定子不对称极混合励磁双凸极电机改进型非线性变磁网络模型构建方法研究EI北大核心CSCD

因低速大转矩、宽调速范围等优点,定子不对称极混合励磁双凸极电机(hybrid excitation asymmetric stator pole double salient machine,HEASPDSM)近年来受到业界人士的关注。然而,因HEASPDSM定子极间隔角度不等、依靠谐波工作等特点,传统的有限元法和变磁网络模型法很难快速、准确地计算出电机的关键参数及性能指标。为解决该问题,该文提出一种非线性变磁网络模型法,可便捷地计算出HEASPDSM定转子间的互磁导,进而对不同工况下的电机参数及特性进行深入分析。大量仿真和实验及对比分析表明:该方法较好地兼顾了有限元法的准确性、通用性和变磁网络模型法的快速性,可迅速准确地计算出不同工况下HEASPDSM的各种性能参数,为其后续的优化设计及应用拓展奠定了基础。     

电励磁双凸极发电机转子极宽对输出特性的影响

转子极宽对基于磁阻工作原理的电励磁双凸极发电机输出特性有重要影响。从原理上讨论了电励磁双凸极电机磁链变化范围与输出电压的关系,阐述2类气隙对电机磁链变化范围的影响作用。提出第3气隙概念并给出其定义,推导了第3气隙大小与转子极宽的数学关系,并指出第3气隙的大小对相绕组磁链最小值的影响作用较大。利用2维有限元法分析计算得到不同转子极宽下电机静磁场分布、相绕组磁链以及空载相电势波形;通过瞬态场路耦合分析得到不同转子极宽下电机负载状态相电势波形、整流输出电压平均值和纹波大小。原理样机的实验结果验证了有限元计算和场路耦合分析的正确性。表明定转子极宽相等即第3气隙最大时电励磁双凸极电机输出功率大且输出电压波动小。     

基于变网络等效磁路法的双凸极电机电感参数变化规律的分析

双凸极电机是一种新型的电机,它的电感参数对分析它的基本理论和运行特性至关重要。本文对三相电励磁的双凸极电机建立变网络等效磁路模型。在考虑励磁磁场和电枢磁场相互作用以及磁路饱和的基础上,利用该方法可以计算在任意转子位置、任意电枢电流、任意励磁电流下任一绕组自感和绕组之间互感。该计算结果和电磁场有限元分析结果进行比较,验证了该方法的正确性。最后,得到了不同情况下该电机电感参数变化的一般规律。     

切向磁钢混合励磁双凸极电机负载特性研究

切向磁钢混合励磁双凸极电机取消了传统混合励磁双凸极电机的轴向磁路和附加气隙,结构优化设计更为方便。为深入研究该电机,本文首先阐述该电机的结构特点,并建立Ansoft Maxwell 2D场-路耦合模型对其负载特性进行仿真研究,最后通过负载实验得到切向磁钢混合励磁双凸极实验样机在不同励磁电流、转速情况下的外特性。     

基于变网络等效磁路法的双凸极电机电感参数变化规律的分析

双凸极电机是一种新型的电机,它的电感参数对分析它的基本理论和运行特性至关重要.本文对三相电励磁的双凸极电机建立变网络等效磁路模型.在考虑励磁磁场和电枢磁场相互作用以及磁路饱和的基础上,利用该方法可以计算在任意转子位置、任意电枢电流、任意励磁电流下任一绕组自感和绕组之间互感.该计算结果和电磁场有限元分析结果进行比较,验证了该方法的正确性.最后,得到了不同情况下该电机电感参数变化的一般规律.     

电励磁双凸极发电机的非线性模型

电励磁双凸极发电机是一种新型的交流无刷电机，结构简单，可靠性高，在汽车和飞机发电领域有着广阔应用前景。但其磁链和电感均为激磁电流、相电流、转子位置的非线性函数无法采用常规的方法建立精确的数学模型。该文采用二维电磁场有限元法对一台12/8极电励磁双凸极发电机进行了精确分析计算，得到了电机的静态特性；利用模糊神经网络的非线性逼近能力，尝试建立了双凸极电励磁发电机的模糊神经网络非线性模型，获得了很高的模型精度，并将仿真分析结果与实验结果进行了对比，验证了所建模型的精确性、有效性及方法的可行性，为飞机直流发电系统的设计、分析建立了基础。     

四相双凸极发电机的相磁链模型仿真方法研究

电励磁双凸极发电机的仿真常采用的有限元方法结果精确,但耗时长。简化的电感分段线性化方法则会造成大的仿真误差。本文分析了四相电励磁双凸极电机相绕组互感相比自感可以忽略的特性,利用四相电枢绕组的对称性,得到四相双凸极电机的相磁链模型,进而建立四相双凸极发电机的仿真模型。通过与有限元仿真以及试验结果的对比,验证了本文方法的快速性与准确性。     

考虑磁链谐波的混合励磁电机硬件在环系统

由于混合励磁双凸极电机存在较大的磁链谐波和非线性,为了实现混合励磁电机精确在线仿真,提出了一种考虑磁链谐波以及励磁电流对磁链大小的影响的混合励磁电机的建模方法。搭建了基于dSPACE的电机模型、逆变器模型,并与DSP构成硬件在环仿真平台。以12/10混合励磁双凸极电机为例,通过实验发现:考虑磁链谐波时,混合励磁电机硬件在环仿真系统中的相电流畸变率与实验样机仅相差0.9%。与传统线性模型相比(相电流畸变率与实验样机相差6.9%),提出的硬件在环仿真系统具有更高的精度和准确性。     

轴向磁通电励磁双凸极电机及容错运行控制策略

为使电机系统具有更高的可靠性、较强的容错能力,本文提出一种新型轴向磁通电励磁双凸极电机驱动系统。所提电机不仅具有开关磁阻电机结构坚固、可靠度高的特点,而且还解决了传统电励磁双凸极电机(Doubly Salient Electro-magnetic Motor, DSEM)各相励磁磁路不一致问题。利用可控的励磁磁场补偿电枢磁场以达到容错控制及抑制转矩脉动的目的,并建立非线性数学模型,对新型DSEM驱动系统在三相三状态运行、单相开路、容错控制及加入励磁电流角度控制这四种不同工作状态下的转矩特性进行分析研究。本文的仿真和样机实验结果表明,容错控制策略可以有效降低单相开路故障对电机运行产生的影响,由此验证了新型DSEM拓扑结构的可行性。     

新型混合励磁双凸极永磁电机磁场调节特性分析及实验研究

提出一种新型带导磁桥的混合励磁双凸极电机,介绍电机的结构特点和磁场调节原理。采用简化等效磁路模型对气隙磁通调节范围、电励磁绕组的励磁磁势和并联导磁桥磁阻三者之间的关系进行分析,用有限元法获得样机磁场分布和磁场调节特性,设计制造了实验样机。样机实验结果不仅验证了理论分析的正确性,并表明：通过改变电励磁绕组电流的大小和方向,实现了电机内气隙磁场灵活调节与控制,有效解决了双凸极永磁电机难以实现电机气隙磁场调节的不足,在电动汽车等需宽调速直接驱动的场合具有应用前景。     

轴向磁通电励磁双凸极发电机仿真分析

研究了一种新型轴向磁通电励磁双凸极电机。在轴向磁通永磁电机的基础上,用励磁绕组取代原电机的永磁体,发电运行时,无需功率变换器和转子位置传感器。兼具了轴向磁通与电励磁双凸极电机的优点,电机结构简单、新颖,励磁磁场可调,功率密度高。采用双定子结构,励磁效率高。转子铁心凸极数为3个,有利于降低铁损。采用三维电磁场有限元法对电机的静态特性参数进行仿真分析,并初步验证该电机的合理性。     

基于等效磁网络法的新型混合励磁无刷爪极发电机的性能计算

提出一种新型的混合励磁无刷爪极发电机,该电机由永磁体与励磁绕组共同作用产生电机磁场,由于电机结构及磁路的复杂性,对这种电机进行快速、准确的分析比较困难。建立考虑磁场三维分布的电机等效磁网络模型,利用该模型对电机的空载磁场分布及磁场调节能力进行了分析,与有限元分析相比,等效磁网络法分析快速、结果准确。此外,利用等效磁网络模型,结合电机的相量图对电机的负载输出特性进行了计算,计算结果与样机实验结果相吻合。分析结果显示该电机具有气隙磁通密度高、功率密度高、低速输出性能好、励磁损耗低的特点。     

电励磁双凸极无刷直流发电机热网络建模与热特性研究EI北大核心CSCD

电励磁双凸极无刷直流发电机具有调压方便、可靠性高的优点,在航空电源领域得到应用,但励磁绕组的引入会带来额外的励磁损耗,进而影响电机的温升。建立准确快速的电励磁双凸极电机温度场模型,并进行热特性研究对其安全稳定运行非常关键。该文对比分析集中励磁与分布励磁双凸极电机的结构特点与损耗分布特性。针对集中励磁双凸极电机的非均匀槽特点,考虑异型槽之间的热耦合作用,建立热网络分析模型。建立有限元分析模型验证了热网络模型的正确性,并对比分析不同转速与负载下集中励磁与分布励磁双凸极电机的热特性。搭建水冷集中励磁双凸极电机实验平台,并完成电磁与温升实验。实验结果与仿真结果一致,表明水冷条件下集中励磁双凸极电机相比于分布励磁双凸极电机具有更高的效率与更低的温升。     

不同极槽数配合的分立定子混合励磁磁通切换电机研究（英文）

混合励磁电机使用永磁体和励磁线圈共同作为励磁源,可以集成永磁电机高效率、高功率密度以及电励磁电机灵活调磁的优点。该文将研究一种分立定子混合励磁磁通切换电机,该电机的永磁体和励磁线圈均置于定子以省略电刷滑环,同时采用双定子结构以解决传统定子混合励磁电机的定子空间拥挤问题。该电机遵循磁通切换原理,静止励磁源产生的磁通被凸极转子调制,进而在电枢绕组上产生双极性交变磁链。该文将介绍该电机运行原理,并重点研究不同定转子极槽数配合的电机电磁性能,以说明该类型电机兼具高转矩密度和强调磁能力。此外,分析关键设计参数对电机转矩密度和调磁能力的影响,为电机设计提供指导。最后,制作并测试2台样机以完成实验研究。     

混合励磁双凸极电机提前角控制策略研究

为提高混合励磁双凸极电机在半桥功率变换器供电方式下高速运行时的输出转矩,以定、转子极弧为15°/20°的12/8极混合励磁双凸极电机为研究对象,在对标准角控制策略研究基础上,提出了提前角控制策略,并对不同提前角对电机相绕组电流和输出转矩的影响进行了理论分析和仿真研究,达到了预期目的。     

交流调磁双交错混合励磁电机极槽配合选择

采用交流调磁的双交错混合励磁同步电机是一种新型电机,其定子部分存在两套空间交错排列的交流绕组,转子上铁极和永磁极交错排列,电机气隙三维磁场为块状分布。由于该电机磁场分布特殊,使得普通电机的分析方法不适用于双交错混合励磁电机;此外,在确定电机的极槽配合时,必须考虑磁场三维分布的影响。本文在三维磁场分析的基础上,提出了一种基于反电动势的双交错混合励磁电机极槽配合分析方法,有限元仿真及样机试验证明了该方法的有效性;在该方法基础上,分析了不同分相方式、不同线圈参数的48槽以内双交错混合励磁电机极槽配合,为该新型电机的初步设计提供了参考。     

一种新型混合励磁爪极发电机的建模和计算

提出了一种具有混合励磁结构的爪极发电机的原理和模型，混合励磁爪极发电机是由永磁体和励磁线圈共同产生电机磁场的一种发电机，较之传统的电励磁爪极发电机，具有效率高、电机低速性能好，集线圈励磁的电压调节性能和高功率密度的优点，具有很好的研究前景和使用价值，但是，长期以来由于其结构和磁路的复杂、不规则性，又是典型的三维磁场特性，国内外对于这种新型电机的专题研究经典的从磁通管方法入手的等效磁网络法结合有限元法，通过分析，计算电机各部分磁导，构成爪极电机的三维等效磁网络，并采用三维有限元法计算了电机的自感，给出了相关的计算结果，以供设计人员参考。     

基于分区控制策略的混合励磁双凸极电机控制系统研究

混合励磁电机在保留永磁电机许多优点的同时,能克服永磁电机气隙磁场难于调节的缺点。当前,对混合励磁电机的研究主要集中在混合励磁的原理分析、电机基础理论分析等方面,而对电机的控制策略、调速方法等方面的研究相对较少。混合励磁双凸极电机是一种磁通可控的定子永磁型双凸极电机,根据该电机的运行原理建立了采取分区控制策略,实现调压、调磁、调速之间动态、协调控制的Matlab仿真控制系统。仿真结果表明:采用分区控制策略,增磁时可以提高系统的响应速度,弱磁时可以有效拓宽电机的调速范围,从而能满足在电动汽车等需宽调速范围的应用场合。     

直驱式电励磁双凸极风力发电机的极数研究

针对低速直驱风力发电应用场合,对电励磁双凸极电机的极数进行了研究。双凸极电机属变磁阻电机,存在2个气隙且电枢绕组为集中绕组,常规电机数学模型已不再适用。该文分析了电机的气隙磁密和极对数的特点,并在此基础上推导了单匝绕组电动势和相绕组电势的表达式,从理论上证明了在定子内径和转速不变时,单匝绕组电动势与极数无关,而相电势与极数成正比关系。有限元仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。给出1 MW直驱式电励磁双凸极风力发电机设计实例,并进一步分析了极数对电机有效材料的影响,为低速直驱式电励磁双凸极电机的极数选择提供参考。     

基于三维非线性电感模型电励磁双凸极发电机系统建模的研究

电励磁双凸极发电机是一种应用前景看好的新型交流无刷电机,它以其独特的结构和优良的电气性能在飞机、车辆等领域有广阔的应用前景。目前国内外对它的研究大多基于分段线性电感模型,为了更准确地反映双凸极发电机的电磁特性,提出了一种新的构造三维非线性电感模型的方法,并在此基础上建立了整个电机系统的Matlab模型。以30kW、12/8极电励磁双凸极发电机为例,进行了仿真与实验比较,验证了此模型能够较好地反映双凸极电机实际工作特性,为双凸极电机系统的分析与设计提供了有力的工具。