多极旋转变压器第三型绕组的计算机设计

本文借助计算机对多极正余弦第三型绕组进行设计计算。通过改造绕组调制函数所建立的数学模型分析计算绕组的分层系数、正交误差和电气误差。试验表明,用文中所给出的计算结果对提高多极旋转变压器的精度是有效的,所提出的设计方法和计算软件能够一次产生分层后的正余弦绕组匝数。     

凸极转子无刷双馈电机的电感参数计算及转子设计

针对凸极无刷双馈电机两套定子绕组难于进行参数计算的问题,在传统的绕组函数法的基础上,应用分段函数来描述绕组函数以及反气隙函数,以此来计算有着两套绕组的无刷双馈电机定子功率和控制两套绕组的各自自感及互感,然后以此方法应用于转子形状的优化设计中,针对一系列极宽度不同的转子计算其自感和互感,并利用计算结果得到了最优的转子极宽度。通过与有限元数值计算方法所得到的计算结果进行对比,证明了提出方法的准确性,在计算转子极宽度最优值的应用中,体现了此方法的工程价值。     

利用遗传算法对土壤模型的反演计算

为确定土壤分层结构模型,利用Wenner法测量了视在电阻率和极间距之间的关系,并引入了非线性目标函数将土壤参数求解问题转化为待求目标函数的极值问题。但由于传统的线性化或拟线性化方法求取目标函数存在易陷入局部最优的问题,提出了运用遗传算法优化计算分析土壤分层结构模型参数,用该方法可计算任意分层的土壤模型。计算结果表明,该法切实可行。     

基于改进绕组函数法的感应电机偏心电感参数计算

针对大型感应电机常见的气隙偏心故障,提出了以绕组函数为核心的多回路建模方法,并对绕组函数法进行了理论推导,最后计算了电机各回路间的电感。基于所给出的计算方法,对一台1 200k W样机建立气隙偏心模型,并通过引入绕组函数平移系数进行更精确的计算。通过对改进的绕组函数法与传统方法以及有限元仿真的偏心电感计算结果的对比,表明改进的绕组函数法应用于计算偏心电机电感参数的可行性,并展示了其在偏心状况下电感参数的变化特点。     

基于响应面法的多绕组中频变压器绝缘结构优化设计

中频变压器功率密度高、体积小、绕组结构复杂、局部电应力强，变压器设计必须充分考虑电热应力裕量以保证可靠性。本文采用增加静电环和角环的方法对初级绕组端部区域的电场强度进行抑制；采用静电场有限元分析方法计算多绕组变压器的电场强度分布；结合灵敏度分析方法研究静电环和角环各个尺寸参数对电场强度的影响程度，确定最大电场强度的决定性影响因素；利用响应面法构建与电场强度相关的响应面函数，对变压器绝缘结构进行优化。结果表明：以一台50 kW、10 kHz多绕组中频变压器为例，通过上述响应面函数得到静电环和角环的最优尺寸，可以使短时工频耐压试验下的最大电场强度降低15.4%，额定运行工况下的最大电场强度降低17.5%，证明响应面法可应用于多绕组变压器绝缘结构的设计。     

也谈多极旋变第三型绕组最优方案的选择

《微特电机》79年第三期《多极旋转变压器第三型绕组最优方案的选择》一文,第二部分介绍了采用优选法,求取分层匝数的最优方案问题。我们认为这种方法并不省事,实际上,该文推荐的分层方案并不是最理想的。要满足最优方案的两个条件:1)总串联匝数为最少,2)槽内最大实际导体数为最小。根据我们的经验,采用以下的办法进行分层,往往可以很快地确定。分层通常从导体数较小的槽开始,由小到大,列出几种分层方案,进行分析比较,从中找出最优分层方案。分层前,需要考察单元绕组各槽导体绕制方向的分布规律。如果各槽导体方向为一     

高功率密度电机三维温度场计算及导热优化研究

短时工作制高功率密度永磁电机具有工作电密高、电枢绕组发热大、温升高的特点。对电机的三维温度场计算尤其是绕组端部温升的准确计算成为高功率密度电机设计的重要部分。该文对高功率密度电机的损耗进行了准确计算,着重分析端部绕组的电阻和铜损耗。在电机的三维温度场计算模型中对端部绕组进行了分层等效,计算和实验结果表明分层等效模型能够提高绕组温升计算的准确性。为降低高功率密度电机中电枢绕组的温升水平,对电机端部绕组进行导热优化,减小了端部绕组的传热热阻,电枢绕组的最高温升从80℃降至69℃。最后通过样机实验验证了理论计算的正确性。     

变压器式可控电抗器的晶闸管阀组选型

为了确定变压器式可控电抗器(controllable reactor of transformer type,CRT)的控制绕组回路中串联的晶闸管阀组,对晶闸管器件进行了计算和选型。为了降低控制难度,计算考虑要尽量提高晶闸管的电流利用率及电压利用率并且尽可能减少晶闸管阀组中晶闸管器件的数量。首先对控制绕组的变比进行了计算,给出了在固定单支路工作模式下CRT的工作绕组与控制绕组之间的最优变比;然后根据最优变比,结合市场上常见的晶闸管型号,计算出相应的晶闸管器件的功耗及温升情况,计算结果满足要求。验证了CRT的工作绕组与控制绕组之间可以采用的最优变比。     

交流绕组的槽漏抗计算

分析了常见交流绕组槽漏抗计算方法和公式,指出了其不妥之处,给出了实用于常见交流绕组槽漏抗计算的新方法和公式,即分层计算槽漏抗。分层计算槽漏抗与实际情况吻合,而且直观,意义明确。     

电力变压器绕组短路电动力计算

针对短路时电力变压器绕组易发生形变,绝缘受损问题,通过三维磁场对其绕组电感矩阵进行计算以获取短路电流,之后采用绕组电路与变压器三维磁场进行耦合分析,运用分层切片剖分,计算出变压器绕组短路时轴向和辐向的电动力,校核了该电动力对绕组的破坏强度影响。并以一台180 000 kVA的三相五柱式电力变压器为例进行分析。结果表明,低压绕组在辐向受到较大向内的压缩力(辐向电动力),若该力超出临界值时将使绕组绝缘受到损坏,影响变压器使用寿命。同时绕组所受轴向电动力将引起绕组松动,严重时导致绕组坍塌,此电动力呈对称分布。该方法有助于更准确计算变压器绕组内部磁场分布及所受电动力影响,为研究类似问题提供了依据。     

分数槽集中绕组永磁同步直线电机磁场解析计算

分数槽集中绕组永磁同步直线电机(Fractional-slot Windings Permanent Magnet Synchronous Linear Motors,FW-PMSLM)采用端部不重叠的集中绕组,具有磁阻力小、推力波动小、端部绕组短、用铜材料省、损耗小等优点,适合于长行程、高精度驱动场合。本文以15槽16极FW-PMSLM为例,考虑电枢电流分布函数和永磁体电流密度等效,建立分层解析模型。运用傅氏级数法推导出气隙和磁极区域中磁场的解析公式,分析FW-PMSLM电枢磁场和励磁磁场的分布。针对传统卡氏系数法在计算FW-PMSLM磁场的不足,提出采用分布卡氏系数函数来计及铁心开槽对分数槽电机磁场的影响,将解析分析与有限元分析结果进行比较,验证本文所提分布卡氏系数函数法解析求解FW-PMSLM磁场的有效性。利用该方法分析不同极弧系数、不同初级齿宽以及不同气隙长度时的电机推力以及这些因素对推力解析计算精度的影响,利用不同气隙下的实验结果验证推力解析计算精度。为分数槽永磁直线电机的工程计算和优化设计提供依据。     

交通牵引大功率单边直线感应电机性能研究

从单边直线感应电机(SLIM)气隙磁密方程入手,引入绕组函数方法,将次级绕组分为基波和边端效应波分量。根据初级绕组分布,推导出两相静止坐标下的初级绕组函数,解出次级绕组基波和边缘效应波分量。由绕组函数理论计算出电感、品质因数、次级电阻和运动电势系数,建立电压和磁链方程。根据初次级能量转换关系,得到推力方程。通过恒流恒频下的暂态特性和几种变频模式下的稳态特性计算,比较了实际稳态运行中的大功率SLIM的相电流、推力和效率的计算值和测量值。结果表明,绕组函数法能较好地描述边端效应,得到的稳态推力、效率和试验基本吻合,并证明了暂态计算的真实性。该模型可用于电机设计和特性分析中,具有一定的实用性。     

基于绕组函数法的大功率单边直线感应电机牵引特性研究

将麦克斯韦方程和绕组函数法相结合,得到单边直线感应电机(single linear induction motor，SLIM)的初级、次级基波和边端效应波绕组函数。由绕组函数理论计算出电感、运动电势系数，建立电压和磁链方程。由初、次级能量关系得到推力方程并进一步求解相关特性量。对不同工况的暂态和稳态特性进行分析。将大功率电机全过程中相电流、推力、效率的计算值与测量值进行比较。试验结果表明，绕组函数法能较合理地描述SLIM特性，具有一定实用性。     

多相电机定子绕组改进绕组函数的有限元分析

提出改进绕组函数的有限元算法,解决了改进绕组函数的准确计算问题。根据有限元算法和叠加原理,分析了线圈和多相电机相绕组的改进绕组函数的基本特征,并根据该基本特征研究了多相电机气隙磁动势分布和气隙电感。结果表明,多相电机相绕组的改进绕组函数与绕组函数之间的差别为与多相电机结构有关的函数,电机正常运行时,该函数通常只含偶次谐波,并会影响电机气隙磁动势分布的计算,进而影响交、直轴电感曲线的谐波,但对交、直轴电感曲线的直流分量影响较小,基本可以忽略。     

高频变压器绕组损耗解析计算分析

高频变压器的绕组损耗是固态变压器整机功率密度与效率的一大决定因素。然而,不同绕组结构下绕组损耗的计算存在多种解析公式,精度随绕组空间结构变化,且部分解析公式存在漏写或错误;绕组导体的厚度最优选择也是一个关键问题。为了解决上述问题,分别讨论铜箔绕组、绝缘实心圆导线绕组和利兹线绕组3种导体绕组损耗的解析计算方法,并据此揭示绕组损耗与变压器工作频率、结构参数的关系,同时推导特定工作频率下的最优导体厚度。对适用于利兹线绕组的Bartoli公式与Tourkhani公式源文献中的错误进行修正,并根据实际工作条件简化Tourkhani公式。对于实心圆导线绕组,绕制2个样例变压器绕组,使用网络分析仪测量其交流电阻,分析不同绕组解析算法的计算误差。实验测量结果显示,改进Ferreira算法具有最小的计算误差,为高频变压器绕组的选型与效率优化提供参考。     

定子无铁心轴向磁通永磁电机的绕组损耗与效率研究

定子无铁心轴向磁通永磁电机没有定子铁心,具有输出转矩平稳、质量轻、装配简单等优势,但同时也存在绕组涡流损耗大的问题。基于利兹线绕组,对定子无铁心轴向磁通电机的绕组涡流损耗进行了分析,给出了绕组涡流损耗计算的解析公式与有限元结合的非均匀分层混合计算模型,并通过简化的全绕组三维有限元模型,验证了混合计算模型的正确性和有效性。研究了以电机效率最大化为目标的利兹线规格选型方法。由于利兹线的实际制造工艺的问题,对电机效率进行了计算和分析,并给出了利兹线选型相关的定性结论。     

无槽环形绕组轴向磁通永磁电机空载反电动势解析

无槽环形绕组有两种类型,即扇形绕组和矩形绕组。针对这两种绕组空间分布对空载反电动势的影响,分别对两种绕组轴向磁通永磁电机的空载反电动势进行了解析推导。在气隙磁密解析计算时,提出通过建立虚拟等效直线电机模型用以计算气隙磁场端部效应函数。为了验证解析公式的正确性,以一台电机方案为例,利用推导的解析公式对空载反电动势进行了计算,与有限元计算结果进行了对比,结果表明解析计算结果和有限元计算结果相对误差小于2.1%,满足工程要求。因此,推导的空载反电动势解析公式可以作为电机设计人员参考使用。     

方块脉冲函数用于隐极式电机气隙磁场和绕阻电感的分析计算

在隐极式结构的电机中,气隙磁场沿圆周的分布波形实际上是多级等宽阶梯状的周期波形。文中采用新型二值正交函数——方块脉冲函数级数作为数学工具,取代传统上沿用的正、余弦函数级数,对这种波形进行分析,得出了烧组建立的气隙磁势分布波形与绕组导体的槽分布规律间的简明关系式。在此基础上,进一步导出了按绕组导体的槽分布规律直接计算绕组的自感和互感的精确公式,并且证明了定、转子绕组间的互惑随转子位置偏移而变化的规律,恰好与定、转子绕组各自建立的气隙磁势波形间的互相关函数相一致。这些研究成果为采用新方法计算交流电机绕组的差漏电抗和设计特种函数旋转变压器提供了理论基础。     

基于绕组函数法的直流电机电感参数计算及与有限元法的比较

基于直流电机电枢绕组支路个数多且相互并联的特点,先使用绕组函数法计算电枢绕组各支路自感、互感,然后根据实际连接关系推导出电枢绕组自感及与其他绕组间互感,以此计算ZD 115型脉流直流电机的电感参数,并考虑了漏抗参数的影响。建立了该电机的有限元模型,其结果表明,绕组函数法与有限元法吻合较好。     

基于扩展绕组函数的直线异步电动机动态特性

基于绕组函数概念提出了单边直线异步电动机的扩展绕组函数,不仅适用于电机极数为偶数的情况,也满足直线异步电动机极数可能为奇数的特点。该扩展绕组函数能够方便计算直线异步电动机静态纵向边缘效应带来的三相绕组不对称对电机性能的影响。同时,该方法在计算直线电机俯仰状态和电磁气隙不均匀等情况下的初级绕组电感、动态推力和法向力等方面应用效果良好。