栅格次级双边直线感应电机特性

分析了长初级双边型直线感应电机(DSLIM)无铁心栅格次级中感应涡流稳态特性,推导出直线感应电机栅格次级电阻、漏感计算公式,提出一种考虑次级端部导条电阻和纵向边端效应的栅格次级DSLIM等效电路,利用场路联合方法简化了栅格次级DSLIM有限元分析模型。计算并测试对比了栅格次级和平板次级在同一初级下的堵转特性,验证了等效电路和场路联合两种计算方法的正确性。结果表明,栅格次级能消除直线感应电机的第二类横向边端效应、规范气隙横向磁场、提高电机力功比。     

基于2维有限元仿真对高速长初级直线感应电动机纵向边端效应的研究

长初级双边型直线感应电动机(Long Primary Double-Sided Linear Induction Motor,LPDSLIM)的运行方式和边界条件与传统的旋转式感应电动机有着很大的不同,其纵向边端效应对电机性能有一定的影响,特别是在次级进入或者离开初级的过程中。依据电磁场理论对长初级LPDSLIM的动态纵向边端效应进行分析,导出了电机的等效电路模型及其修正系数,结果表明该类型电机在高速运行时纵向边端效应并不明显。并且在未来的应用发展趋势考虑中,较推荐采用实心感应涡流式的次级以提高LPDSLIM的可靠性,但其等值电路参数的分析将会更加的复杂。通过对采用实心感应涡流式次级的LPDSLIM的数学模型进行解析,并采用Maxwell 2D构建LPDSLIM的有限元分析模型,对瞬时推力波动进行了分析和优化,验证等效解析数学模型的有效性和实用性,为今后该类型电机的设计和应用奠定了理论基础。     

短初级直线感应电机的动态纵向边端效应分析

为了深入研究动态纵向边端效应对短初级直线感应电机性能影响,对其电磁场方程以及稳态电路展开深入研究.首先,从麦克斯韦方程出发,建立动态边端效应的电磁场模型,从数学表达式角度分析电机气隙磁场分布情况;再在稳态电路中引入激磁电感修正系数以及次级电阻修正系数来分析动态纵向边端效应对电机性能的影响,验证了电磁场理论解释,揭示了动态纵向边端效应造成电机电磁推力下降的规律.     

高速短初级直线感应电动机等效电路模型及时变参数辨识

由于受到动态纵向边端效应和铁心饱和的影响,直线感应电机传统等效电路模型电磁参数时变.针对此,本文提出了多因素耦合影响下高速短初级直线感应电机等效电路模型及其时变参数辨识方法.首先,分析不同工况下电机推力变化规律;其次,分析电机电磁参数与运行工况之间的规律,提出激磁电感和次级电阻修正系数,构建直线感应电机改进等效电路模型,并通过响应面分析法计算两个修正系数;最后,开展样机静态堵驻实验和动态实验.计算和实测结果表明:推力计算值与实测值误差不超过4.1％,端口基波正序阻抗的实部、虚部计算值与实测值误差不超过4.7％,验证了时变参数辨识的准确性.     

长初级双边直线感应电机纵向动态端部效应第一部分:气隙磁场

为了研究纵向动态端部效应对长初级直线感应电机磁场和性能的影响,建立并求解了长初级直线感应电机考虑纵向动态端部效应时的一维时谐磁场方程,分别给出了基本行波、入端行波和出端行波气隙磁密的解析表达式,分析了3种行波磁场幅值、相位和波形的特性,以及端部效应行波对气隙磁场分布的影响,通过二维有限元数值计算验证了气隙磁密解析解的正确性。给出了衰减常数、半波长和波速等端部效应特征参数随品质因数的变化规律。分析结果表明,长初级与短初级结构的气隙磁场分布存在较大差异,当电机在高速运行时更为明显。调整电机设计参数以减小品质因数可以有效地削弱纵向动态端部效应,但这些方法也会降低电机的正常运行性能,在电机设计时应综合考虑。     

长初级双边直线感应电动机静态纵向边端效应及阻抗矩阵研究

静态纵向边端效应是直线电机铁心和绕组开断所致的固有特性之一,对于多段长初级双边直线感应电动机(double-sided linear induction motor,DLIM),其分段供电方式导致电机铁心长度大于通电绕组长度。针对上述特点,该文从理论分析、数字仿真的角度研究了电机极数及边端铁心对电机静态纵向边端效应的影响机理同时得到了阻抗矩阵规律。研究结果表明,边端铁心的存在对静态纵向边端效应影响很大,且该效应随着边端铁心长度的增加而作用显著,随着极数的增加,该效应作用减弱;电机阻抗矩阵不再是循环对称矩阵,但可以通过测量三相端口电压电流的幅值和相位方便求解。上述规律的正确性通过峰值功率400kW,最大出力14000N的长初级双边直线感应电动机实验系统进行了验证,为电机数学模型的准确描述和参数的精确提取提供了参考。     

次级断续时直线感应牵引电机的分段式等效电路与特性分析

提出分段式等效电路模型,分析了次级断续时直线感应牵引电机特有的电磁现象及其特性.首先,建立次级断续时直线感应电机的物理模型,根据初级、次级的耦合情况将初级通过断续区域的过程分为九个阶段.其次,提出分段式等效电路模型,分析次级断续时等效电路参数的变化情况.然后,考虑初级铁心有限长、横向和纵向端部效应、趋肤效应和初级半填充槽的影响,根据电磁场分析模型和各阶段求解时的积分区间,求出次级断续时推力、气隙传递的无功功率、次级板涡流损耗、机械效率和等效电路参数.最后,将不同频率和速度下计算的推力、次级断续时推力和效率的动态变化曲线与实验测量结果对比,分析了电机的特性变化情况,验证了等效电路的正确性.     

单边直线感应电机的无速度传感器虚拟控制

单边短初级长次级直线感应电机已普遍应用于低速磁悬浮的驱动系统。由于在动态纵向边端效应影响下等效电路不对称,单边直线感应电机(single-sided linear inductionmotor,SLIM)的一些参数非线性变化。传统的应用于旋转电机的无速度传感器方法不再适用。首先分析了SLIM的M/T轴等效电路,选择次级磁链作为速度观测器状态变量。根据李雅普诺夫系统稳定性判据,推导出适用于SLIM的无速度传感器辨识;然后,采用反馈广义积分观测器控制稳态辨识速度的双幅脉振幅值;引入虚拟期望变量(virtualdesired variable,VDV)法,利用估算速度参与SLIM的恒滑差频率矢量控制。仿真与实验对所提控制算法的有效性和实用性进行了验证,所得结论可为磁悬浮的无速度传感器控制提供参考。     

长初级双边直线感应电机纵向动态端部效应 第二部分:性能计算

为了研究纵向动态端部效应对长初级直线感应电机磁场和性能的影响,在第一部分(文献[11])中,应用解析法对长初级双边直线感应电机的气隙磁场进行了分析;作为第二部分,在气隙磁密解析解的基础上,推导在纵向动态端部效应影响时该类电机性能的解析表达式,如电磁推力、有功及无功功率、功率因数和效率等.通过二维有限元数值计算验证了性能解析计算的正确性。基于气隙磁密相量图,研究了电机在高速运行时,入端行波推力成为制动力的原因以及对总推力特性的影响,分析了调整品质因数和极数等电机设计参数对推力的影响。研究结果表明,长初级结构在高速运行时推力特性变软、损耗增加、效率下降,调整品质因数对改善推力特性几乎没有影响,但增加极数可有效抑制纵向动态端部效应。     

次级断续时直线感应牵引电机的等效电路

直线感应电机作为轨道交通车辆的牵引电机,在道岔、转弯等路段会出现次级感应板缺失的情况,次级连续时的等效电路不再适用.针对此特殊工况,提出一种基于气隙磁通密度的分布模型,考虑次级断续的等效电路.首先,建立直线感应电机次级断续时的分析模型,根据初、次级耦合情况把断续工况分成三个阶段.然后,利用线性近似化法修正随耦合区域长度变化的初级漏感、励磁电感等参数.结合气隙磁通密度分布模型与次级断续工况,考虑纵向端部效应的影响,修正励磁支路上的励磁电感和表征端部效应涡流损耗的等效电阻,推导出三个阶段的等效电路来表示初级通过次级感应板断续区域这一动态过程.最后,根据等效电路求出电机推力和效率的动态变化曲线,并与实验台的测量结果对比,验证了所提等效电路的正确性.     

无槽双边长定子直线异步电动机二维磁场分布及电磁力计算

在不考虑边端效应的前提下,分析了一种无槽双边长定子直线异步电动机的二维磁场分布,在此基础上推导出电动机的相关电感参数和电磁推力计算公式.将解析计算结果与有限元计算结果进行比较分析,证明了理论分析的正确性.为了分析纵向边端效应对这种类型电动机性能的影响,还比较了考虑纵向边端效应和不考虑纵向边端效应两种情况下电动机的电磁推力,为这种新型直线电动机的优化设计提供了理论依据.     

同步电机定子绕组匝间短路前后的温度及力学响应仿真分析

为了得到同步发电机定子绕组匝间短路前后的温度及力学响应特征,实现设备的早期维护,文章以一台凸极同步发电机为例搭建“场-路”耦合模型,分析了同步发电机定子匝间短路的电流、电压、损耗及绕组电磁力的分布规律,并将结果导入Workbench仿真平台,利用“电磁-热”、“电磁-结构”耦合方法求取了同步发电机故障前后的温度及力学响应(总体变形、等效应变与等效应力)变化特征。分析得到故障后电机定子绕组的温升已对附近槽绕组温度产生了影响,受力及易形变部位集中在定子端部绕组以及端部绕组与直线段连接的部分。文章为同步发电机的预防性绝缘制造以及定子绕组匝间短路故障检测和诊断技术提供了依据。     

多相永磁电动机定子绕组短路故障动态分析

定子绕组短路故障对多相永磁同步电动机的运行有非常严重的影响,因此有必要对其进行仿真分析以便为进一步研究其对永磁体工作点的影响奠定理论基础,同时也为电机结构设计提供一定的理论依据。本文利用场路耦合时步有限元法,建立了多相永磁同步电动机的数学模型;然后通过对电机定子绕组等效电路方程和电磁场方程联立求解,计算得到了单相对地短路、两相间短路以及三相短路三种突然短路状态下的定子相绕组暂态电流、端电压以及电磁转矩波形;最后将仿真波形与实验波形相对比,证明了该数学模型和计算方法的正确性,并得到了三种短路状态下,相绕组电流和电磁转矩随时间变化规律的一些结论。     

长初级双边直线电机高性能控制策略

介绍了适用于电磁弹射的长初级双边直线电机,给出其在两相同步运动坐标系上的数学模型,建立了按次级磁场定向的矢量控制系统.针对由于动态纵向端部效应导致励磁电感变化使磁场定向遭到破坏和控制系统动态性能下降的问题,提出了采用动态纵向端部效应系数进行实时修正的解决办法.为了提高驱动系统的机械可靠性,提出一种采用新型自适应律的改进...     

绕线转子无刷双馈电机的链型等效电路模型

为了建立准确的无刷双馈电机等效电路和分析谐波对电机性能的影响,从该类电机的基本电磁关系出发,在其基波等效电路的基础上,提出谐波等效电路,建立考虑谐波影响后的链型等效电路模型,并给出该等效电路模型中参数的计算公式和状态方程。以一台实际的绕线转子无刷双馈电机为例,利用链型等效电路模型,对样机的机械特性进行计算,并和基波等效电路模型的计算结果、实验结果进行对比分析。样机的计算结果和实验结果对比表明,本文给出的等效电路模型和计算方法是正确的。     

基于等效磁路法的轴向磁场磁通切换型永磁电机静态特性分析

轴向磁场磁通切换型永磁(AFFSPM)电机是一种轴向长度短、转矩密度高的新型永磁电机。该电机磁场呈三维分布,与径向磁场电机不同,需要对该电机进行三维有限元分析,从而增加了电机分析和优化时的计算时间和成本。基于等效磁路法分析了AFFSPM电机的静态特性,建立了AFFSPM电机的非线性等效磁路模型,采用该模型计算、分析了气隙磁密、空载永磁磁链、反电动势和电感等特性,并与采用三维有限元方法的计算结果进行比较,验证了AFFSPM电机等效磁路模型的准确性,表明等效磁路模型适用于AFFSPM电机初始设计和分析。     

新型轴向分段式外永磁转子爪极电机研究

在对轴向分段式外永磁转子爪极电机的结构特点以及运行机理进行分析的基础上,建立了其等效磁路模型和电路模型,并编写了该种电机的电磁设计仿真程序,对该种电机的运行情况进行深入研究;为了准确得到电机的各种参数,对该种电机进行了三维电磁场分析,运用有限元工具软件分析了它的磁通密度分布及空载反电动势的情况;并提出一种场路耦合仿真方法实现了对该种电机及其控制系统的整体运行情况的仿真;最后在理论研究的基础上提出了该特种电机的设计特点和设计方法,并研制了一台12极实验样机;通过样机实验结果与理论分析的对比,验证了理论工作的正确性和可行性,为深入研究该种爪极电机奠定了基础。     

直线感应电机推力和法向力的解析计算与分析

针对直线感应电机特有的边缘效应对气隙磁场引起的畸变以及法向力不易解析计算的问题,通过电磁场分析量化表征纵向边缘效应对磁场的负面作用,并使用有效初级绕组相感应电势的方式得到等效系数.对导磁层和导电层的横向边缘效应,分别给出了相应的修正系数.给出计算直线感应电机运动方向磁密与法向力的解析方法.仿真计算与实验结果的比较表明:该方法能够准确定量计算不同气隙和供电频率下的推力和法向力的变化曲线,通过推力与速度、推力与气隙、法向力与速度等曲线,计算方法物理意义明确、计算简单,能够满足工程计算的需要.     

基于场路结合的永磁直线同步电机的解析计算

以隐极型永磁直线同步电动机（PMLSM）为例,基于场路结合法,详尽地给出了二维稳态场及性能计算公式,它较好地考虑了结构特点、谐波、纵向边端效应及电流不对称的影响。为PMLSM的设计和分析提供了一种较为准确的研究方法。     

永磁外转子爪极发电机的漏磁计算

针对具有特殊结构的永磁外转子爪极发电机复杂的漏磁计算问题,在对电机的结构、材料、特点以及运行机理进行分析的基础上,首先采用常规的磁路分析方法,建立了电机的等效磁路模型,推导出各部分的漏磁阻及漏磁通计算公式并进行了相应的分析;然后利用有限元分析方法建立了电机的三维电磁场分析仿真模型,并对电机的各部分漏磁进一步加以分析计算;最后对磁路和有限元两种方法的计算结果加以对比研究,用相对准确的有限元计算结果来修正磁路计算法中磁阻公式的系数;达到了运用简单磁路公式快速准确分析该种复杂结构电机漏磁的目的。