非晶合金永磁电机负载损耗及效率特性分析

为了研究采用非晶合金材料代替硅钢片材料制作铁心后,永磁电机在负载运行时的损耗与效率的变化规律,研制了两台相同结构尺寸参数的非晶合金永磁电机和硅钢片永磁电机。利用实验方法测试了两台电机在相同运行工况下的损耗与效率特性,并借助有限元方法对两台电机不同负载率时的损耗进行了对比分析。结果显示,轻载时,非晶合金永磁电机定子铁心损耗低于硅钢片电机,效率优势明显;但随着负载率的增加,非晶合金电机定子铁心饱和严重,导致绕组磁动势波形畸变,由绕组磁动势谐波引起的损耗高于硅钢片电机,非晶合金电机效率优势随负载率的增加逐渐减小。     

多三相分数槽集中式绕组容错电机匝间短路故障温度场分析

匝间短路是一种常见的电机绕组故障,会产生巨大的短路故障电流,导致绕组局部过热并使电机性能下降,造成严重的安全事故和连带损失。该文研究了一台多三相永磁磁阻电机在不同运行工况下匝间短路故障的电磁和热特性。通过精细化绕组建模将故障线圈和健康线圈加以区分,建立三维全域流固耦合仿真模型提高仿真精度。论文基于2D电磁模型和3D热模型的联合仿真分别探究了短路线圈位置、短路线圈匝数、负载电流以及转速对永磁电机匝间短路温度的影响,并加工一台功率为5kW的样机进行实验验证。实验结果验证了仿真模型的准确性,同时为预防匝间短路故障提供了依据。     

无刷直流电动机弱磁运行效率优化控制

针对无刷直流电动机弱磁高速运行时损耗大的问题,研究最小损耗电流控制。通过分析基于瞬时无功功率的无刷直流电动机弱磁控制理论,计算d-q轴电枢反应电感,提出一种考虑铁损的电机Γ型近似等效电路,结合状态方程,推导出满足电磁损耗最小的励磁电流表达式。仿真和实验结果表明,在整个弱磁运行区间内,最小损耗电流控制能够降低电机电磁损耗,提高电机运行效率,扩大电机恒功率调速范围。     

整距绕组分块转子开关磁阻电机的电磁设计

整距绕组分块转子开关磁阻电机具有高速运行时低风（油）阻和低铁心损耗等优点,特别适合用于航天航空驱动系统。根据整距绕组分块转子开关磁阻电机的基本工作原理,结合输出功率与平均转矩的关系,将绕组电流等效为方波,推导出了整距绕组分块转子开关磁阻电机的主体尺寸计算公式;基于电机定转子未对齐位置和对齐位置的电磁特性,以及整距绕组分块转子开关磁阻电机的电磁特点,确定了定、转子极弧系数选取的规则;同时分析了绕组匝数等主要尺寸的选取的规则;最后,基于上述方法优化设计了一台实验样机,并通过有限元仿真及实验验证了整距绕组分块转子开关磁阻电机的电磁设计方法的正确性。     

无刷电励磁同步电机不同转子结构的对比分析

研究了一种特殊结构的无刷电励磁同步电机,该种电机由无刷双馈电机衍化而来,其取消了电刷和滑环,结构简单可靠,减少了维护费用。定子上同时嵌有不同极数的两套绕组,分别为三相电枢绕组和单相励磁绕组。详细介绍了该种电机的结构特点和运行机理,分别推导了磁障转子和混合转子无刷电励磁同步电机的等效电路和电磁转矩表达式。为分析这两种转子结构对电机性能的影响,对该种电机的运行特性进行了仿真研究,并研制了两台具有相同定子、不同转子结构的样机,测量了两台样机的定子绕组电感参数,对样机的不同运行方式进行了实验研究。仿真和实验结果表明:混合转子无刷电励磁同步电机的起动能力和带载能力较好;磁障转子无刷电励磁同步电机的损耗略小。     

磁性槽楔对双馈异步风力发电机性能的影响

使用磁性槽楔可以降低电机损耗,提高电机运行效率,有效改善绕组温升。以1.5 MW双馈异步风力发电机为对象建立模型,对电机气隙磁密进行了仿真,并通过型式试验对仿真结果进行验证。结果表明:使用磁性槽楔后,风力发电机的气隙磁密分布得到一定程度的改善,脉振幅值减小了约16.3%;电机的空载附加损耗降低了27.25%,绕组温升下降了8.3 K,电机运行效率提高了0.4%。     

高温超导直线感应电机的优化设计

详细讨论了高温超导直线感应电机的结构设计和初级绕组排列方式,给出了高温超导带材临界电流和背景磁场的关系曲线。采用Maxwell有限元电磁分析软件对高温超导直线感应电机进行了详细的电磁分析,并对初级绕组匝数、初级铁心槽高和初级铁心槽宽等关键参数进行了参数扫描和优化,分析了它们对电机电磁力、初级槽漏磁通和电机临界电流的影响,提出了高温超导直线感应电机的优化设计方法。根据得到的高温超导直线感应电机优化设计参数制造了一台完全相同的铜绕组实验样机,测试了样机在不同电流和速度下的推力,对比相同条件下得到的有限元电磁仿真结果,可以得到一个修正推力仿真结果的系数,这个系数对研究不同电机参数的电机推力很有意义。     

双馈风力发电机转子匝间短路故障分析

双馈式风力发电机转子绕组发生轻微匝间短路后,该极磁动势将发生变化,气隙磁密分布不再对称,不对称的磁密分布将在定子绕组内感应附加谐波电动势,形成附加的谐波电流.因此,可以通过分析定子绕组的并联支路环流来检测转子绕组匝间短路故障.采用多回路理论,针对一台4极电机进行建模,仿真计算了不同匝数短路故障时的定子一相并联支路的环流,所得结果与理论分析相符,从而验证了所建立模型的正确性.     

基于定子绕组改接的三相感应电动机轻载高效运行分析与试验

定子绕组改接可以在不改变供电电压的前提下,降低绕组相电压,提高轻载时感应电机的效率和功率因数。设计了1台380 V、3 k W、4极三相感应电动机样机,对不同绕组改接方式进行了仿真并将其与直接降压方式进行对比试验研究。结果表明:定子绕组改接方式实现的高效节能效果与直接降压方式基本相同;根据负载合理选择定子绕组接法,可达到较高的效率和功率因数。     

星–三角接法的多层绕组分数槽永磁电机谐波磁动势分析

为解决分数槽永磁电机电枢绕组磁动势中存在高幅值低次谐波这一难题,该文对多层绕组采用星-三角(Y-(35))接法的分数槽集中绕组永磁电机进行理论分析,推导出适用于任意匝数比例、机械角度差的谐波磁动势计算方法,并由三相电机推广到m相分数槽永磁电机。基于该方法,该文进一步以10极12槽分数槽永磁电机为例,研究如何利用Y-(35)接法的多层绕组结构抑制高幅值低次谐波磁动势的方法,并给出其绕组匝数比例、偏移角度的关系表达式。最后,利用有限元软件建立不同绕组层数、不同接法的三相10极12槽永磁电机的二维有限元模型。仿真结果表明,当多层绕组分数槽永磁电机采用给定的绕组匝数比和偏移角度的Y-(35)接法绕组时,可以有效抑制低次高幅值谐波,减少分数槽永磁电机中铁心和永磁体涡流损耗,提高电机的运行性能。     

轭部激磁单相感应电机分析及设计

轭部激磁电枢结构,是将电机的激磁绕组缠绕在定子轭部的结构形式。本文设计了一台额定功率60W、4极的轭部激磁单相感应电机,并利用电磁场有限元分析软件AnsysMaxwell,对轭部激磁单相异步电动机进行了仿真分析。轭部激磁单相感应电机（主、副绕组总匝数分别为3600、3840）和传统单相感应电机（主副绕组总匝数分别为1800、1920）空载和负载性能基本一致。为交流电机提供一种新颖、有效的结构形式。     

车用永磁同步电机的铁耗与瞬态温升分析

为了提高车用永磁同步电机的短时过载能力和功率密度,利用有限元方法进行了综合考虑电磁、热和控制策略的损耗和瞬态温升的非线性仿真分析.损耗分析指出了铁耗由于弱磁的原因在基速附近就达到了最大;峰值工况下的铜耗在整个速度范围内基本不变;连续工况下的铜耗最大值也同样因弱磁的需要而出现在最大工作转速.瞬态温升分析表明绕组端部温度最高而成为薄弱环节;短时工作时永磁体的温度比绕组低但连续或循环工作时两者温度相差不大;增加水流量对绕组温升的影响有限,特别是短时峰值工作的影响就更小,水冷电机加强散热能力的方法在于加强材料应用和工艺改进.     

背绕式定子绕组高速永磁电机电磁性能分析

为分析定子结构对高速永磁电机电磁性能影响,建立二维瞬态电磁场数学模型,电机磁场分布主要采用有限元法,分析传统绕组和背绕式绕组结构时的电机磁场分布和性能变化,研究高速永磁电机背绕式定子绕组感应电势的变化及轭部漏磁场对铁心磁密分布的影响,对比分析定子槽口对电机主磁路漏磁通影响及引起各种损耗分布变化。结果显示,背绕式绕组会增加绕组感应电动势,并使定子轭部负载磁密略微降低;通过合理设计槽开口,能有效减小转子涡流损耗。     

基于电枢反应补偿原理的新型永磁同步电机

在永磁同步电机调速系统中,电机中电枢反应将引起铁心磁饱和,并进而导致电机的输出转矩随转矩电流增长明显钝化。分析表明造成该现象的主要原因是永磁电机的磁动势平衡机制存在缺陷。本文提出在永磁同步电机转子上增设一套电流可控的交轴励磁绕组,用以补偿电枢反应磁动势的作用,保证负载变化时电机气隙磁场基本维持恒定。这种基于电枢反应补偿原理的新型永磁同步电机突破了磁饱和对电磁转矩的限制,为提高永磁同步电机转矩密度开辟了新途径。文中给出了一台新型电机样机的设计方案。通过有限元仿真,验证了通过补偿电枢反应磁动势提高电机转矩密度的有效性,并分析了该电机带不同负载运行时的转矩、效率特性及其与传统电机的区别。     

Y系列感应电机采用低谐波绕组的高效化改造

国家“电机能效提升计划”指出对在用感应电机进行高效化改造是重要技术路线之一.本文以一台常规Y系列感应电机(22kW/Y-180L-4)为例,利用低谐波绕组理论对定子绕组进行改造.有限元仿真表明,与改造前电机相比,低谐波绕组感应电机的气隙磁场各次谐波含量明显削弱,磁负荷与电负荷有所降低,过载能力有所提升,在较宽负载范围内效率较高,起动转矩更大而起动电流略小.本方案改造成本低,电机性能改善明显.     

海上中速永磁风力发电机设计与分析

以1台海上6 MW中速永磁风力发电机为研究对象,针对不同电磁方案进行电机电磁特性仿真分析,结果显示：采用不等气隙斜槽电磁方案产生的齿槽转矩仅为额定转矩的0.74%,线电压波形畸变率为1.72%,该电磁方案下的负载特性和短路特性均能满足产品设计要求。冷却方案采用空-空冷却方式,并通过温度特性分析验证了方案的可行性。根据该设计方案制作了2台样机进行试验验证,结果表明电机空载电压、空载损耗、定子绕组温升和效率特性试验结果与仿真分析结果基本吻合,验证了该设计的合理性。     

无轴承电机并联式集成绕组设计准则与快速分相方法

针对无轴承电机采用的传统双绕组结构设计复杂、铜损耗大、功率密度低的问题,提出一种基于槽号相位图法的并联式集成绕组快速设计方法,这一绕组结构能有效提升定子槽利用率,显著降低绕组端部长度,提高无轴承电机的工作效率。通过分析并联式集成绕组的结构特点,得出流经各线圈的电流情况并结合无轴承电机的特点推导该类绕组的设计与优化准则。对比基于槽矢量星形图法的绕组分相过程,说明了改用槽号相位图法的优势,这一方法显著简化了设计步骤,并能与程序自动设计结合快速实现绕组分相。搭建一台21 000 r/min的表贴式高速无轴承永磁薄片电机的有限元仿真模型并进行仿真分析,通过对电机的电磁转矩、主动悬浮力及可控特性、被动悬浮力的分析,证明采用并联式集成绕组的无轴承电机兼具良好的电磁性能与悬浮能力。     

次谐波降低对分数槽集中绕组电机转子损耗的影响

研究了一种新型的绕组结构用于分数槽集中绕组永磁电机,该结构可以有效地降低绕组磁动势谐波,从而降低电机铁耗和永磁体涡流损耗。不同转子结构的电机,谐波的降低对转子损耗的影响程度是不同的。在考虑电机转子结构的情况下,将该绕组结构应用于不同结构的电机,分析谐波对转子损耗的影响。研究表明,对有利于谐波磁力线通过的结构,采用新型绕组结构,铁耗降低明显。永磁体涡流损耗降低程度不随转子结构的影响而变化。     

考虑铁损的感应电机直接转矩控制的效率优化

建立了考虑铁损时的感应电机数学模型,在分析电机损耗和定子磁链的关系的基础上,提出了一种通过优化定子磁链实现感应电机直接转矩控制变频调速系统的效率最优控制策略。研究了不同负载转矩和转速条件下电机损耗与定子磁链之间关系,推导出电机损耗与负载转矩和定子磁链的表达式,进而确定了损耗极小时的最优定子磁链幅值。仿真结果表明该策略能明显降低感应电机直接转矩控制系统的功率损耗,提高运行效率。     

改变磁极形状使三次谐波发电机励磁容量提高的分析

前言在设计与制造谐波发电机的过程中,有时会碰到励磁容量不足,电枢绕组电压调幅度不足的问题,为了使励磁容量以及电枢电压得到提高,于是不得不采取增加谐波绕组以及电枢绕组匝数的办法,这样就造成了所设计的电机的电磁参数背离了应有的合理数值(与T2系列比较铁芯磁密有所偏低)。同时靠增加谐波绕组匝数的方法来增加电机的励磁容量也是有一定限度的,原因是谐波