离网型永磁同步发电机电磁场和温度场数值计算与分析

以一台400W离网式永磁同步风力发电机为例,建立了发电机电磁场二维计算模型,采用场路耦合的方法,计算了样机在不同转速、不同负载情况下的电磁参数。在原样机结构基础上,提出了2种不同的转子结构方案。对空载漏磁系数、反电动势波形以及气隙磁密的谐波含量进行比较,分析了不同转子结构对电机电磁性能的影响。基于传热学理论,以电磁分析得到的损耗为分布式热源,建立了电机二维全域温度场计算模型。通过对不同风速、不同负载下温度场的计算与分析,得到了风速与负载对电机温度分布的关系。通过对电磁与热性能试验研究,所得到的试验值与计算值比较接近,得出了一些有益的结论,为离网式永磁同步发电机的设计及优化提供参考。     

三相双余度永磁电机设计及故障运行分析

提出一种定子双套绕组机械180°圆周连续分布的三相双余度永磁电机拓扑结构,共用同一个转子,构成两个互为热备份的子电机,并可对子电机进行单独控制。建立基于Ansoft/Maxwell的有限元仿真模型,将该电机与常用的双绕组机械360°隔齿分布结构进行对比分析,比较研究了两种结构下的空载反电势、电感参数及稳态负载运行性能;此外搭建基于Simplorer-Maxwel的双余度控制系统的场路耦合仿真模型,分析该电机在3种故障模式下的转矩补偿性能。分析结果表明,双绕组机械180°圆周连续分布的三相双余度永磁电机具有更高的功率密度和良好的容错性能。     

高速永磁发电机的设计与电磁性能分析

由于结构简单、高效率和高功率密度,永磁转子成为高速电机的首选结构,然而转子的高速旋转和定子的高频供电,对高速永磁电机的电磁与机械设计提出了新的要求。该文在分析高速永磁电机设计特点的基础上,对一台60 000 r/min、75 kW的高速永磁同步发电机进行了电磁与结构设计,基于场路耦合有限元法分析了高速永磁同步发电机的空载和负载特性,计算了负载运行时电机的电磁与机械损耗,并进行了电机的温升场分析。计算的结果表明,高速永磁发电机的设计合理,电机性能能够满足设计要求。     

双绕组发电机交流侧带负载时直流侧突然短路的电磁转矩

根据双绕组发电机与普通三相同步发电机的内在关系,参照三相电机突然短路电磁转矩的分析方法,进行了双绕组发电机交流侧带负载时直流侧突然短路的电磁转矩解析分析,得到了简明的交变转矩、平均转矩及总电磁转矩的解析式,并通过试验进行了验证。所得双绕组发电机交流侧带负载时直流侧突然短路电磁转矩的计算式简明、准确、物理意义明确,特别适合于工程应用。     

考虑铁磁磁滞的变压器励磁涌流仿真分析

提出了一种考虑铁芯铁磁磁滞的变压器电磁暂态模型,并对变压器空载合闸时的励磁涌流现象进行了仿真研究。基于目前工程中应用较为广泛的Jiles-Atherton铁磁磁滞原理建立铁芯磁滞磁化曲线模块,通过设置适合的参数计算得到了与实际测量值较为吻合的 B-H曲线;通过分析单相三绕组变压器铁芯绕组结构及其电路模型,得到其电磁暂态计算模型;通过分析三相五柱式变压器磁路结构并利用对偶性原理,得到了其暂态计算分析模型。利用所建立的暂态计算模型对单相三绕组变压器的励磁涌流现象进行了仿真研究,仿真计算结果与实际试验测量结果的对比证明所提出的暂态计算模型的正确性和有效性;同时也对三相变压器组和三相五柱式变压器空载合闸时的励磁涌流进行了仿真计算,仿真结果证明所提出的暂态计算模型能够准确地分析变压器空载合闸时的励磁涌流现象。     

永磁往复式发电机的磁场参数计算

为准确计算永磁往复式发电机运行时的电磁参数,基于二维有限元法,在考虑端部效应的情况下,建立了发电机的静态磁场数学模型,给出了在静态场下计算发电机运行一周期内电磁参数的方法,并计算了发电机的空载电势、同步电抗以及空载和负载电磁力。仿真及实验结果表明,该方法计算得到的数据与实测数据相比误差较小,避免了瞬态分析运算时间长的问题。     

“汽电双驱”系统电机瞬态性能仿真研究

以上海电机厂有限公司"汽电双驱"项目中三相异步电动机/发电机为依据,基于以Ansoft软件,利用场路耦合法对系统中异步电机的瞬态性能进行分析。该电机为6 800 k W,750 r/min。针对其3种不同的工况,即空载起动、风机负载起动、大负载起动,分别进行分析计算,模拟系统中电机由电动机状态切换成发电机状态的过程,获得该三相异步电机在不同状态下的瞬时起动电流、电磁转矩、气隙磁密等电气参数,进而分析该异步电机的瞬态性能和相应的电磁场分布。     

双三相隔齿绕永磁同步电机容错性能分析

集中绕组中隔齿绕制形式能增大电机的绕组自感,实现绕组间的相互隔离,将该种绕组结构应用在双三相永磁同步电机可设计一种新的永磁同步容错电机。利用Ansoft Maxwell 2D分别为12槽10极和24槽22极双三相隔齿绕永磁同步电机建立仿真模型,针对不同绕组分布形式的电机进行有限元分析。研究两种极槽配合形式下不同接线方式的双三相隔齿绕永磁同步电机在静态磁场和瞬态磁场中的空载磁链波形、空载反电动势波形和绕组电感矩阵等特性,对比分析其电磁性能和容错性能,总结出更适合永磁同步容错电机的结构类型。     

小型永磁同步发电机设计仿真研究

针对小型永磁同步发电机采用场路结合设计方法进行研究,以等效磁路计算为基础提高设计效率,对于关键参数使用有限元软件设计计算,得到较高的计算精确性,再代入磁路中作为参数进行后续设计;通过磁路计算与有限元分析相互调整、校核得出电机初步方案,并进行空载负载仿真验证,得出发电机电磁设计方案,设计结果满足指标要求,设计方法直观准确.     

二极永磁同步电机的电磁设计

以一台160 kW两极永磁同步电机为例,提出一种可以大幅度缩短绕组端部的双层同心绕组结构.采用场路结合的方法,确定电机主要尺寸和计算电磁参数;并利用有限元软件对电机的空载和负载工况性能参数进行计算,将有限元计算结果与路算结果进行对比,发现两者基本吻合,说明该电磁方案设计的可行性,为类似的二极永磁电机电磁设计提供了理论依据.     

基于有限元法的磁阻式转子无刷双馈电机电磁场计算与分析

为准确计算磁阻式转子无刷双馈电机的功率绕组三相短路故障对电机性能的影响,提出一种场路耦合运动问题的二维时步有限元方法。利用该方法对无刷双馈电机在空载和负载状态下,电机的正常运行和三相短路故障时磁力线分布、气隙磁密、功率绕组输出电压和电流等进行了对比分析,结果表明:在功率绕组发生三相短路故障时,无刷双馈电机的气隙磁场明显畸变,基波含量降低,谐波含量增加,引起发电机机械振动和噪声较大。     

分布式绕组结构对表贴式永磁电机性能影响研究

通过有限元比较分析了不同分布式绕组结构对表贴式永磁电机性能的影响.依据对称三相分布式绕组的构成原则,总结了采用该绕组的电机在极槽配合方面需要满足的约束条件.在满足极槽配合约束的电机中选择了4台电机作为研究对象,并对具有不同分布式绕组结构的电机进行了电磁性能比较,包括气隙磁场、空载性能、负载性能、效率性能以及其它相关性能...     

永磁直驱同步风力发电机电磁设计及仿真分析

介绍了3MW永磁直驱同步风力发电机电磁设计参数要点的选取,尤其是对不同每极每相槽数下发电机的性能进行了对比仿真分析。列举了3MW永磁直驱同步风力发电机的主要技术参数,并通过有限元分析软件对所设计发电机的空载特性、负载特性及短路特性进行了仿真计算分析,并对三相短路状态下永磁体是否会发生不可逆退磁进行了验证。     

多绕组永磁无刷直流电机容错性能研究

本文提出一种多绕组永磁无刷直流电机及其控制系统拓朴结构,将定子绕组设计成四个独立的三相绕组,共用同一个转子,构成四个子电机,由四个逆变器供电,可对各子电机进行单独控制。本文建立了该电机及控制系统基于Maxwell 2D和Simplorer的联合仿真模型,仿真了样机的磁场分布、空载反电势及稳态运行性能,并研究了该系统在子电机开路、短路等故障模式下的转矩补偿方法,验证了上述拓扑结构的电机具有良好的容错性能。     

3MW半直驱永磁风力发电机电磁设计与仿真

研究了半直驱永磁风力发电机的主要设计参数选取过程和原则,探讨了转子磁极固定方式及优化方向;以3 MW发电机为例开展电磁方案设计,并对方案进行了空载、负载、短路仿真分析。结果表明,采用斜槽一倍齿距设计可以显著抑制发电机空载下的齿槽转矩,峰值减小幅度达89%;负载计算结果显示发电机电磁方案完全符合设计目标要求;短路失磁校验也验证了所选永磁体在三相、两项短路工况下的磁性能稳定性。设计过程和方法为后续产品开发提供了一些经验借鉴。     

高速永磁同步风力发电机的电磁设计与计算

以1.5 MW高速永磁同步风力发电机为研究对象,设计了两台不同转子结构的发电机方案,介绍了高速永磁同步风力发电机电磁参数的设计原则。建立两台发电机电磁场二维有限元计算模型,给出它们空载和负载工况时的电磁场分布,并分别计算了定子直槽与斜槽时一个齿距内的齿槽转矩,计算了发电机空载电压波形正弦性畸变率,给出两台发电机负载与稳态短路参数的对比。同时,对内置式转子结构发电机转子冲片开轴向通风孔对电磁场分布及输出电压的影响进行了计算分析,为大功率高速永磁风力发电机的优化设计提供了一些有意义的参考。     

同时带交流和整流负载的三相同步发电机系统的等效电路模型

同时带交流和整流负载的三相同步发电机系统是一个非线性系统 ,为了对此进行解析分析 ,将其中的三相同步发电机的d、q轴变量分解为低频分量和高频分量分别加以处理 ,忽略转子回路对高频电流的电阻和阻尼绕组对低频分量的作用 ,在d、q轴超瞬变电抗近似相等的条件下 ,分别建立了该系统的从整流负载侧和交流负载侧观察的等效电路模型。给出了模型中等效发电机的Park方程、稳态运行矢量图及相应稳态量的计算方法。该模型可用于系统稳态和似稳态过程的分析计算     

直驱永磁风力发电机的瞬态电磁场计算

在进行直驱永磁风力发电机设计时,磁路计算无法得到电机的准确运行参数和运行特性.为了求解电磁参数和性能曲线,本文在阐述了瞬态场计算原理的基础上,对兆瓦级直驱永磁风力发电机进行了不同工作状态的场路结合计算,得到了电机在空载、独立负载和直接并网状态下的电磁场分布情况.计算结果表明电机电磁性能满足额定要求,不同负载下端电压可调节,可在一定范围内过载运行.本文论述的计算方法和计算流程对于研究永磁风力发电机具有较高的工程应用价值.     

交直流混杂环境下三相变压器绕组振动研究

针对三相变压器在交直流混杂环境下的直流扰动问题,研究其绕组振动特性。建立Y/D变压器直流入侵状态方程,通过电磁耦合迭代辨识绕组电流,利用振动谐响应模型分析绕组振动。仿真计算变压器在不同运行方式下的直流偏磁电磁特性,研究不同直流扰动时绕组电流的变化及其振动特性,同时将不同条件下的绕组振动情况进行对比并总结规律。搭建三相变压器动模实验平台,开展380V变压器空载和负载直流扰动实验,获取绕组电流与振动信息。利用实验数据验证仿真结果的正确性。     

高速永磁同步发电机设计与分析

介绍了高转速、高功率密度永磁同步发电机的关键技术及设计特点,采用场路耦合法设计了一台额定转速100 000 r/min、额定功率1 k W、功率密度3.73 k W/kg的永磁同步发电机,建立了二维电磁场仿真模型,仿真计算了电机的空载反电动势及整流后的直流电压、负载工况下的输出电流和电压等电磁性能,计算了电机定子铁耗、铜耗,转子的涡流损耗。计算结果表明,高速永磁发电机设计合理,输出功率、电压、电流达到了设计要求。