基于MSMA逆特性的振动传感器理论及实验

磁控形状记忆合金(MSMA)不仅具有受磁场控制的电磁一机械正特性,而且具有在机械外力作用下引发材料自身磁化强度发生变化的机械-电磁逆特性,利用此特性,可进行新型振动传感器的研究。本文基于MSMA材料的逆特性,研究MSMA振动传感器在不同偏置条件及不同频率、幅值激振力作用下的输出特性;从MSMA磁路模型和应力应变关系入手,建立振动传感器的输出特性与输入信号之间的数学模型。通过传感器输出电压实验值与计算值的比较,验证了传感器模型的正确性,为MSMA振动传感器优化设计奠定了理论和技术基础。     

超磁致伸缩振动传感器输出特性的实验研究

超磁致伸缩材料Terfenol-D在机械应力作用下,磁化强度会发生变化,这种效应为逆磁致伸缩效应或Villari效应,利用该效应可以制作将机械能转换成电能的振动传感器。进行振动传感器的实验研究,结果表明在合适的偏置磁场和较小的预应力偏置条件下,传感器输出的感应电压峰-峰值较大,传感器输出感应电压的峰-峰值和输入振动信号的频率和幅值成正比。基于电磁学原理和铁磁材料的磁化强度模型,计算振动传感器的偏置磁场和预应力对感应电压输出的影响,并计算振动传感器在机械振动输入条件下的感应电压输出,实验结果与计算结果基本相符。实验结果和计算结果为振动传感器的优化设计和应用打下基础。     

基于小波分析的MSMA振动传感器信号处理与故障检测

基于磁控形状记忆合金(MSMA)逆特性制作的振动传感器,其输出的感应电压存在较大的干扰,需要对感应信号进行数字滤波以提取有效数据。本文在小波分析滤波原理基础上,采用db5小波数字滤波算法,将不同频段的感应电压信号进行软阈值滤波,并通过小波分解MSMA振动传感器的感应信号进行故障检测。由信号处理结果可以看出小波分析具有理想的滤波效果,可用于MSMA振动传感器的信号处理与故障检测。     

磁控形状记忆合金旋转执行器研究

基于磁控形状记忆合金(magnetically controlled shape memory alloy, MSMA)在磁场作用下变形并具有形状记忆功能的特性,提出一种通过超越离合器将MSMA元件产生的直线运动变为旋转运动的执行器结构,在永磁体偏置磁场基础上,通过改变控制磁场励磁电流的大小和频率可实现转速控制。采用有限元法进行MSMA执行器的磁场分析与控制特性仿真,分析旋转机构的机械特性,推导了位移与转速表达式。设计并研制MSMA旋转执行器试验样机,将试验结果与理论计算值进行对比,并分析二者存在差异的原因。样机试验结果表明MSMA旋转执行器机理和设计方法可行。     

动铁式开关电磁铁的Ansoft仿真

应用于液压开关阀的动铁式开关电磁铁的电磁特性具有高度非线性,从电气结构上该类电磁铁具有单相变磁阻电机的特点,因此不能直接适用于位置控制。论文在该电磁铁基础上增加一套测量用副绕组,通过数学模型和Ansoft仿真分析得出,由于磁路磁阻不同,PWM控制方式下动铁位置和工作电流以及副绕组感应电压的关系特性,以及不同频率下副绕组感应电压的特性,为实现开关电磁铁的无位移传感器的位置辨识和估计提供理论基础。     

差动式磁控形状记忆合金旋转执行器

针对磁控形状记忆合金(MSMA)执行器中使用弹簧恢复变形存在的问题,设计一种采用2个MSMA元件差动控制方式的新型旋转执行器。分析了差动式MSMA旋转执行器的工作原理、MSMA元件变形与控制磁场及材料导磁率的关系,在磁场分析的基础上设计与研制了差动式MS-MA旋转执行器试验样机。样机的实验结果表明改变励磁绕组电流的大小和频率可实现执行器旋转速度控制。该差动式MSMA旋转执行器减小了控制功率,提高了控制精确度和动态响应速度。     

径向换能型超声波电机定子振动模型

提出了一种弹性叶片式径向换能型超声波电机,分析了电机的结构与工作原理,建立了定子径向自由振动和受迫振动的解析模型,同时,为了进行对比验证,建立了定子振动的有限元模型进行模态分析和谐响应分析。分别采用两种模型计算得到了定子一阶径向自由振动的频率和在外加电压激励下受迫振动的径向振幅,两种模型的理论计算结果接近。采用阻抗特性分析仪测量了定子一阶径向自由振动的频率,并采用激光测振仪测量了定子外侧表面质点在外加电压作用下径向振动的振幅,将实验测试结果与理论计算结果进行对比,二者基本吻合。实验测试结果验证了所建立的定子振动的解析模型和有限元模型的有效性。最后,制作了原理性样机,验证了所提出的径向换能型超声波电机动作原理的可行性。     

稀土永磁同步发电机结构参数对外特性的影响

本文用传统的磁路分析方法,建立了稀土永磁同步发电机的结构参数与外特性关系的计算模型,并用适合工程科学计算的 MATLAB 高级语言编制了计算程序。通过分析稀土永磁同步发电机的结构参数对外特性的影响,提出了一种降低稀土永磁同步发电机固有电压变化率的设计方法,在此基础上,对一台 1．5kVA 原理样机进行了改进设计,重新加工一台新样机。对新老样机计算和实测的结果表明,所用的计算模型简单实用,能满足工程计算的精度要求;新样机的电压变化率比老样机大大降低,证明本文的理论分析和设计方法具有实际应用价值。     

永磁电励交替混合式直线同步电动机的设计与试验

介绍了一种新型结构的永磁电励交替混合式直线同步电动机,建立了磁路模型和数学模型。并对样机进行了各种特性试验,对其中典型的推力-电流关系作了具体介绍,给出了不同频率下推力-电流的变化曲线。试验结果验证了所建电机模型的正确性。     

基于有限元法的动磁式直线压缩机动态特性

针对动磁式直线压缩机模型样机建立了基于有限元的磁固耦合动态特性分析模型。该模型考虑了磁路的非线性特性、漏磁通及永磁体位置等因素的影响,因此比传统的等效磁路模型更完整。给出了部分分析结果,表明了电机推力、位移和电流之间的相互关系,还给出了几个在不同电压、不同时刻下的矢量磁通密度图,直观地显示了磁场的分布特点及磁路的饱和特性,为直线压缩机的优化设计奠定了基础。     

基于有限元法的动磁式直线压缩机动态特性

针对动磁式直线压缩机模型样机建立了基于有限元的磁固耦合动态特性分析模型。该模型考虑了磁路的非线性特性、漏磁通及永磁体位置等因素的影响,因此比传统的等效磁路模型更完整。给出了部分分析结果,表明了电机推力、位移和电流之间的相互关系,还给出了几个在不同电压、不同时刻下的矢量磁通密度图,直观地显示了磁场的分布特点及磁路的饱和特性,为直线压缩机的优化设计奠定了基础。     

磁致伸缩、压电层状复合磁电传感器非线性动态有限元模型

基于磁致伸缩材料标准平方模型和压电材料线性本构关系,应用Hamilton变分原理建立了磁电传感器的磁-机-电耦合特性的动力学方程。建立的动力学方程考虑了磁致伸缩材料的磁滞现象和E效应的影响。应用所建立的模型求解了LT型磁致伸缩/压电磁电传感器的输出特性,与实验结果进行对比发现模型可较准确地预测磁电传感器在不同偏置磁场和交流驱动磁场激励下其输出电压随时间的变化关系。当偏置磁场为22.1kA/m,正弦交流驱动磁场为7.4kA/m、频率为100Hz时,计算结果和实验结果误差为0.9%。同时,应用该模型还可以确定磁电传感器的最大交流驱动磁场。     

电磁式振动发电机的机电特性分析与实验研究

设计了一种电磁式振动发电机结构,利用质量-弹簧-阻尼模型对振动发电机结构进行了数学建模,分析了电磁式振动发电机进行了机电特性,并仿真计算了正弦振动位移激励下线圈的输出电动势。结果表明,在模型基础上,发电机的输出感应电动势与输入位移激励具有相同的变化规律,说明机械能较好地传递到了电能。对设计并制作的样机进行了实验研究,发电机在振动频率10 Hz,振幅10 mm的正弦位移激励作用下,同一侧单组线圈、双组串联线圈的输出电动势峰峰值和有效值分别为3.437 V、7.684 V和0.710 V、1.988 V,实验表明,实验数值和仿真数值近似而且波形规律相同。     

低频直线感应电机次级结构的设计与分析

直线感应电机结构简单、成本低、应用范围广。在低速运行时,运行频率很低,此时次级结构的改变将使得电机的最大推力点产生偏移。该文采用等效电阻率,基于集中参数等效电路,计算次级采用不同结构与不同材料时的推力特性,分析从低频到高频范围内频率对推力的影响,得到优化结果,并通过有限元模型进行验证。最后,通过一台样机实验,验证了分析模型的正确性。研究结果为低频直线感应电机的次级优化设计提供了参考依据。     

磁路互补型横向磁通切换直线电机电磁推力计算与特性分析

有铁心永磁直线电机由于齿槽、边端效应及电枢电流谐波等,不可避免地会产生较高的电磁推力波动,电磁推力波动直接影响直线电机运行精度和平稳性。该文对具有磁路互补特征的横向磁通切换直线电机展开电磁推力特性研究,通过等效磁路法分析其磁场分布规律,得出该电机次级具有等磁位的电磁特性;基于气隙磁动势-磁导分析方法,揭示互补磁路条件下,该有铁心电机消除齿槽推力波动,实现有铁心电机无齿槽效果的机理;基于该电机磁场分布特征,建立其许-克变换气隙磁场计算模型,提出定位力、电枢绕组磁阻力及永磁推力等电磁推力快速准确的计算方法,获得该电机各电磁推力特性;对样机进行了空载感应电动势和电磁推力的测试实验,对比实验和仿真结果,验证了理论分析模型及计算方法的有效性和准确性。     

非正弦供电十五相感应电机磁路计算方法

鉴于电机气隙磁势为非正弦分布磁势,提出分布磁路法对非正弦供电十五相感应电机进行磁路计算并求出激磁电抗。分布磁路法从基波和3次谐波合成磁势出发,在电机半个极范围内进行等间隔周向分块,通过迭代计算得到沿圆周各节点气隙磁密,并由傅里叶分解得到基波和3次谐波磁密。以等值电路为基础同时结合分布磁路法,迭代计算给定电压下基波激磁电抗与3次谐波激磁电抗。对非正弦供电十五相感应电机样机进行空载实验,得到基波激磁电抗与3次谐波激磁电抗实测值。激磁电抗计算值与实测值相互吻合,说明了分布磁路法的有效性和准确性。     

稀土永磁同步发电机结构参数对外特性的影响

本文用传统的磁路分析方法，建立了稀土永磁同步发电机的结构参数与外特性关系的计算模型，并用适合工程科学计算的ＭＡＴＬＡＢ高级语言编制了计算程序。通过分析稀土永磁同步发电机的结构参数对外特性的影响，提出了一种降低稀土永磁同步发电机固有电压变化率的设计方法，在此基础上，对一台１．５ｋＶＡ原理样机进行了改进设计，重新加工一台新样机。对新老样机计算和实测的结果表明，所用的计算模型简单实用，能满足工程计算的精     

永磁-感应子式发电机电磁场与特性计算

永磁-感应子式发电机是兼具永磁发电机与电励磁发电机优点的新型混合励磁发电机，该结构可以通过改变励磁电流的方向，实现发电机的增磁运行和去磁运行。针对其特殊的电机结构和磁路特点进行分析，对发电机复杂的磁路建模进行简化，将永磁部分进行二维磁场建模，感应子部分进行三维磁场建模，大大缩减了有限元计算过程的复杂性。另外，本文从实验的角度对该发电机的空载特性、负载特性以及电压可调整性进行验证，从实验角度证明了永磁-感应子式发电机具有良好的可调整性。     

磁轭永磁振动发电机的设计与实验研究

为了采集环境中的振动能量,设计了一种适用于低频环境下的永磁振动发电机。发电机采用极靴型磁轭作为闭合导磁路径,提高了磁场的利用率。设计、制作了发电机样机并进行实验研究,得到了发电机输出电压有效值U_e与频率f和振幅Z之间的关系。对发电机正弦激励振动条件下进行测试,发电机的输出电压有效值U_e达到了18. 46 V,能够在工程实际中应用。     

统一潮流控制器中串联耦合变压器特性及仿真模型研究

根据UPFC系统中串联耦合变压器的功能,分析了其特殊的工作方式和特点,并给出了220 k V输电线路中串联耦合变压器的一种壳式结构方案。根据串联耦合变压器铁芯和绕组的空间几何结构,采用电路与磁路的对偶原理,将磁路模型转化为电路模型。考虑到硅钢片的非线性饱和特性,采用复数磁导率计及涡流效应,以非线性电感和电阻来等效硅钢片,分析了频率和磁导率对硅钢片等效参数的影响。基于磁路法提取漏感参数,建立了串联耦合变压器的仿真电路模型。在低压物理样机上进行空载合闸和三相不对称直流偏磁的试验与仿真计算,测量结果与计算结果基本吻合,表明了所建模型适用于串联耦合变压器暂态模拟与不对称直流偏磁特性的分析。