考虑横向电流和饱和轴向变化的双斜槽转子感应电机起动转矩分析

双斜槽转子感应电机是一种能提升普通单斜槽转子感应电机性能的新型电机,横向电流和磁场饱和轴向变化对其起动性能的影响未得到充分研究。为了精确计算双斜槽转子感应电机的起动转矩,基于三维有限元瞬态场,本文建立一种考虑横向电流和磁场饱和轴向变化的双斜槽转子感应电机分析模型。提出一种考虑主电抗变化的等效电路参数法,精确计算双斜槽转子感应电机的起动转矩特性。同时通过分析气隙磁通密度的轴向变化来说明三维有限元分析模型能考虑磁场饱和轴向变化,通过仿真不同横向电阻值的有限元模型来探究横向电阻与转矩-转速曲线的关系。与有限元中的虚位移法和实验相比,计算结果证明了所提方法能够精确计算双斜槽转子感应电机的起动转矩。     

双斜槽感应电机气隙偏心时的径向电磁力分析

为了分析双斜槽感应电机偏心情况下的电磁激振力,以一台笼型双斜槽感应电机为例,采用解析法分析了动偏心和静偏情况下的气隙磁密成分,并得到了不同阶次谐波相互作用产生的平均径向电磁激振力的阶次与幅值表达式。针对双斜槽感应电机,提出了适用于双斜槽的多层分段有限元模型,并获得了径向气隙磁密与径向电磁激振力的时空分布。利用二维傅里叶分解法,获取了平均径向电磁力的时空频谱,并与直槽偏心时的径向电磁力相对比,发现双斜槽能够有效削弱由偏心导致的部分附加径向电磁力。     

时空离散策略对感应电机损耗计算的影响

利用多截面场-路耦合时步有限元计算感应电机损耗时,时空离散策略包括时间步长、斜槽分段数及剖分密度。上述参数的选择是否合理,会影响损耗计算精度及计算时间。针对上述问题,以一台5.5 k W电机为例,研究了时间步长、斜槽分段数及剖分密度等计算参数对损耗计算的影响,主要包括:1)从降低数值微分误差及避免高次谐波混叠效应的角度分析了时间步长的选择方法;2)从能否反映斜槽电机轴向磁场实际分布情况的角度对比了不同分段数对损耗计算影响;3)从如何准确计及高次谐波的角度对比了气隙以及定转子铁心剖分密度影响气隙磁场及损耗计算精度的程度。由此提出了利用时步有限元进行损耗计算的最优时空离散策略。通过与空载实测损耗对比,验证了该时空离散策略的有效性。     

斜槽对感应电机起动性能影响的时步有限元分析

为了研究斜槽对笼型感应电机起动特性的影响,本文利用有限元法计算分析了不同容量电机在起动瞬间的气隙磁场分布规律,对比分析了直槽转子及具有不同槽斜度转子的起动转矩、电流以及起动过程中最大转矩的变化特点。结果表明,斜槽会导致起动初始时刻轴向截面漏磁路磁阻大小出现差异进而影响起动性能,且随着转子斜槽度的增加,起动转矩、起动电流和最大转矩均有所降低。通过与实测起动性能对比验证了文中结论的正确性及有效性。     

无刷双馈磁阻电机的等效电路与稳态特性分析

无刷双馈电机的定子具有极数和供电频率皆不相同的功率绕组和控制绕组,难以采用传统感应电机的等效电路进行稳态特性分析。根据两套定子绕组的电磁耦合关系特点,提出一种基于频率归算而无需进行极数归算的无刷双馈磁阻电机的等效电路。该等效电路与传统感应电机等效电路具有相似的形式,可用于无刷双馈电机稳态特性分析。文中介绍了采用该等效电路对一台5kW轴向叠片磁阻转子无刷双馈电机的稳态特性分析。仿真结果与实验结果相吻合,从而证明了所提出的磁阻转子无刷双馈等效电路的正确性和实用性。     

直线感应电机的有限元仿真与分析

分析了用于城市轨道交通的直线感应电机的结构特征及其等效电路,阐述了相关参数的计算方法,包括电机励磁电抗、效率、功率因素等,并应用Ansoft有限元软件,对一台直线感应电机样机进行了电磁分析。通过有限元仿真与分析,得出了电机内部电磁场的分布特点和规律,研究结果为直线感应电机电磁设计提供了理论基础。同时,仿真结果对今后电机控制系统的设计有着重要意义。     

笼型感应电机转子斜槽研究综述及展望

介绍了笼型感应电机的发展历史,结合现有研究成果,就单斜槽和双斜槽两种基本转子结构,主要介绍了这两种斜槽各自的结构特点,简要阐述了其对气隙磁场基波和谐波分布的重要影响。系统性地回顾了科研人员在分析斜槽电机时所采用的二维有限元法、三维有限元法以及多层分段二维有限元法等分析方法以及取得的相应研究成果,并对比了各种方法的优缺点。针对这两种斜槽结构,进一步简要梳理了其对电磁噪声、附加损耗和起动转矩等电机性能的影响。并探索性地提出基于双斜槽转子等槽或者近等槽配合下有望实现高效低噪声感应电机的设计思路,为进一步探索提供参考。     

船用低噪声感应电机优化设计

在基于商用有限元软件"多层切片法"处理斜槽的基础上,通过对斜槽的理论分析和仿真计算,对某型号75 kW 4极船用电机参数进行了单斜槽和特殊双斜"人字型"斜槽转子两种方案的匹配性优化设计,同时对风扇参数进行优化和特殊设计。通过样机测试,并与同规格常规电机和船用低噪声电机进行对比,试验结果表明,其结构噪声和空气噪声都大幅降低,验证了电机方案优化的可行性和正确性,对船用低噪声感应电机的优化设计具有一定的参考价值。     

基于分段斜槽技术的电机斜槽特性分析

普通斜槽电机的计算通常采用三维有限元分析方法,计算量庞大,不适合工程应用。本文阐述了基于电机电磁场软件EasiMotor利用分段斜槽技术分析斜槽电机的原理,分析了电机轴向分段方法对计算精度收敛性能的影响,并针对不同斜槽角度,分析了电机分段数对计算精度的影响。文中利用Flux 10.3对仿真结果进行验证,并基于该分段斜槽技术进行了电机的电磁场分析验证,实验结果进一步表明EasiMotor软件有限元分析的可靠性。     

径向斜槽转子潜水电机电磁噪声优化

相比于一般电机,大型潜水感应电机目前存在电磁噪声过大的问题。采用径向斜槽结构可以削弱大型潜水电机的电磁噪声,但仍存在部分不足。基于径向斜槽结构,通过调整径向斜槽扭斜距离进一步削弱电磁噪声,并提高电机其他性能。利用多物理场耦合有限元仿真分析对比各方案的电磁噪声,验证了上述方法的正确性。     

电机定子铁心片间短路故障分析的解析法

为了分析电机定子铁心片间短路故障,提出一种故障区域电气量参数的解析计算方法。在考虑硅钢片中交变磁场的集肤效应的基础上,推导硅钢片磁场的解析式和复功率表达式,进而求出单片硅钢片感应电压;并根据单片硅钢片等效电路分别建立初始故障和完全故障区域等效电路。再根据故障域等效电路计算相关电气量参数,定量分析故障片数对故障区域电气量参数的影响。最后通过有限元仿真和片间短路故障实验验证文中所提方法的正确性与有效性。结果表明:解析法计算结果与有限元仿真和实验检测结果有较好的一致性,本文提出的方法可以有效地用于片间短路故障分析。     

氟利昂蒸发冷却三相异步电动机转子结构设计

以某型离心制冷机用氟利昂蒸发冷却三相异步电动机转子为例,利用有限元法对设计方案进行空载仿真计算,得出的仿真结果用来指导该电机进一步的本体设计。     

双定子超环面电机磁路模型与气隙磁场研究

双定子超环面电机是一种新型结构的空间电机,将动力和减速机构有机结合,在机器人和航空航天领域具有很好的应用前景。在对该电机的结构特点及运行原理进行分析的基础上,将其三维磁路分解为周向和环向磁路,并建立了简化的等效磁路模型。根据该电机的结构特点对磁路模型中各磁阻进行推导,并对其静态磁场的气隙磁密进行了解析求解。为了验证该磁路模型的准确性,运用有限元方法对其三维磁场进行仿真分析,并对研制实验样机的反电动势进行了测试实验。通过与仿真结果和实验结果进行对比分析表明,该等效磁路模型和参数计算方法是可行的,为进一步定量分析该电机的电磁性能提供了理论依据。     

轴向磁通永磁同步电机快速等效磁路分析

轴向磁通永磁同步电机具有轴向长度短、结构紧凑、体积小、转矩密度高等特点。然而其磁场为三维磁场,模型过于复杂,难以直接运用经典解析法进行快速求解与计算。为快速完成轴向磁通永磁同步电机的前期估算,文中提出一种简化等效磁路模型来快速计算轴向磁通永磁同步电机的基本性能。该磁路模型通过合理的等效,将三维轴向磁通永磁同步电机模型转化为多层二维等效模型,进而运用等效磁路法和叠加法实现电机性能的计算。最后,以10极12槽双定子单转子轴向磁通永磁同步电机为例,运用文中所述模型计算其气隙磁密,永磁磁链和空载反电动势并对不同分层数的电机模型进行了有限元的仿真。结果表明,本文等效磁路模型的计算精度与三维有限元法相近,且耗时极短,更有利于该类电机的工程初算。     

变极蓄能电机的磁路计算

在献「１的基础上，介绍了变极蓄能电机磁路的两种简化算法－算化双支磁路法和平均磁路法，同时讨论了有限元法计算变极蓄能电机磁路的特点，最后将本的方法与以前的方法进行顾总结，并与实测值进行了对比分析。     

基于磁网络模型方波永磁电机气隙磁场的研究

对于方波无刷直流电动机来说,如何保证电机低速运行时转速的平稳是调速电机运行的难点之一,反映在设计上乃是如何有效地设计气隙磁场波形,减小定位转矩。文章针对面向气隙磁极结构的永磁电机,根据磁通管原理形成了永磁电机的等效磁网络,把细分的思想应用于永磁体模拟,建立了永磁体较为精确的网络模型,对影响方波无刷直流电动机气隙磁场及定位转矩的几个参数进行了深入探讨及磁场计算,为永磁电机的设计及动态性能仿真提供了一种有效的分析方法。     

切向磁钢混合励磁同步电机空载磁路计算及三维场分析

提出一种新结构切向磁钢混合励磁同步电机,分析其结构特点和运行原理。结合该新型电机径/轴向磁路特点,建立了空载等效磁路模型。通过求解非线性磁路方程,计算得到不同励磁磁势下径向与轴向磁路的磁通分布、主气隙磁密、空载感应电势。利用三维有限元法,研究了轴向磁路对径向磁路的影响,从而明晰主气隙磁场随励磁磁势的变化关系,与磁路法计算结果和理论分析是一致的,表明电机气隙磁密高、气隙磁场可调。所建立空载磁路模型及三维有限元分析方法为该新型电机的优化设计、性能分析以及负载特性进一步研究奠定了基础。     

一种同步磁阻电机凸极比的解析计算方法

凸极比是影响同步磁阻电机功率因数和转矩性能的关键参数,本文提出了一种基于等效磁路法的同步磁阻电机交直轴电感和凸极比分析计算方法,可以分析转子磁障结构改变对凸极比和电机性能的影响,快速进行同步磁阻电机的转子结构优化设计。为验证磁路法的可靠性和准确性,论文采用有限元法对一台30 kW同步磁阻电机进行了仿真分析,计算电机在不同转子磁障层数、不同磁障宽度、不同径向磁桥数量时的交直轴电感值、凸极比和输出转矩,并与磁路法得出的结论进行了对比。     

异极性永磁偏置径向磁轴承的参数设计与实现

为了克服现有异极性永磁偏置径向磁轴承参数设计的不足,对一种异极性永磁偏置径向磁轴承进行了研究,分析其结构和工作原理。以其为对象提出了一种根据二维有限元仿真结果构建等效磁路,以满足承载力所需的偏置磁场与控制磁场的磁通量为基本目标;并以软磁材料不饱和为约束条件,结合等效磁路,推导出永磁材料和定转子结构的参数设计方法;设计了径向悬浮力400N的原理样机,进行了三维仿真分析和实验验证。结果表明:提出的参数设计方法合理,利用该方法设计的异极性永磁偏置径向磁轴承悬浮性能优良,为其他型永磁偏置磁轴承的研究奠定了基础。     

电容器参数对感应线圈炮发射特性影响的分析

为提高感应线圈炮抛体加速力、出口速度和系统效率,在介绍了发射原理后建立了单级同步感应线圈炮的等效电路模型,将抛体电枢的电阻和电感通过互感反映到驱动线圈回路电路中以简化抛体电枢加速力的计算过程并采用电磁场有限元计算与嵌入式外电路耦合的方法,瞬态仿真分析了电容器不同电容值和不同电压值对感应线圈炮发射性能的影响。仿真结果表明:感应线圈炮发射时的放电脉冲电流波形与独立的LCR放电波形不同,驱动线圈与抛体之间的互感变化对放电时间常数有影响,抛体涡流引起的反感应电动势对驱动线圈的电流变化有阻碍作用,增大电容器的电容值或电压值都能够增强抛体的加速力,但是系统发射效率并不一定提高。最后指出,在高速感应线圈炮的设计中,应当减小脉冲电容器的电容值,同时提高电容器的充电电压值。