交流牵引电机温度场分析绕组气隙优化建模方法

针对交流牵引电机定子绕组间存在不规则气隙,而采用常规等效建模法所建模型准确性不高的问题,提出一种绕组气隙优化建模方法。确定了电机定子绕组等效模型的基本结构,提出了等效模型中绕组气隙最佳宽度确定方法,即根据所确定的等效气隙模型并采用有限元法对电机进行温度场分析以得到绕组模型表面某点对应的温度值。通过获取不同气隙宽度下模型表面某点对应的温度数据并采用数值拟合方法得到两者间的函数关系,根据所得函数关系并实测上述模型表面某点对应的实际温度,即可得到绕组等效气隙模型相应的最佳气隙宽度。该方法有效提高了交流牵引电机定子绕组建模的准确性,由此显著提升了其温度场分析结果的准确性,具有较好的应用价值。     

开关磁阻电机气隙偏心故障综合检测方法

为了研究开关磁阻电机气隙偏心故障的检测方案,首先基于开关磁阻电机电路方程,推导出电机同相两绕组电流差值与气隙长度的函数关系式,再利用2D-TFEM计算电机处于正常状态及不同偏心等级情况下绕组电流差值,并将不同励磁模式下绕组电流差值转化为矩阵表达式。通过分析矩阵表达式各元素的对称性,提出一种以同相两绕组电流差值为特征量的气隙偏心故障检测方法。该法能够实现偏心故障诊断、故障定位、偏心方向判定及偏心类型辨别的综合检测。仿真与实验结果表明,该法与其他检测法相比,具有较高准确性、可靠性及鲁棒性。     

气隙偏心对开关磁阻电机性能与损耗的影响

深入分析气隙偏心故障对开关磁阻电机综合性能与损耗影响,是探究气隙偏心故障机理、提出诊断容错控制方法、电机效率最优化的研究基础。针对静态、动态、混合偏心状态的开关磁阻电机,采用三维有限元法建立偏心模型,计算输出性能、绕组铜损、磁滞与涡流损耗、效率等参数。通过仿真分析与实验挖掘出各偏心类型对电机性能、损耗影响与变化规律。所得结论有助于解决工程实际问题,并对电机效率最优化与可靠性提高的研究奠定基础。     

8/6极单绕组磁悬浮开关磁阻电机建模与分析

针对传统双绕组磁悬浮开关磁阻电机绕组数量较多,电机结构复杂的特点,研究了一种8/6极单绕组磁悬浮开关磁阻电机,每个定子极上只有一套绕组且相互独立。分析了电机的运行机理和导通策略,基于等效磁路法推导了绕组自感和互感模型。为克服建模困难,提出了一种基于辅助函数的数学建模新方法,运用查表法建立了电机径向力和转矩的数学模型,大大提高了模型的实用性。用有限元分析验证了数学模型的准确性,为电机的进一步研究奠定了理论基础。     

基于响应面法的三相开关磁阻电机阶梯气隙的优化设计

开关磁阻电机的高转矩脉动影响了该种电机的直驱应用,本文以直驱电动工具为应用背景,对开关磁阻电机的阶梯气隙进行优化设计,以降低其转矩脉动。首先给出了开关磁阻电机基于均匀气隙的电磁设计方案,以该方案为基础,研究了电机转矩脉动、单位相电流所产生平均转矩值随阶梯气隙的变化关系,然后将响应面法与遗传算法相结合对开关磁阻电机的阶梯气隙进行了优化设计研究,最后进行了样机试制、样机性能测试实验及样机的实际电动工具工作实验,实验结果表明了样机电机的良好性能及阶梯气隙优化设计的效果。     

双相励磁8/6极开关磁阻电动机转矩数学模型

为研究双相励磁8/6极开关磁阻电动机转矩特性,文章根据电机原理和等效磁路法,给出了双绕组间自感、互感公式;利用开关磁阻电动机磁路分割法,求解了8/6极开关磁阻电动机的气隙磁导,进而推导出电机的转矩模型公式。最后,通过有限元仿真结果,证明了转矩数学模型的正确性。研究表明:该转矩数学模型能正确描述8/6极开关磁阻电动机无位置偏移时的转矩输出特性。     

考虑磁饱和的共悬浮绕组式无轴承开关磁阻电机径向力模型

无轴承开关磁阻电机一般工作在磁路饱和状态,其径向力解析模型的建立是实现稳定悬浮控制的基础.针对无轴承开关磁阻电机径向力的严重非线性问题,提出了一种用一次线性关系描述材料磁化特性的拟合方法,利用该方法针对一台共悬浮绕组式无轴承开关磁阻电机求取了气隙磁场强度,并利用麦克斯韦应力法推导了考虑磁饱和的全周期径向力解析模型.搭建...     

基于电流分析的四相开关磁阻电机气隙偏心故障综合检测方法

气隙偏心故障是开关磁阻电机常见故障之一,易导致电机产生不平衡磁拉力,使振动及噪声恶化,影响电机输出性能。本文基于开关磁阻电机电路方程,得到气隙长度与非励磁相电流的函数关系式,利用2D-TFEM计算电机处于正常状态及不同偏心等级情况下非励磁相电流,通过对比,得到不同情况的相电流差值,并提出一种以非励磁相电流差值为特征量的气隙偏心故障检测方法。该法能够实现偏心故障发生、故障相定位及偏心类型辨别的综合检测。仿真与实验结果表明,该法与其他检测法相比,无需增加任何外加电路及传感器,节约检测成本,且具有较高准确性、可靠性及鲁棒性。     

基于有限元分析的开关磁阻电动机气隙研究

分别用有限元法和实验测量方法对一台三相24/16极结构的开关磁阻电动机进行了静态特性分析,结果表明2种方法下样机的电感特性、磁链特性基本相符,验证了开关磁阻电动机有限元模型及计算方法的可靠性和准确性。在该模型基础上,采用有限元法进一步对样机定转子气隙,对其矩角特性的影响做了模拟分析,总结了样机静态转矩与气隙大小的关系,探讨了在不同电流和不同定转子材料下,最大静转矩对气隙的敏感程度,为开关磁阻电动机的结构参数优化和生产工艺开发提供了参考。     

基于转子极弧偏心抑制开关磁阻电动机转矩脉动

准确计算开关磁阻电动机电磁场是设计、分析开关磁阻电机的关键。基于转子极弧一部分偏心,研究一种新型转子极面,前一部分转子极面沿着电机旋转方向气隙逐渐减小,后一部分气隙保持均匀不变。利用有限元法,对一台12/8极开关磁阻电动机建模,计算最佳转子极弧偏心距和非偏心极弧比。仿真结果表明,基于转子极弧偏心得到的转子极面结构,不仅可以有效地减小开关磁阻电动机的转矩脉动,而且能增加电机的平均转矩。     

开关磁阻轮毂电机非线性建模及驱动控制仿真

针对开关磁阻轮毂电机气隙偏心产生的不平衡径向力对车辆平顺性造成的不利影响,提出一种基于电流斩波的脉冲调制控制（PWM）的方法抑制开关磁阻轮毂电机不平衡径向力,从根本上改善车辆平顺性。首先通过Ansoft Maxwell 对一台8/6极四相开关磁阻电机进行有限元分析,在获取电机特殊位置电感数据的基础上,采用傅里叶级数拟合的方法建立开关磁阻电机非线性模型,并与有限元分析结果做对比验证了该模型的准确性。在此基础上建立开关磁阻轮毂电机驱动模型和轮毂电机驱动电动汽车机电耦合一体化模型,将所提出基于电流斩波的PWM控制方法与传统电流斩波控制方法对车辆平顺性影响做对比,仿真结果显示基于电流斩波的PWM控制方法能有效降低开关磁阻轮毂电机不平衡径向力的大小,在提高电机输出转矩的同时改善轮毂电机驱动电动汽车平顺性。     

宽转子无轴承开关磁阻电机的转子极形优化

为了解决宽转子无轴承开关磁阻电机由于开关型供电方式以及双凸极铁心结构在运行过程中容易导致转矩脉动很大的问题,本文对其转子极结构进行改进,提出在转子极两侧开槽的优化设计方案。旨在通过增大开槽处的气隙磁阻,提高用于产生转矩的切向分量的气隙磁密,从而降低转矩脉动。对所开槽进行参数化处理,使用控制变量法分析各开槽参数对转矩性能的影响,以性能指标最优为目标确定开槽参数。利用场路耦合的方法将电机有限元分析模型和直接瞬时转矩控制电路模型结合起来,实现电机系统的动态运行。仿真结果表明转子极开槽后能够有效降低宽转子无轴承开关磁阻电机的转矩脉动,提升平均转矩,并且对径向悬浮力的影响很小。     

基于有限元法的磁悬浮开关磁阻电机数学模型

当电机高速运行时，为避免机械磨损，采用电磁力进行悬浮支撑，而磁轴承占用轴向空间，限制临界转速。磁悬浮开关磁阻电机利用电机定子与轴承机械结构的相似性，在原有的电机定子绕组上附加一套径向力绕组，通过一定的控制策略，同时实现电机的旋转和悬浮。该文在利用有限元软件Ansoft/ Maxwell 2D分析磁悬浮开关磁阻电机磁场的基础上，结合等效磁回路法并根据虚位移定理，推导出磁悬浮开关磁阻电机在考虑a、b轴方向径向偏移及其耦合时的径向力和转矩的数学模型，并用有限元分析结果验证了该模型的正确性和有效性。     

基于等效磁网络法的混合励磁双定子磁悬浮开关磁阻电机建模研究

提出了一种混合励磁双定子磁悬浮开关磁阻电机(BSRM)的等效磁网络模型,此模型可以分析电机悬浮和转矩绕组的磁链、电感及悬浮力和转矩等静态特性。等效磁网络法(EMN)不仅能保证一定的精度,而且比有限元法（FEM）节省时间。基于一种24/16/8极混合励磁双定子BSRM建立EMN模型,推算出电机定转子齿部、轭部以及气隙磁导的计算公式。建立矩阵方程,求解出各部分的磁通密度,进而求出悬浮和转矩绕组的磁链、电感以及悬浮力和转矩特性,和FEM求解的结果进行对比。可以发现EMN模型求解出的电磁特性和FEM分析的结果吻合效果很好,进一步证明了所建模型的有效性。     

基于新型定子极面结构的开关磁阻电机转矩脉动抑制研究

为抑制开关磁阻电机(SRM)转矩脉动,提出了一种新型定子极面结构,将传统均匀气隙结构改成两段式的非均匀气隙结构。以一台11 k W、1 000 r/min、12/8极SRM为例,通过建立二维场路耦合时步有限元模型,对此类结构进行了验证与优化。结果表明:此类结构能够在保证电机效率基本不变的情况下,有效抑制转矩脉动,为进一步提升SRM的设计与运行水平,提供了有益的参考。     

开关磁阻电机的三维有限元分析及非线性研究

针对开关磁阻电机双凸极结构导致的磁场严重非线性,利用三维有限元分析法对开关磁阻电机的电磁场进行研究。在三维分析中,考虑了端部效应对电机电磁场分布的影响。采用整体建模的方法,并在施加载荷时引入跑道线圈这一概念。通过仿真表明,三维有限元分析能更好地反映电机实际的磁场分布,得出电机静态曲线,为电机的控制研究奠定了基础。将有限元分析所得磁化曲线及电感、转矩数据用于改进的开关磁阻电机调速系统的模型中,来验证电机的静态性能和动态性能。     

基于ANSYS的异步电动机二维稳态温度场分析

应用ANSYS分析软件,建立三相异步电动机的二维有限元模型,分析了定子绕组等效导热系数、定转子间气隙的等效导热系数和电机的发热源,根据电机的边界条件和材料属性,对异步电动机进行二维温度场仿真计算,得出了电机在空载情况下定、转子整体的稳态温度分布图和矢量图.提取几个特殊点与实验数据进行比较,精度满足工程要求,从而验证了该...     

Radial Force Analytic Modeling for a Novel Bearingless Switched Reluctance Motor When Considering Rotor Eccentricity

Abstract—Analytic modeling of radial forces is proposed for the novel bearingless switched reluctance motor, where the rotor eccentricity is taken into account. The novel bearingless switched reluctance motor's model is never disclosed, even though there are many advantages, such as fewer suspension windings and simpler control circuit and algorithm, when compared to the conventional bearingless switched reluctance motor. The analytic model of radial forces is very important to achieve this new bearingless switched reluctance motor's suspension control. The rotor eccentricity is a key cause to affect the radial forces. This article calculates the air-gap permeances through considering rotor eccentricity. The self-inductance and mutual-inductance expressions of the motor torque windings and the suspension windings are derived by using the magnetic equivalent circuit method. The derived radial force model discloses the effects of winding currents, rotor position angle, and rotor eccentricity displacement. The finite-element analysis based results verify the built model.     

基于多场耦合的开关磁阻起动/发电机油冷结构设计

目前,开关磁阻起动/发电机散热方面的研究仍然是一个薄弱环节,同时也是限制电机功率密度提高的一个重要因素。利用有限元软件Ansoft和有限体软件Fluent,提出采用电磁场、温度场、流体场多场联合仿真的方式来设计开关磁阻起动/发电机油冷结构,并对电机温度场进行仿真。在以上多场有限元联合仿真的基础上,设计并试制了一台循油冷却开关磁阻起动/发电机。通过试验证明,基于多场耦合的温度场仿真结果与试验结果吻合度较高。