高速永磁同步电机线圈与绕组电枢磁场计算方法及其内在联系

为简化和统一复杂绕组磁场的分析问题,提出一种简易的单匝线圈磁场预测绕组磁场计算方法。基于高速永磁同步电机等效同心圆多层模型和涡流场泊松方程,结合各种介质交界面条件和边界条件,建立了稀疏矩阵形式的单匝线圈电枢磁场的解析方程组。从绕组排布组合形式多样性的特点出发,根据线圈位置和同相线圈连接方式,通过线圈代数化和绕组集合化处理,将线圈和绕组之间的递推关系简化和统一,揭示其关联性。线圈和绕组电枢磁场的解析计算方法和内部关系得到有限元仿真和相关文献计算方法的证实,结果表明了使用单匝线圈磁场研究绕组磁场问题的准确性和可行性。最后基于相关计算方法和内部关系的研究,分析了绕组合成磁场时空谐波的规律。     

基于法拉第电磁感应法的脉冲强磁场测量方法

由大电流对负载高压放电产生的脉冲强磁场磁场强度高,随时间变化剧烈。为解决测量系统不仅要有较宽的量程,还要有很快地响应速度的问题,研究了根据法拉第电磁感应定律,通过线圈感应电动势确定磁通量的变化,进而得到磁场的强度的测量方法。从线圈各匝间的绝缘和多次测量使用考虑,采用了单匝线圈作为测量元件,并通过良好的接地和屏蔽措施提高测量系统的稳定性和抗干扰能力。将磁场测量结果与通过电流计算的理论值比较,误差很小,这验证了方案的可行性。线圈制作简单,只要解决好屏蔽问题,就可以作为一种测量强磁场的有效手段。     

126kV真空灭弧室2/3匝纵磁触头磁场分析及优化

为了得到126 kV真空灭弧室2/3匝线圈型纵磁触头的优化设计参数,文中采用实验设计—磁场有限元计算—统计分析相结合的方法,对触头间纵向磁场特性进行了单因素分析和正交回归分析。选取触头开距、单匝线圈高度、线圈宽度和触头片槽长4个设计参数作为优化对象,以电流峰值时纵向磁感应强度最大、磁场滞后时间最小和导体电阻值最低作为优化目标,得到了磁场特性与触头结构参数之间的回归方程以及对纵向磁场产生显著影响的设计因素。基于上述分析,对电流峰值时纵向磁感应强度、磁场滞后时间和导体电阻进行多目标优化,当触头开距为20 mm,线圈宽度为20 mm,单匝线圈高度为15 mm,触头片槽长为30 mm时,纵向磁场特性最优。优化后,电流峰值时的纵向磁感应强度增至0.565 T,磁场滞后时间缩短为0.729 ms,导体电阻减小为19.885μΩ。     

纵磁结构真空灭弧室的三维磁场数值分析

根据单积分法原理编制了一套三维磁场计算软件,对杯状纵磁、1/2匝线圈纵磁、四极纵磁三种结构的真空灭弧室自生纵向磁场进行了三维数值分析,给出磁场的总体分布以及几个主要参数对磁场分布的影响,并且对其中两种结构的磁场进行实际测量,验证了该软件计算的准确性.     

高温超导磁通切换电机励磁线圈电磁力计算

针对高温超导磁通切换电机中交变的电枢反应磁场使得高温超导励磁线圈产生形变,致使高温超导励磁线圈发生物理性损坏,影响电机安全稳定运行这一问题,以静密封高温超导磁通切换电机为例,对其高温超导励磁线圈的匝间电磁力进行了研究。基于超导线圈分离模型,在计及迈斯纳效应和趋肤效应的条件下,提出了一种高温超导磁通切换电机中跑道型超导线圈直线部分以及弯曲部分的电磁力计算方法,并在此基础上计算了超导线材的匝间电磁力。匝间电磁力计算结果表明,超导线圈的最外匝线材受到的电磁力最小,但受到同一线圈中其余匝线材作用的合力最大。为验证理论分析的正确性,采用三维有限元分析法,进一步计算并得到了高温超导励磁线圈的匝间电磁力,有限元计算结果验证了该计算方法的正确性。     

基于定子线圈探测的转子匝间短路故障识别方法

该文通过对汽轮发电机转子线圈匝间短路时的电磁特性进行分析和计算，提出转子绕组匝间短路时，转子绕组主磁场变化比漏磁场明显，用定子线圈作为探测故障线圈，确立了转子绕组匝间短路故障程度和有效磁场损失之间的对应关系：提出转子匝间短路导致发电机定子绕组并联支路之间出现了电势差和环流，其大小和分布与短路严重程度有一定对应关系；利用动模试验机组进行了有关的验证，试验结果和理论推导相吻合。     

干式空心电抗器损耗计算方法探讨

基于干式空心电抗器结构,介绍了电抗器损耗的计算方法.首先,从单匝导线的涡流计算出发,介绍了圆导线情形下电抗器涡流损耗的计算方法.其次,分析了电抗器线圈的总涡流损耗值、单匝导线的电阻损耗、电抗器线圈的总电阻损耗值的计算过程.最后,在理论分析的基础上,以实际测量模型电抗器的方式求得了最终的计算结果,即干式空心电抗器的总损耗值,验证了该计算方法的正确性。     

双面对称布线印制电路板型Rogowski线圈

印制电路板(PCB)型Rogowski线圈广泛用作复杂电磁环境下的电流测量传感头,其性能决定着电流测量的灵敏性和精确度。针对传统直连结构PCB型Rogowski线圈的不足,设计了一种双面对称布线PCB型Ro-gowski线圈,在PCB板双面均匀密布沿半径方向且两端带导孔的直连铜箔,通过外径导孔处小段圆弧连接布线铜箔呈对称结构,使得线圈结构对称且单匝线圈垂直于PCB板面并指向轴心;在输出端设置与绕线方向相反的回线以抵消垂直PCB平面的杂散磁场干扰。计算了线圈的电磁参数,研究了被测载流导线偏离线圈轴线及线圈外存在干扰电流时线圈与被测载流导体间的互感特性并测试了其互感值。实验测试结果与理论计算值相符,表明该PCB型Rogowski线圈一致性好,抗干扰性能强,适合于用作外界杂散磁场复杂情况下的电流测量传感头。     

光纤瞬态磁场传感器的研究及其应用

为了对超高压变电站的开关瞬态磁场进行有效的测量，该文研制了一套光纤瞬态磁场传感器。采用单匝线圈作为磁场探头，利用光纤作为信号传输通路，解决了强电磁干扰环境内的瞬态磁场测量问题。提出了数字频率均衡方法，满足了变电站开关瞬态磁场测量对传感器的宽频带要求。实验室测试和现场应用表明，该传感器在频带宽度、测量范围、线性度和抗电磁干扰性能等方面，均可满足变电站开关瞬态磁场测量的要求。将该传感器应用于我国某500kV变电站开关操作和电抗器投切操作产生的瞬态磁场测量，取得了满意的结果。     

大开距纵磁结构触头磁场特性的数值分析

通过分析几种用于中压真空灭弧室中的触头结构,探讨了将它们应用在高压真空灭弧室中的可能性。并用有限元的方法对单极线圈式和杯状纵向磁场触 头结构在大开距条件下的磁场特性进行了仿真计算。采用改变部分触头结构参数的方法来优化磁场分布,在分析计算结果的基础上探讨了将它们应用于高压真空灭弧室中的可行性。结果表明,在大开距条件下即使经过优化,1/3匝线圈式纵磁触头结构和杯状纵磁触头结构所产生的磁场也不足以控制真空电弧,而1/2匝线圈式纵磁触头有较强的纵向磁场,适合于大电流的开断。     

用于等效测试大电流互感器抗干扰性能的非均匀缠绕线圈的设计方法

为了更准确地验证非均绕等安匝法的物理原理,探索实施非均绕等安匝法的最佳技术路线,提出了非均绕等安匝法用非均匀缠绕线圈参数的优化设计方法。为此,首先完善了表征干扰磁场的解析模型,并利用铁芯汇集系数修正了干扰磁场的解析计算结果;基于大量的数值仿真试验结果,推导出了适用于大电流互感器的铁芯汇集系数经验公式;进而依据表征线圈泄漏磁场的解析式,提出了两种用于优化非均匀缠绕线圈参数的设计方法,即L2范数最小法和部分级数求和法。通过数值仿真,分析了基于这两种方法得到的线圈泄漏磁场与外电流产生的杂散磁场之间的误差,发现这两种方法可将两种干扰磁场之间的误差由之前的约20%降低到约1%;通过物理试验,验证了该非均匀缠绕线圈参数优化设计有关结论的正确性。     

基于小波分析的发电机转子匝间短路故障诊断方法研究

转子匝间短路是汽轮发电机常见的故障形式。发电机转子绕组发生转子匝间短路后,转子磁势不对称所产生的高次谐波分量对电机磁场产生影响,使定子侧电气信号发生变化,产生出不同于正常情况下的某些故障特征信号。用定子线圈的探测方法,采集定子探测线圈上的电气故障信号,基于小波分析理论对探测线圈中的故障信号进行分析,提取具有转子匝间短路的故障特征量,对发电机转子匝间短路故障进行诊断,并且实现转子匝间短路故障的定位诊断。通过Matlab软件对模拟故障信号进行了仿真分析,结果表明该方法能够实现故障的诊断与定位。     

WPT系统磁耦合特性测量方法研究与装置开发

在无线电能传输(WPT)产品的研发阶段,需要测量和评估发射线圈(TX)和接收线圈(RX)发生位置偏移时,磁场感应强度(B)、耦合系数(k)和效率(η)的变化情况。本文设计了一套三维扫描定位的自动测量系统。通过上位机远程控制下位机和测量设备,可以获得位置、磁耦合参数的数据。上位机将数据保存在Excel里,通过调用MATLAB脚本绘制的k、η或者B在空间平面上分布的三维图形。通过与多匝平面螺旋空心线圈的理论计算对比,验证了测量方法以及系统的精度以及可靠性。     

真空开关分裂线圈型触头纵磁场分布的实验研究

真空开关分裂线圈型触头的纵磁场可以用数学模型借助电子计算机进行计算。但是,触头的纵磁场分布,受制造工艺和电弧随机运动等许多复杂因素的影响,而这些因素又是建立数学模型时不易考虑的问题。本文以4×1/4匝实际触头为对象,实验研究了各分线圈的电阻和电流分布。在模拟触头不同的焊接质量和起弧位置的情况下,测量了触头空间直流和交流纵磁场沿径向、轴向和周向的分布规律。得到的结论可供设计制造部门参考     

一起发电机转子绕组匝间短路故障分析和处理

转子绕组匝间短路是汽轮发电机最常见的故障之一,以一起330MW汽轮发电机转子绕组匝间短路故障为例,采用直流电阻法、转子绕组交流阻抗和功率损耗法、单开口变压器法以及极间电压法确定短路类型和大体位置,随后采用线圈压降法和匝间电压分布测量确定故障具体位置。最终发现短路原因为转子绕组端部塑性变形、顶匝线圈错位及匝间绝缘破损。对线圈进行整形处理,处理后的线圈经检测合格。所用匝间短路定位方法简单实用,提高了发电厂的经济效益。     

单边核磁共振仪中射频线圈的优化

射频线圈是核磁共振系统中实施射频激励和接收核磁共振信号的核心结构,其性能直接决定了核磁共振信号的质量。针对单边核磁共振系统信噪比差的缺点,提出以空间均匀性和信噪比为优化参数的平面矩形螺旋线圈的优化方法。优化方法分为两步:1以射频磁场的均匀分布范围为优化目标,通过改变平面螺旋线圈的结构参数,运用毕奥-沙伐定律对RF线圈磁场进行计算,确定与目标区域匹配的线圈的基本结构。2以线圈的信噪比为优化目标,使用有限元仿真软件计算在步骤1中已确定的各种线圈的交流电阻,进而得到信噪比,从中选出信噪比最高的线圈。结果表明,最优的平面矩形螺旋线圈结构参数为:布线面积为17.2mm×17.2mm,线宽和线间距均为0.5mm,总匝数为10匝,均分在2mm厚电路板的双面,每个面上5匝;该射频线圈不仅能保证与主磁场B0均匀区域相匹配的激励区域,而且从信噪比测量实验可知,该线圈在目标区域内具有最好的信噪比。     

真空灭弧室内部气体压力测试仪励磁线圈磁场计算

通过对瓦状线圈磁场建模、计算,并与侧靠式线圈磁场计算结果进行比较,从理论上分析了瓦状线圈在基于磁控放电法进行内部气体压力测量中的可行性和优越性,从而为开展不拆卸测量灭弧室内部气体压力时线圈的选择和安置提供了理论依据。     

无线电能传输的平面螺旋线圈优化

磁耦合线圈是无线电能传输中至关重要的一个环节,线圈品质因数往往是衡量线圈优劣的重要指标。本文基于一维线圈损耗模型分析了宽度、高度、磁场强度等重要参数对损耗的影响。以此为基础,借助有限元仿真软件得到线圈磁场分布规律。首先对线圈采用渐变线宽的方案来优化线圈Q值。进一步采用将内三匝及最外匝线圈进行铜箔垂直置换的方案,该方法能够优化内三匝及最外匝线圈的损耗。通过仿真与实验验证了方案的正确性。     

不同频率激励下变压器铜屏蔽中涡流损耗的研究

为了研究高压输电系统电力变压器铜屏蔽中涡流损耗的分布,基于TEAM Problem 21基准族中的P21c-EM1简化模型进行了详细的实验研究与仿真分析。采用不同的建模方法对多种工况下激励线圈欧姆损耗进行计算并与测量值对比,得出线圈整体建模无法计算漏磁通在导体本身产生的涡流损耗,线圈单匝建模可以很好地反应实际工况。系统地介绍了变压器结构件杂散损耗传统测量方法以及分析了其缺陷,基于传统的测量方法介绍了一种新的测量方法,即采用实验模型总的损耗测量值减去实验模型中激励线圈损耗的精确计算值得出结构件中的损耗。多种激励条件下铜屏蔽中涡流损耗的计算值与测量值具有较好的一致性,从而验证了该方法的有效性。所得的结果、结论有助于电力变压器、平波电抗器等装置屏蔽结构的优化设计。     

500kV限流用电抗器分布参数提取

500kV干式空心电抗器用来限制500kV系统的短路电流。在分析电抗器的工作电压和冲击电压下的电位分布时,需要用到电抗器的分布电气参数。因此采用有限元与解析法相结合的方法得出了电抗器分布参数的提取方法,并计算了电抗器的分布电容。计算结果表明,电抗器内外层线圈的参数类似,单层绕组的两端各匝的自电容较大,中部较小;而互电容则在中部略大,但是整体相差很小。从单匝线圈的杂散电容来分析,相邻两匝线圈的匝间电容最大,远远大于其它匝间电容。电抗器等效杂散电容为1.378nF,电抗器对地的等效电容为各层绕组对地电容之和,为0.27nF。