自起动稀土永磁电机断相运行时步有限元分析

为了研究自起动稀土永磁电动机断相后的运行特性,建立了断相运行的场一路一运动直接耦合时步有限元模型.以一台22 kW永磁电机为例,分析了其在30%和50%额定负载下断相前后的定子电流、转矩波动及损耗情况.计算结果表明,在负载转矩保持不变的条件下,断相后定子电流接近断相前的2倍,转矩发生大幅度波动,而总损耗分别增加32%和84%.因此,从减小损耗与转矩波动两方面考虑,自起动稀土永磁电机即使轻载工况下也应尽量避免断相运行.实测数据验证了计算结果的正确性.     

感应电动机的电源快速软投入技术及其初始瞬态解析

感应电动机在短时间断电后,对于转速仍然保持在同步速附近的情况,其重新投入电源的过渡过程表现为短暂的电磁瞬态,该文提出基于电力电子开关控制的电源快速软投入技术,可以在0.1 s内快速投入电源而不产生瞬态电流冲击,其控制策略不同于针对较长机电动态过程的软起动控制。为实现软投入控制的快速性,采用解析方法推导出瞬态电流与触发角等控制参数之间的关系。对于软投入控制中所出现的感应电机两相和三相交替的瞬态过程,分别建立基于ab 0坐标系降阶的不对称瞬态数学模型和与之相关联的基于空间向量复数变量的对称瞬态数学模型,使解析求解得以简化,从而快速求出初始触发角,进而构成触发角序列,最终得到完整的软投入控制策略,通过仿真和实验予以验证。     

基于时步有限元的永磁同步电机稳态参数改进计算方法

永磁电机的稳态电抗是其重要参数之一。针对永磁电机相对于异步电机结构复杂、饱和严重不均匀,局部饱和严重,难以使用磁路分析的方法准确地求得电抗参数的问题,本文以22kW样机为例,研究了负载运行时交叉饱和效应以及该效应对永磁感应电动势的影响,揭示了使用常规矢量图法测试电抗参数的不足。采用时步有限元方法计算了在负载饱和条件下由永磁体激励感应的有直、交轴分量的永磁电动势,得到改进的矢量图,提出了电抗参数的改进算法。结合使用常规矢量图法的实测数据,对比常规矢量图法和改进矢量图法的计算结果,说明改进矢量图法可以克服常规矢量图不足,提高计算的准确性。     

永磁电机微机综合测试系统

为测试永磁同步电机的动态性能和抗退磁能力,开发了基于虚拟仪器的永磁电机综合测试系统.该系统以LabVIEW为上位机软件平台,结合工控机、单片机、I/O控制卡及多种电力电子、微电子器件,实现了整个测试过程的自动控制.除了能得到传统空载、负载及堵转特性并自动生成试验报表外,系统还能通过对动态过程实时数据的分析,得到永磁电机的牵入转矩、失步转矩、齿槽转矩、空载感应电势等参数.此外,测试系统还能模拟永磁电机在运行过程中可能遇到的重负荷多次起动、过载失步、重合闸等容易引起退磁的非正常运行状况,用以考核其抗退磁能力.现场运行一年多的实践显示,该系统可以满足永磁电机出厂试验、型式试验及新产品开发研究所必需的各种测试要求.     

自起动永磁电机在转子表层结构不对称条件下的堵转电流

为了研究转子表层磁路结构不对称对永磁电机堵转电流的影响,以一台22kW电机为例,利用时步有限元法,系统分析了计及表层磁路结构不对称及磁路附加饱和条件下的堵转电流特点.分析发现:当转子磁极d轴与某相绕组轴线重合时,该相电流有效值比其他两相高10%左右,且正负半波幅值相差接近10%.进一步揭示了转子表层结构不对称是导致三相堵转电流不对称的主要原因,而永磁体存在引起的附加饱和是导致堵转电流正负半波幅值不等的主要原因.通过堵转电流实测验证了分析的正确性.     

自起动永磁同步电动机堵转饱和效应的时步有限元分析

电动机的堵转电流是反映其起动性能的一项重要指标,对自起动稀土永磁同步电动机的大量实测过程中发现,其三相堵转电流的幅值明显不相等,且随转子堵转位置不同发生变化。本文以现场55kW样机为例,利用时步有限元方法对不同情况下的堵转起动进行计算,通过研究磁通密度的变化与分布,分析转子磁路结构不对称及永磁体引起的饱和对堵转电流的影响,揭示了造成永磁电机三相堵转电流幅值不等的主要原因在于永磁体所引起的饱和对各相磁路作用不均衡,即"堵转饱和效应"所导致。结合现场实测数据,对比转子不同位置、永磁体不同型号下堵转电流的计算结果,说明结论的合理性。     

自起动永磁同步电机起动过程退磁磁场的计算与分析

自起动永磁电机起动过程中的退磁磁场可能导致永磁体的不可逆退磁.为分析退磁磁场产生的原因,建立了计及饱和、涡流等多种因素影响的自起动永磁同步电机起动过程退磁磁场的时步有限元模型,并分项计算了永磁体作用、鼠笼异步电机效应及变频永磁发电机效应的影响.计算结果表明,重载起动时,从低速开始,永磁体内就出现波动变化的退磁磁场,并在接近同步速时退磁效应最明显;而空载起动时,退磁磁场仅波动一次,并在0.5倍同步速附近出现较强的退磁效应.由理论分析可知,在转速较低时,永磁体就存在退磁效应,其磁密呈波动变化的根本原因在于鼠笼异步电机效应与变频发电机效应的共同作用.算例计算结果验证了理论分析的正确性.最后通过实验验证了所提有限元计算方法的有效性.     

确定自起动永磁电机最小转矩的时步有限元仿真实验方法

自起动永磁电机的最小转矩是评价其启动能力的一个重要指标,根据解析方法所得的光滑转矩-转速（T-s）曲线虽然可得到其具体数值,但其计算条件与实际起动过程差别很大;能够准确反映诸多实际影响因素的时步有限元计算得到的T-s曲线是急剧波动的曲线,据此难以获得最小转矩的具体数值。该文研究工作的目的在于,不对该转矩曲线进行人为处理而获得最小转矩。首先研究在什么计算条件下能得到反映出最小转矩影响的转矩曲线,揭示了在某些计算条件下可能出现的最小转矩被“淹没”的现象;进而提出用以确定最小转矩的优化加载时步有限元仿真实验方法。通过将实例计算所得转矩曲线与实测曲线对比,表明计算结果可信。     

计及斜槽时非导磁螺钉对永磁同步发电机性能影响的分析

采用非导磁螺钉是一种常见的永磁发电机转子表面磁钢固定方式,非导磁螺钉的存在减小了磁钢有效面积进而会影响电机内部磁场分布.为了研究非导磁螺钉对永磁电机运行性能的影响,采用时步有限元法,在计及定子斜槽条件下,对非导磁螺钉安装和绑扎式安装的表面磁钢永磁同步发电机的气隙磁密、空载感应电动势以及齿槽转矩进行了详细分析.与绑扎式固定方式相比,非导磁螺钉所在截面的气隙磁密谐波含量较明显,7次谐波含量由11.7％增加至38.8％,但电机感应电势及齿槽转矩变化不大.