不同转子结构高速感应电动机电磁性能分析

高速感应电机电磁设计的关键问题是电机的转子结构形式的设计。本文采用场路耦合的有限元法,针对转子叠片闭口圆形槽、光滑实心转子、实心转子表面镀铜和实心转子开缝4种转子结构下的18MW大容量高速感应电机进行了电磁设计及性能分析,得到了4种转子结构下的高速感应电机的特点。此容量的高速感应电机为目前最大容量,此前从未有过。     

考虑磁化及磁致伸缩特性各向异性的 感应电机铁心电磁应力分析

感应电机铁心电磁应力主要来源于硅钢片的磁致伸缩以及定转子间麦克斯韦电磁应力,在正弦及谐波激励下,硅钢片均具有较强的磁各向异性。因此,为了准确计算电机铁心电磁应力,在该文首先对无取向硅钢片在正弦及谐波激励下的磁化和磁致伸缩特性曲线进行测试;然后,建立考虑磁化及磁致伸缩特性各向异性的感应电机电磁-机械耦合振动模型,并计算电机铁心电磁应力分布;最后,通过对比有无考虑磁各向异性的电机模型计算结果,分析电机铁心的应力分布的各向异性,同时,计算了5次谐波和7次谐波注入下电机定子铁心电磁应力曲线及频谱,发现在100 Hz和200 Hz频率时,谐波对应力幅值的影响较大。     

高速实心转子感应电机的转子谐波涡流损耗的分离和提取

高速实心转子感应电机主要应用于高速压缩机、飞轮储能、航空航天等领域,具有广阔发展前景。和其他拓扑结构的转子相比,实心转子具有较强的端部效应,导致转子涡流损耗进一步加剧。针对高速实心转子感应电机的转子谐波涡流损耗的分离和提取问题,以一台380 V,1 MW,12 000 r/min高速实心转子感应电机为主要研究对象,采用二维傅里叶分解方法,精确提取气隙磁场谐波特性,以虚拟永磁谐波电机模型为基础,反向构建气隙谐波磁场用以激励实心转子实现转子谐波涡流损耗的提取;结合混合激励法以及冻结磁导率法,进一步精确考虑了不同负载情况下由材料非线性导致的感应谐波涡流透入深度的变化。采用有限元建模方法,对比了采用混合激励法和冻结磁导率法提取的转子谐波涡流损耗以及感应涡流的分布。该方法为后续对转子谐波涡流损耗进行有效抑制提供了理论基础。     

基于DFT的感应电机转子谐波磁通密度高效分离方法及负载条件下变频电机转子铁耗特性

受供电电源谐波和电机内部谐波磁场的影响,变频电机的损耗机理和分布特性较普通感应电机更加复杂。在高效变频感应电机设计的初始阶段,铁耗的准确预测和特性分析非常重要。由于电机转子侧磁通密度基波频率非常低,因此若直接利用离散傅里叶变换(DFT)分离转子谐波磁通密度成分需要几十个供电电源周期的仿真数据。为了解决这一难点问题,该文首先提出一种仅需要单个供电周期仿真数据的转子侧磁通密度谐波分量的分离方法;然后,利用分段变系数铁耗模型获得了变频供电的感应电机在多种运行条件下转子铁耗变化特性以及变频感应电机转子铁心磁滞和涡流损耗的空间分布规律。该文所得结论可以为高效变频感应电机设计提供一定的理论支撑。     

基于感应电机启动电磁转矩Hilbert-Huang变换的转子断条故障诊断

该文提出了一种感应电机转子故障诊断新方法。当感应电机转子出现断条故障时，转子绕组的不对称将会使电磁转矩谱中引入2sfs(s为转差率，fs为电网频率)谐波分量。利用砌bert-Huang变换中经验模态分解(EMD)方法对启动电磁转矩信号进行了分解，得到若干本征模态函数(IMF)。通过计算包含故障信息的IMF分量的瞬时频率，可以检测出转子断条故障。同时，根据包含故障信息的IMF的幅值可以进一步判断出转子断条根数。实验结果证明该方法是可行的。     

潜水永磁辅助同步磁阻电机转子电磁方案设计

为了满足最新电机能效等级国家标准的要求,提高电机的运行效率,以一台55 kW的充水式潜水电机为例,提出了一种永磁辅助同步磁阻电机(PMASRM)转子电磁设计方法,结合转子再制造技术,取代传统的潜水感应电机转子,将其改造成为潜水PMASRM。设计的潜水PMASRM和传统的潜水感应电机具有相同的定子铁心结构和绕组形式,提高了材料的利用率,降低了制造成本。有限元仿真结果表明,改造后的潜水PMASRM效率比潜水感应电机得到有效提高。     

高性能低谐波绕组感应电动机电磁性能的数值分析

针对普通感应电动机采用低谐波绕组后电磁场分析难度将会提高的问题,利用数值计算的方法,给出了适合低谐波绕组电机电磁性能的数值求解方法.以一台普通感应电动机为例,利用低谐波绕组理论,对定子绕组的线规和形式进行调整,设计具有高起动转矩的低谐波电机.通过对低谐波电机电磁性能的数值计算结果与实验结果的比较,验证了所推导的方法的准确性,提高了所设计的低谐波电机的起动性能.将低谐波电机与普通同型式的感应电动机的气隙磁场和转子齿部磁场进行比较,分析两种电机中磁密谐波成分的含量,结果表明低谐波绕组电机的各次谐波磁密大大降低.     

笼型感应电动发电机的应用前景及电磁设计特点

本文在应用异步发电机的基础上，建议和研究了在地方电网抽水蓄能电站中采用笼型感应电动发电机的可行性。并提出了这种电机的电磁设计特点，包括电机主要尺寸的确定、定转子槽数、转子槽形选择及磁路计算等原则。文章的分析有助于笼型感应电动发电机的实际设计。     

分数槽集中绕组双馈感应电机电磁特性分析

定转子均采用分数槽集中绕组结构的双馈感应电机极槽数接近,气隙中含有丰富的磁动势谐波,谐波极对数磁场相对于转子高速旋转,会引起电机的转矩脉动。为此,通过磁能和虚位移法求解电磁转矩解析表达式,分析不同次数、不同运动方向的谐波磁场对电磁转矩的影响以及转矩脉动的特点;利用编码器的定位测量功能,提出了一种测量样机转子实时位置的方法,从而量化分析感应电压、电磁转矩等参数。最后利用有限元建立样机二维模型,仿真结果表明：转子转速越快,转子感应电压幅值越小,转矩脉动频率越高,转子转速越慢,转子感应电压幅值越大,转矩脉动频率越低,验证了分数槽集中绕组双馈感应电机电磁耦合理论的正确性。     

考虑转子谐波电流影响后双馈电机电磁功率的分析与计算

有不少文章研究了双馈电机的稳态运行性能，但在研究其性能时考虑谐波电流影响的却较少。该文从该类电机的基本电磁关系出发，提出了基波和谐波的等效电路，给出了谐波电路中参数的计算方法。导出了基波电磁功率、稳定谐波电磁功率及脉动谐波电磁功率的计算公式。文章最后以一个实际的绕线型感应电机用交直交电压型逆变器供给励磁的双馈电机为例，计算了主要谐波的稳定和脉动的电磁功率以及电机总的电磁功率。结果表明，该文给出的分析与计算方法是有效的。     

700kW船用轴带无刷双馈发电机的设计与测试

无刷双馈发电机转子绕组谐波含量大,导致发电机损耗大、效率低,制约了其工业应用。为解决此问题,运用绕组齿谐波原理和正弦绕组理论,提出一种采用多节距不等匝多层线圈设计转子绕组的无刷双馈发电机,并结合设计实例进行了详细分析。这种新结构能有效提高转子绕组的导体利用率,并减少除了两种主要极对数之外的其他谐波含量。通过有限元建模仿真和样机实验验证了结构设计的正确性。样机实验结果表明,所提出的多节距不等匝多层线圈转子结构的无刷双馈发电机具有良好的性能指标。     

等距笼型转子无刷双馈电机的有限元分析

针对笼型无刷双馈电机的效率较低的问题进行研究,电机效率与转子磁场极数转换效率和转子漏阻抗参数相关,对转子结构进行优化设计是提高电机性能的根本途径。在分析现有笼型转子的特性基础上,提出等距笼型的新转子结构。新转子具有公共端环和独立叠式转子导体回路,每个转子导体回路的节距相等。利用ANSYS软件对不同笼型转子结构的磁场进行有限元分析,计算出转子磁动势谐波含量和转子漏阻抗参数。结果表明,新转子结构无刷双馈电机的转子电阻和漏电抗小,与定子功率绕组和控制绕组极数相对应的转子谐波磁场含量高,其他高次谐波磁场含量低。     

无刷双馈电机谐波铜耗与铁耗的分析与计算

针对无刷双馈电机谐波含量高、谐波损耗大的问题,提出考虑谐波磁场、谐波电流、集肤效应和旋转磁化影响的BDFM损耗计算模型.基于二维场路耦合时步有限元模型和谐波分析方法,分别建立两种转子铜耗计算模型和三种定转子铁耗计算模型,分析不同计算模型对转子铜耗和定转子铁耗的影响,得到定转子谐波铜耗和铁耗的变化规律.结果表明,转子铜耗模型2以及定转子铁耗模型3更精确;随着控制绕组电压的增加,定转子铜耗先减小后增加,定转子铁耗持续增加;随着负载转矩的增加,定转子铜耗和铁耗均随之增加.通过与一台相似异步电机铜耗和铁耗的电磁设计数据和实验数据的比较,验证了模型与计算结果的正确性.     

无刷双馈电机的效率分析

无刷双馈电机是一种新型的感应电机,可以降低调速系统的容量,对电网的谐波污染小,因而具有很好的发展前景.从无刷双馈电机的原理出发,分析了定子和转子的损耗,进一步对定子绕组极数的选择、定子绕组的设计形式、转子绕组极数的选择以及转子绕组的设计等方面进行了详尽的说明和分析,总结出提高该类电机效率的方法和途径.     

无刷双馈电机笼型转子磁场调制能力分析

笼型转子无刷双馈电机(BDFM)由于其简单且特殊的转子结构,使得转子磁场谐波含量大,直接影响转子的磁场调制能力。从电机内部磁场入手,提出了一种快速计算BDFM转子磁场的方法,分析了转子磁场与转子短路环个数及短路环分布的关系。以短路环个数及短路环分布跨距为参数,建立MATLAB计算程序对转子磁场调制能力进行分析,研究了转子的极限调制能力。最后,通过Flux电磁场有限元分析软件建立电机模型并对所提方法进行了验证。研究结果有助于优化转子结构设计。     

深槽式凸极转子无刷双馈电机有限元分析

基于凸极转子无刷双馈电机转子磁耦合能力弱、谐波含量大、电机效率不高等劣势,借助于Ansoft有限元分析软件,对一种新型深槽式凸极转子无刷双馈电机进行有限元分析,计算得知空间磁场效应图、空间磁密分布,并通过傅里叶分解得出空间磁密各次谐波比例,并比较了传统的凸极转子无刷双馈电机的计算结果,结果表明深槽式凸极转子具有更好的磁场调制效果,极大地提高了凸极转子磁耦合能力。     

不同转子结构无刷双馈电机的电磁和动态特性分析

简要介绍了无刷双馈电机(BDFM)的结构特点和工作原理,利用Ansoft/Maxwell建立笼型转子和磁障式磁阻转子的BDFM模型,进行了二维瞬态电磁场有限元计算,得出电机磁力线分布、气隙磁通密度波形,通过对气隙磁通密度波形的谐波频谱分析,得到了磁障式磁阻转子结构具有较好磁场调制效果。研究了由单馈异步牵入自然同步、亚同步和超同步运行状态的动态响应能力和机械负载突变时的转速转矩变化情况。结果表明磁障式磁阻转子BDFM在由单馈异步牵入自然同步、亚同步和超同步运行状态下,具有较好的动态响应能力,同时在加载时稳定性也较好,为进一步深入研究BDFM转子的优化设计和运行稳定性提供了参考。     

不同转子结构无刷双馈电机的运行特性对比

在阐述无刷双馈电机(BDFM)不同转子结构特点的基础上,针对无公共笼条、带公共笼条、带公共笼条公共端环、笼条加磁障、凸极加笼条、ALA磁阻等6种不同转子结构的BDFM,进行了二维瞬态电磁场有限元计算,通过气隙磁场谐波的频谱分析,比较了不同转子结构对BDFM磁场调制效果的影响.研究了不同转子结构BDFM在单馈异步运行以及双馈同步、亚同步和超同步运行时的转矩与转速动态特性.探讨了在控制绕组频率一定的情况下,控制绕组电压大小对转矩和转速稳定性的影响.通过与相关文献的对比,验证了结果的正确性.研究结果揭示了不同转子结构对BDFM磁场调制效果和动态特性的影响,为BDFM的转子结构优化设计和运行稳定性的深入研究奠定了基础.     

无刷双馈调速电机的绕组结构

本文研究了无刷双馈调速电机的定、转子绕组结构，并结合样机的研制（Ｐｐ＝３，Ｐｃ＝１）讨论了单定子绕组的组成、磁势与转子绕组的构成。虽然文中提出的绕组数据对电机的特性不是完美的，但提出的定、转子绕组的型式及定子绕组的出线对设计无刷双馈调速电机的单定子绕组及转子绕组是有指导意义的。     

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。