磁直流电机。本文根据此电机的特点和使用的工况,分别对电机的永磁材料、气隙磁密波形、电枢绕组和电路形式、转子结构、定子结构进行选择和确定,并利用分离变量法求解永磁电机绕组的电枢反应磁场、绕组的自感互感、电机负载气隙磁场、绕组电流和电磁转矩,从而得出该电机的参数表。     

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。     

不同充磁方式的对转永磁电机气隙磁场性能研究

针对磁钢不同充磁方式对电机磁场性能影响不同,在对比分析径向充磁、平行充磁和Halbach磁体磁化强度分布的基础上,提出一种计算内永磁体转子和外永磁体转子对转电机气隙磁密的解析算法,该算法计算结果与有限元分析结果接近且趋势相同,是一种在电机设计前期预报气隙磁场分布的有效方法;利用解析和有限元相结合的方法研究了充磁方式对两种转子结构对转永磁电机气隙磁场的影响,结果表明外永磁体转子对转电机选择径向充磁能获得趋近方波的气隙磁密和较高的磁密峰值,适合无刷直流电机;内永磁体转子对转电机选择平行充磁可提高气隙磁密的正弦分布和得到较高气隙峰值;Halbach磁体的电机气隙磁密正弦分布程度高,谐波含量小,与平行充磁均适用永磁同步电机。     

飞轮储能用高速永磁电机转子的涡流损耗

为了减小高速永磁电机中由定子电流的时间谐波、定子磁动势的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,提高电机的效率,采用ANSOFT有限元软件分析了高速永磁电机中气隙磁场和定子电流.研究了槽开口大小以及气隙长度对转子涡流损耗的影响,分析了利用涡流磁场的屏蔽作用,提出在永磁体外增加一薄层非导磁金属屏蔽环来减小转子铁心、永磁体和护套损耗的机理和有效性,以及屏蔽环的电导率和厚度对转子涡流损耗的影响.结果表明：在合理选取槽开口大小、气隙长度和非导磁金属屏蔽环电导率和厚度的情况下,添加非导磁金属屏蔽环可以有效地减小转子涡流损耗.     

有限元法在稀土永磁发电机设计中的应用

本文采用有限元法计算了稀土永磁同步发电机的电磁场,并以此为基础,着重解决了漏磁系数、直轴和交轴电枢反应电抗、气隙中的磁场波形和电压调整率等参数及性能的计算。我们实际计算了3—160kVA五种不同规格的稀土永磁同步发电机,计算结果与试验结果吻合较好。     

异极型径向磁轴承的非线性解析模型

针对异极型径向磁轴承(HeRMB)气隙磁密分布和电磁力的计算,建立等效磁路法和气隙磁导函数相结合的非线性解析模型.通过计算磁轴承磁路各部分的集中磁导,建立计及饱和效应的等效磁路.采用考虑齿槽效应和转子偏心的气隙磁导函数计算气隙磁密分布,得到作用在转子上的电磁力,利用有限元验证了该解析模型的计算精度.利用建立的解析模型,研究偏置电流的影响和耦合效应.结果表明,偏置电流的变化对电磁力特性有很明显的影响;当转子无偏心时,X、Y 2个方向相互解耦,当转子有偏心时,2个方向之间会有耦合.     

异极型径向磁轴承的非线性解析模型

针对异极型径向磁轴承(HeRMB)气隙磁密分布和电磁力的计算,建立等效磁路法和气隙磁导函数相结合的非线性解析模型.通过计算磁轴承磁路各部分的集中磁导,建立计及饱和效应的等效磁路.采用考虑齿槽效应和转子偏心的气隙磁导函数计算气隙磁密分布,得到作用在转子上的电磁力,利用有限元验证了该解析模型的计算精度.利用建立的解析模型,研究偏置电流的影响和耦合效应.结果表明,偏置电流的变化对电磁力特性有很明显的影响;当转子无偏心时,X、Y 2个方向相互解耦,当转子有偏心时,2个方向之间会有耦合.     

异极型径向磁轴承的非线性解析模型

针对异极型径向磁轴承（HeRMB）气隙磁密分布和电磁力的计算,建立等效磁路法和气隙磁导函数相结合的非线性解析模型.通过计算磁轴承磁路各部分的集中磁导,建立计及饱和效应的等效磁路.采用考虑齿槽效应和转子偏心的气隙磁导函数计算气隙磁密分布,得到作用在转子上的电磁力,利用有限元验证了该解析模型的计算精度. 利用建立的解析模型,研究偏置电流的影响和耦合效应.结果表明,偏置电流的变化对电磁力特性有很明显的影响;当转子无偏心时,X、Y 2个方向相互解耦,当转子有偏心时,2个方向之间会有耦合.     

核电半速汽轮发电机单相短路时磁场特性分析

针对发电机单相短路时磁场特征问题,以一台核电半速汽轮发电机为例,采用场-路耦合方式建立了发电机单相短路仿真模型,通过对发电机单机空载时正常及机端单相短路仿真,得到了短路前后发电机内部磁场分布以及气隙磁密的变化特征。指出机端单相短路时发电机磁场仍具有对称性,故障后气隙磁密数值小于正常运行时的气隙磁密数值。通过对故障前后气隙磁密傅里叶分解,指出故障后气隙磁密基波分量明显减小,而奇数次谐波分量增大。