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。     

高速永磁电机转子涡流损耗解析计算

高速永磁同步电机采用变频器供电含有大量谐波、频率高等特点导致转子涡流损耗升高,从而使电机温度上升,给散热带来困难,影响电机效率、永磁体性能等指标。针对表贴式高速永磁电机,推导转子涡流损耗的解析计算,该方法在极坐标系下建立物理模型,考虑气隙长度、护套、永磁体等子域,并为了提高模型的计算精度,考虑了涡流反应影响和定子的开槽效应。以一台15kW表贴式高速永磁电机为例,采用正弦波供电和PWM供电两种供电方式,分析气隙长度、槽开口宽度以及护套材料对转子涡流损耗的影响。将解析法的计算结果和有限元法结果进行比较,验证解析方法的准确性。     

核主泵驱动电动机屏蔽套涡流损耗混合算法研究

针对大型核主泵驱动用双屏蔽感应电动机定转子屏蔽套涡流损耗计算复杂的问题,提出了一种混合算法,该算法将二维有限元法与解析法相结合解决了屏蔽套涡流损耗计算过程中计算精度与计算速度的矛盾。以有限元二维磁场数值分析为基础,结合麦克斯韦方程组,推导了定转子屏蔽套涡流损耗二维解析模型。以一台兆瓦级核主泵驱动用双屏蔽感应电动机为例,对电动机定转子屏蔽套涡流损耗进行了详细的分析计算,并将计算结果与瞬态磁场分析有限元法的计算进行了对比分析,验证了混合算法的正确性。     

汽轮发电机失磁异步运行时转子端部漏磁参数与涡流损耗的分析计算

准确计算汽轮发电机失磁异步运行时转子端部漏抗和结构件中的涡流损耗是分析发电机异步运行性能的基础，文中采用A，φ-A三维有限元法建立了大型汽轮发电机异步运行工况下转子端部三维涡流场的数学模型，提出了用二维和三维磁场耦合的方法确定边界条件的新方法。利用磁场计算结果进一步研究了转子端部等效漏抗和涡流损耗的计算方法，最后以一台300MW汽轮发电机为例进行了实际计算，验证了所提方法的有效性。     

实心笼型异步电机转子涡流分析与计算

使用ANSYS软件建立实心笼型异步电机二维有限元模型，分析考虑磁路饱和情况下电机起动时转子中涡流的分布情况，计算转子笼条和实心体中的涡流损耗。通过场分析方法对该种电机进行研究，为电机参数的计算、结构的改进及控制系统的设计提供可靠依据。     

实心笼型异步电机转子涡流分析与计算

使用ANSYS软件建立实心笼型异步电机二维有限元模型,分析考虑磁路饱和情况下电机起动时转子中涡流的分布情况,计算转子笼条和实心体中的涡流损耗。通过场分析方法对该种电机进行研究,为电机参数的计算、结构的改进及控制系统的设计提供可靠依据。     

基于子域分析模型的实心转子感应电机磁场解析

子域分析技术作为一种简捷高效的磁场解析方法,已在电机恒定磁场解析领域获得广泛应用.该文以实心转子感应电机为例,将子域分析技术拓展到电机磁准静态场解析领域.在二维极坐标平面内,将实心转子感应电机求解区域划分为定子槽子域、气隙子域和实心转子子域,从而在复频域建立考虑定子开槽影响的实心转子感应电机精确子域解析模型.该解析模型着重求解实心转子子域的偏微分方程,根据运行方式的不同,分别给出同步运行和异步运行两种工况下的解析表达式.在解析计算结果的基础上,根据磁链法计算实心转子感应电机的运算电感.最后,通过二维时谐有限元分析验证了解析模型的准确性.     

高速永磁电机的转子涡流损耗分析

在高速永磁电机中,转子涡流损耗会使转子温度升高,影响电机效率等性能,甚至导致永磁体过热退磁.针对高速永磁电机中的转子涡流损耗问题,进行了解析分析和有限元计算,分析了产生转子涡流损耗的谐波来源,研究了不同定转子结构电机的转子涡流损耗,分析了定子槽数、槽口宽度、气隙长度、屏蔽层、定子齿开辅助槽对转子涡流损耗的影响.结果表明,增加定子槽数、减小槽口宽度、增加气隙长度可以减小转子涡流损耗;在护套和永磁体中间加一层高电导率屏蔽层能有效减小永磁体的涡流,且选择合适的屏蔽层厚度能够进一步减小转子涡流损耗;提出了使用合适宽度、深度、角度和槽型的辅助槽来减小转子涡流损耗、帮助电机散热的新方法.对高速永磁电机的研制具有重要的理论研究和工程应用价值.     

两自由度直驱感应电动机的特性分析

两自由度直驱感应电动机的实心铁磁圆柱结构转子的涡流场和磁场分布非常复杂,造成电机特性计算比较困难。采用"透入深度法"建立两自由度直驱感应电动机的数学模型并对其进行特性分析。通过建立两自由度直驱感应电动机的有限元模型进行仿真验证和特性分析。解析法与有限元法结果的对比结果较为吻合,表明透入深度法应用于两自由度直驱感应电动机的合理性。对于旋转-直线电机的设计、研究和应用具有重要的参考价值。     

考虑定子饱和的航空高速永磁电机转子涡流损耗解析模型

随着航空装备性能不断提高,对高速永磁电机的功率密度要求不断提高,电磁方案的极限设计使定子饱和效应越发明显。定子饱和会直接影响磁导谐波变化和转子涡流损耗大小。本文将子域法和等效磁路法结合进行迭代计算,提出一种考虑定子饱和的航空高速永磁电机转子涡流损耗解析模型。利用该解析模型计算了不同气隙长度、不同槽口大小对转子涡流损耗的影响。最后以一台航空高速永磁电机的进行实验测试,将解析结果与实验结果、有限元结果进行对比,验证解析模型的正确性。     

基于图像理论的永磁体涡流损耗计算方法

针对二维有限元法计算永磁体涡流损耗时无法计及永磁体涡流损耗轴向分布的不均匀,以及三维有限元的计算过程时间过长,研究了一种基于图像理论的三维解析法用于计算永磁电机磁体的涡流损耗。该方法将永磁体三维涡流场的边界条件与图像相结合,并考虑了定子开槽效应,磁体内部的径向和切向场变化以及不同源谐波的相互作用,同时计及了相电流引起的时间谐波。通过与三维电机有限元模型进行结果比较,验证该方法的准确性及可行性。     

实心转子电磁轴承涡流损耗分析

电磁轴承支承的实心转子在高速旋转时，除由于空气摩擦产生损耗外，转子内还将产生相当大的铁损耗，而且主要是涡流损耗。该文首先通过等效的面电流分布和轴承简化模型，给出了轴承、气隙和转子内电磁场的解析解，并在此基础上计算了作用在转子上的电磁力和转子内的涡流损耗。然后用有限元法（FEM）分析了转子内涡流场的分布及其对磁极和气隙中主磁场的影响。分析表明转子中在磁极后缘附近将产生较大的涡流，随着转速的增加，涡流场将向磁极的后缘和表面集中。解析解与有限元对实际轴承结构的计算结果相比误差很小，表明对定子控制电流的面电流分布的等效假设是合理的。另一方面，考虑磁化曲线饱和时的有限元分析表明，在高速情况下线性模型的误差较大，精确的涡流分析必须考虑磁化曲线的饱和非线型。     

高频轴向磁通永磁电机永磁体涡流损耗三维解析模型

针对现有二维解析模型在计算轴向磁通永磁电机永磁体涡流损耗存在精度不足的问题,该文提出一种能够精确计算该类电机永磁体涡流损耗的新型三维解析模型。该模型利用精确子域法和电阻网络模型,能够同时考虑定子开槽、定子谐波电流、涡流反作用和涡流三维分布的影响。利用有限元法验证了精确子域模型计算得到的空载和电枢磁场分布,并在理想空载下,验证了解析模型永磁体表面涡流密度和永磁体涡流损耗值,分析电机在高频运行下涡流反作用对永磁体涡流损耗的影响。最后,对1台7kW、4000rpm的轴向磁通永磁电机进行空载脉宽调制(pulsewidthmodulated,PWM)电压供电实验和空载正弦波电压供电实验,得到因PWM谐波电流引起的永磁体涡流损耗,将实验结果,有限元结果与解析结果作对比,验证了该解析模型的正确性。     

基于二维解析法的光滑表面实心转子感应电机附加损耗的研究

在普通异步电机中，由于附加损耗数值较小，通常按总功率的5%粗略估算。在实心转子感应电机中，附加损耗中的表面涡流损耗数值远大于普通笼型感应电机，不但成为实心转子感应电机附加损耗的主要部分，而且是造成这种电机效率低、电机过热的重要原因，限制了该类电机的应用和发展。文中运用二维解析法及坡印亭定理对实心转子的表面涡流损耗进行了计算，与试验结果比较显示，理论计算在小转差范围(0~0.2)内取得了与实际较为一致的结果，并分析了大转差下产生偏差的原因。在小转差(s=0.107)运行状态，对定子槽口宽度变化和气隙长度变化对转子表面涡流损耗影响进行仿真计算。结果表明，改变槽口宽度对该种电机转子的表面涡流损耗影响不明显，随着气隙长度的增加，附加损耗曲线分为快速下降，缓慢下降两段。在曲线缓慢下降段综合考虑选取气隙长度是合适的。     

开槽实心转子电机的等效电路参数计算与性能分析

该文将开槽实心转子开槽区域等效为各向异性的均匀介质,由二维解析法计算转子磁路线性时的等效转子阻抗参数。据此分析转子开槽数量变化对实心转子等效阻抗的影响规律,说明了转子开槽数量影响电机输出转矩和功率因数的原理。为考虑转子磁路饱和,采用二维有限元谐波场计算电机磁场分布;为考虑开槽转子端部效应,依据开槽实心转子涡流分布规律,提出适用于开槽转子的端部系数。制造了3台不同转子槽数的开槽实心转子实验样机,在不同工况下的仿真计算和实验结果较吻合,验证了开槽转子端部系数和仿真算法的有效性。开槽转子线性等效阻抗可用于快速分析转子开槽对电机性能影响,而有限元法结合转子开槽端部系数可准确计算电机磁场,两者结合可为设计和优化开槽实心转子电机提供理论依据和手段。     

LNG泵用低温高速永磁电机三维电磁场与涡流损耗的分析计算

针对液化天然气(liquefied natural gas,LNG)泵用低温高速永磁电机换相频率高、损耗大的问题,研究低温高速永磁电机三维电磁场与涡流损耗的分布特征及变化规律。结合电机材料低温电磁特性,构建电机三维全域瞬态电磁场-路耦合有限元数学模型,揭示低温高速永磁电机端部磁场的衰减规律。分析护套属性对永磁体涡流损耗的影响,探索低温与常温环境下永磁体涡流损耗的差异性,并进一步研究电流换相动态过渡过程永磁体与护套涡流电密的瞬时变化特性,得到转子瞬时涡流损耗的分布曲线,确定电机端部结构件中涡流电密及涡流路径的分布。分别从电磁参数、转子涡流损耗数值以及电磁转矩的角度对模型以及计算结果进行验证。     

表贴式永磁同步电机转子涡流损耗解析计算

针对谐波电流引起的转子涡流损耗在某些表贴式永磁同步电机中可能会引起很高的温升的问题,研究了一种永磁同步电机转子涡流损耗的解析计算方法,该方法考虑了转子电枢反应和电机有限长的影响.在二维直角坐标系下,建立电磁场方程,通过对电磁场方程的解析求解得到转子涡流损耗的解析表达式.通过一个端部系数来等效电机有限长的影响.针对转子涡流损耗测量困难的问题,采用了一种能准确分离出转子涡流损耗的间接测量方法.实验结果表明所提出的解析计算方法可行.     

基于齿槽效应的高速永磁电机转子涡流损耗解析计算

针对齿槽效应引起的高速永磁电机转子涡流损耗,提出精确解析计算模型。该解析计算模型考虑包括槽和槽口在内的五个子域,通过在各个子域中建立、求解磁矢位方程以及借助子域间的边界条件对模型进行推导,同时考虑保护套和永磁体产生的涡流反应。基于建立的解析模型,能够计算出转子各部分的涡流损耗,并能够通过解析模型获得槽开口宽度、保护套材料和保护套厚度与转子涡流损耗之间的影响规律。将解析模型的计算结果与有限元结果进行对比,并进行实验测试,验证了转子涡流损耗解析模型的正确性。     

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。     

高速永磁电机转子设计与强度分析

文中介绍了高速永磁电机的设计特点，重点论述了永磁材料和转子结构型式的选取、主要尺寸的确定与转子强度的分析和计算方法。目前永磁电机多采用烧结钕铁硼永磁材料，其抗压强度较大而抗拉强度很小，永磁体难以承受转子高速旋转巨大离心力产生的拉应力，必须在永磁体外设置高强度非导磁防护套，采用过盈配合给永磁体施加一定的预压力。文中介绍了采用解析法和数值分析有限元法进行高速永磁电机转子强度分析的实用技术，并给出了对一台额定转速为60000r／min的高速电机永磁转子强度的分析计算结果。