电磁场有限元技术在大型、新型发电机优化设计中的应用

工程电磁场的有限元方法具有精度高和通用性强的优点,随着计算机技术的进步,在电机电磁场具体问题的研究分析中发挥着越来越重要的作用。本文从几个方面具体说明有限元技术在大型、新型发电机优化设计中的应用,包括电机电磁场参数及电抗参数的精确计算、电压波形及谐波优化设计、汽轮发电机端部三维电磁场研究、水轮发电机阻尼系统分析、铁心损耗精确计算以及在新能源风力发电机电磁设计中的应用等。     

大型水轮发电机转子偏心磁场的计算

为了研究转子偏心对大型水轮发电机磁场分布、电磁参数计算的影响,以ANSYS的APDL参数化编程为平台,提出了一种应用ANSYS软件实现大型水轮发电机转子偏心磁场有限元计算的方法.采用该方法可以在磁场有限元计算中方便、准确地自动实现偏心转子的旋转、施加载荷、计算线圈磁链等功能.从计算得到的支路电感参数分析可知,转子偏心导致发电机各支路的电磁参数不平衡,其变化规律与偏心的性质与方向有关.提出的方法还为ANSYS软件在电机电磁场分析中的应用提供了经验参考.     

发电机运行特性的数值计算方法

本文运用有限元方法，在完全模拟同步发电机实际运行工况的条件下，通过精确计算发电机内部电磁场的分布情况，计算了同步发电机的基本特性曲线，包括，短路特性、空载特性、负载特性、调整特性和外特性。本文的计算方法可被用于大型发电机设计阶段的性能预测和优化设计等工程应用中。     

双馈风力发电机有限元计算与分析

为了精确地计算双馈风力发电机内部电磁场和瞬态性能,利用电磁场理论和变分法建立了双馈风力发电机的数值计算模型,详细论述了基于有限元分析软件Maxwell 2D的双馈风力发电机的仿真计算方法,并把仿真计算结果与实验结果进行对比分析,结果表明了采用有限元计算方法的正确性和可行性,同时也为双馈风力发电机的优化设计提供参考依据。     

Flux在直流永磁直线电机电磁场分析中的应用

针对直流永磁直线电机电磁场的特点,对其电磁场模型进行简化,应用Flux有限元分析软件,探索出快速求解电磁场参数的方法,为电机性能计算提供可靠的数据支持。通过实际工程应用,证明Flux有限元分析软件在直流永磁直线电机电磁场分析中的应用是简便、可靠的。     

超高压发电机运行特性的分析与计算

本文运用电机和电磁场理论建立了发电机运行特性的数学模型,给出了有限元求解二维电磁场的方法。为满足运行特性的计算要求,将电机内电磁场的有限元计算与外部电路相结合,计算出了不同工况下超高压发电机的特性曲线,包括短路特性、空载特性、调整特性和外特性。通过和实验结果的对比,证明了数值仿真的正确性,从而为超高压发电机的实际应用提供了参考依据。     

高速永磁同步风力发电机的电磁设计与计算

以1.5 MW高速永磁同步风力发电机为研究对象,设计了两台不同转子结构的发电机方案,介绍了高速永磁同步风力发电机电磁参数的设计原则。建立两台发电机电磁场二维有限元计算模型,给出它们空载和负载工况时的电磁场分布,并分别计算了定子直槽与斜槽时一个齿距内的齿槽转矩,计算了发电机空载电压波形正弦性畸变率,给出两台发电机负载与稳态短路参数的对比。同时,对内置式转子结构发电机转子冲片开轴向通风孔对电磁场分布及输出电压的影响进行了计算分析,为大功率高速永磁风力发电机的优化设计提供了一些有意义的参考。     

混合励磁永磁同步发电机的电磁场有限元分析

介绍了一种混合励磁永磁同步发电机的电磁场有限元分析，这种发电机的主发电机部分和一般的永磁同步发电机相同，样机采用了表面径向式磁钢转子，另有用于调节电压的辅助电励磁部分，两部分共有一套电枢绕组。为了精确计算该发电机的参数和特性，采用了电磁场有限元计算，特别是对磁场分布比较复杂的电励磁部分采用了三维电磁场分析，在有限元数值计算的基础上，推导了计算发电机外特性的等效电路，并加工了实验样机，样机实测数据和计算结果相吻合。     

基于定子全浸式及绕组内冷式的蒸发冷却永磁直驱风力发电机优化设计研究

为了充分发挥蒸发冷却技术在风力发电领域中高效的散热性能以及免维护的自循环特性，本文基于发电机定子全浸泡以及绕组空心导线内冷的两种散热形式，对一系列不同功率等级下的直驱式永磁风力发电机进行了优化设计研究，并对不同冷却技术路线下的电机优化设计方案进行了对比和分析。本文首先分析了不同技术路线下不同蒸发冷却系统各自所具有的特点及优势；之后基于电磁场和传热学理论建立了发电机电磁参数及温度场的分析计算模型，并基于冷却系统的结构布局分析了不同技术路线下发电机定子的传热特性；最后基于发电机电磁场和温度场的耦合分析建立了风力发电机的优化设计模型，通过多目标遗传优化算法，对2MW、5MW和10MW三种不同功率等级下的直驱式永磁风力发电机进行了以材料和成本为目标的电机系统优化设计。优化结果及对比分析表明，针对兆瓦级直驱式风力发电机而言，采用空心导线内冷式技术更具有设计成本和冷却性能上的优势，本文中的优化方法和策略可以为蒸发冷却永磁直驱式风力发电机的优化设计提供理论依据和设计基础。     

十五相电机电磁场的三维有限元分析

对大型复杂结构的十五相感应电机进行了三维有限元时谐电磁场分析计算.建立了精准的三维有限元电机模型,给出了定转子电流密度、整个矢量磁密分布,对其进行了分析说明,获得了气隙径向磁通密度结果,并进行了谐波分析.三维有限元电磁场计算可得到精确的电磁场分布及电机性能参数,对新型结构多相电机研制能给出依据,在结构优化设计方面也能起到借鉴作用.     

大功率中速永磁风力发电机设计及性能研究

提出了一种基于ANSYS Maxwell 2D等效磁路法的电磁仿真和工程热分析相结合的电机设计方法。通过Maxwell 2D对4.8 MW中速永磁风力发电机进行设计,为了进一步研究发电机的运行特性,建立了永磁发电机有限元分析计算模型。对发电机的空载、额定负载和短路性能进行仿真分析计算,获得各工况下的电流、反电动势和电磁转矩等波形,并且采用热路法对电机各部分温升情况进行计算。仿真计算结果表明该发电机设计合理,各项指标均符合要求。电磁仿真和工程热分析相结合可以更加准确地指导电机设计,为发电机的电磁设计和结构优化提供理论依据。     

基于遗传算法的车用永磁电机转子尺寸多目标优化设计

新能源汽车(NEV)驱动电机对于转矩密度、功率密度、转矩脉动、振动噪声和高效率区间等参数有着较为严格的性能要求。转子拓扑及其结构尺寸直接影响电机的磁场大小、磁场分布和谐波磁场含量,对于汽车电机性能起着重要影响。针对该类电机多工况多性能参数的特点,利用有限元软件建立主要工况的电磁场计算模型,确定需要优化的转子结构尺寸。根据车用电机的主要性能指标,以转矩脉动、齿槽转矩、气隙反电动势谐波畸变率和输出转矩作为优化目标,根据不同工况性能需求定义目标函数,选择遗传算法作为多目标优化设计算法,再根据优化计算结果进行方案筛选,最终确定电机的最优转子尺寸。该优化设计方法可快速确定车用永磁电机的最优电磁设计方案,丰富了该类电机的高效优化设计途径。     

基于有限元法的多相同步发电机空载特性分析及额定励磁电流计算

针对多相同步发电机铁心的磁非线性和结构复杂性,采用非线性有限元法,建立了电机计算模型,对空载特性与额定励磁电流的计算进行了研究。以一台十二相同步发电机为例,在电磁场计算的基础上,对气隙磁场进行了谐波分析及空载特性计算,计算所得基波电势与实测结果吻合,表明此法可用于电机电磁场计算,能给电机设计提供理论依据。在此基础上通过内功率因数角等参数的迭代,计算得到了与额定工况相符的励磁电流,其方法有较高的实用性,可为一般同步发电机励磁电流计算提供参考。     

不同转子结构离网型永磁同步发电机的电磁性能分析

以一台400w离网型永磁同步风力系统所用永磁同步发电机为研究对象,分别就两种转子结构建立了二维电磁场模型,对发电机在额定转速时的空载电压以及负载电磁参数进行了有限元计算。并将样机结构的计算结果与实测结果进行了比较,误差较小。同时对两种结构发电机的齿槽转矩进行了计算分析。对离网型永磁同步风力发电机的深入研究具有重要的参考价值。     

高压变频器试验用同步发电机组的设计特点

介绍了高压变频器试验用同步发电机组电磁设计和结构设计等方面的特点,基于二维时域有限元法对该同步发电机组两个电机的谐波分布、气隙磁场时间分布、起动过程中阻尼环电密时间分布等电磁特性进行计算和分析。通过同步发电机机组样机型式试验验证了设计方案的可行性,为该类高压同步发电机机组在高压变频器领域进一步应用奠定基础。     

基于Kriging模型的双十二相高速永磁发电机优化设计

由于具有供电品质高和容错性能好等优点,多相整流发电系统已逐步取代传统直流发电机供电系统和三相整流发电机供电系统.针对双十二相高速永磁发电机(high-speed permanent magnet rectified generator,HSPMRG)进行优化设计,通过样本点采集(design of experiment...     

永磁直驱同步风力发电机电磁设计及仿真分析

介绍了3MW永磁直驱同步风力发电机电磁设计参数要点的选取,尤其是对不同每极每相槽数下发电机的性能进行了对比仿真分析。列举了3MW永磁直驱同步风力发电机的主要技术参数,并通过有限元分析软件对所设计发电机的空载特性、负载特性及短路特性进行了仿真计算分析,并对三相短路状态下永磁体是否会发生不可逆退磁进行了验证。     

圆筒型Halbach永磁直线发电机磁场结构的优化

为了提高永磁发电机的发电功率和永磁体的利用率,提出了一种新型的用于海浪发电的圆筒型Halbach永磁直线发电机。该发电机内的电磁场具有轴对称性,故将其三维电磁场简化为二维场进行分析,建立了二维有限元方程。应用ANSYS软件对使用常规永磁阵列与Halbach永磁阵列时发电机的气隙磁场进行了比较,也对Halbach永磁阵列中相邻永磁体块的磁化角度差δm分别为45°、60°、90°时发电机的气隙磁场进行了比较,得出了结果较优的方案,结果可靠。     

潮流能永磁发电机电磁设计与仿真分析

为优化75kW潮流能永磁发电机的磁路结构设计,本文根据技术要求和边界条件,选择合适的电磁拓扑,初步确定电磁结构,然后采用有限元仿真分析软件计算电磁参数,并针对涡流损耗、第二气隙、拉杆环流等问题专题分析。结果表明,采用有限元仿真分析软件计算电磁参数直观、准确,第二气隙、拉杆环流的仿真分析结果为磁路结构的设计提供依据。     

3MW高速永磁风力发电机设计与分析

对高速永磁风力发电机的设计要点进行了回顾,并用有限元分析软件ansoft对它进行了仿真分析,得到了发电机的准确电磁参数和运行特性,具有一定的参考价值。