驱动线圈绕制结构对线圈式电磁发射装置性能的影响

感应线圈发射装置的驱动线圈大多采用传统的均匀绕制结构,这可能导致发射效率偏低.为此采用改进的非均匀绕制结构,改变磁场梯度分布,使得最佳触发位置提前,磁场径向分量增大.基于Comsol有限元软件的电磁-结构耦合模型分析了单级感应线圈发射装置的动态工作过程,对比分析传统型线圈与改进型绕制结构驱动线圈的电磁场分布、轴向电磁力...     

三级电磁线圈垂直发射器工作过程仿真

根据同步感应线圈发射器工作原理,建立了3级电磁线圈垂直发射器(electromagnetic coil vertical launcher,EMCVL)数学模型,利用Ansoft电磁仿真软件对其发射过程进行了仿真,得到了电磁场分布规律和动态特性曲线。结果表明:EMCVL低速发射大载荷过程中加速过程比较平稳,容易充分实现各级驱动线圈对发射组件的加速效果;发射过程中电磁场主要集中于驱动线圈和电枢外侧间隙,再逐渐向四周扩散,电枢所受的电磁力位置主要位于电枢尾部外侧,所以在实际设计中一定要考虑对电枢尾部结构的加固;EMCVL通过适当的改变电源储能参数、驱动线圈级数等途径,能够实现多类型载荷的发射。     

电磁发射拦截系统驱动线圈结构分析

简要介绍了电磁发射拦截系统的组成,分析了拦截弹发射器的工作原理,建立了拦截弹发射器的三维模型和三维有限元模型,对驱动线圈进行了磁-结构耦合分析,并对驱动线圈结构参数变化引起的拦截弹所受电磁力的变化情况进行了仿真,得到了驱动线圈匝间距变化和截面高度变化对拦截弹所受电磁力的影响规律.     

管件电磁胀形过程中的材料变形性能问题与电磁力加载方案

管件电磁胀形因其在轻质合金加工领域具有明显优势而得到广泛研究。传统电磁胀形过程中,存在管件壁厚减小、轴向变形非均匀等问题,制约了这一技术的发展。提出采用径向电磁力与轴向电磁力双向加载的施力方式,构建轴向压缩式管件电磁冲胀形方法解决壁厚减薄问题;仿真数据显示,因为轴向压缩,管件壁厚减薄量由最初的15.05%降低至9.65%。进一步地,提出采用凹型线圈削弱管件中部电磁力以提高管件成形质量的方法;算例中,采用凹型线圈时最大变形区域为36mm,"凹型"分布的径向电磁力可有效改善管件轴向变形非均匀问题。显然,电磁力加载方案的改进能有效解决管件电磁胀形存在的问题,推动电磁成形技术工业化应用进程。     

螺旋线圈电磁发射器径向受力仿真与电枢设计

通过数值仿真,根据螺旋线圈电磁发射器(HCEL)驱动线圈的径向磁场分布,提出一种"D"形截面电枢并确定其最佳受力位置.计算表明,相同线度的"D"形电枢比矩形电枢加速度更大,即在炮长(弹丸加速长度)相同的情况下,"D"形电枢比矩形电枢具有更高的出口速度.以"D"形电枢为例,分析了弹丸线圈与驱动线圈上的轴向、径向受力分布....     

基于双向电磁力加载的管件电磁翻边理论与实验

为克服传统单一径向电磁力翻边过程中翻边角度难以达到90°的缺陷,该文提出一种基于轴-径双向电磁力加载模式的电磁翻边系统来改善管件的翻边效果.仿真数据表明,与仅有径向线圈的电磁翻边系统相比,双向电磁力翻边系统中引入的强轴向电磁力在很大程度上增强了材料的轴向流动,进而提升了翻边角.此外,基于特定的铝管(AA6061-O)进行了对比实验,验证了该电磁翻边方法的有效性.实验结果表明,相同条件下基于双向电磁力加载管件电磁翻边方法的翻边角度是传统单线圈翻边模式下的3倍.显然,电磁力施加方式的改进能有效地解决管件电磁翻边存在的问题,促进电磁成形技术在工业上的广泛应用.     

一种永磁自锁型电磁气门驱动装置

在传统双弹簧、双电磁铁电磁气门驱动机构的基础上,提出了一种新型电磁驱动装置,它在气门开启或关闭保持阶段由永磁体产生的电磁力实现自锁功能而线圈不必通电;解锁后,它又是一台能够四象限工作的圆筒式永磁直流直线电动机,为动子运动时提供轴向电磁力,补充由摩擦等带来的动能损失,使得气门顺利落座。对该装置建立了动态有限元分析模型,分别讨论了弹簧、静铁心、永磁体等对电磁气门驱动装置的影响,对装置进行了优化设计。对该电磁驱动装置的空载反电动势、线圈电感、电磁力等重要参数进行了深入分析和计算,得到了有益的结论。     

一种螺旋线圈电磁发射器弹丸受力的仿真研究

对一种螺旋线圈电磁发射器(HCEL)弹丸受力的影响因素,如弹丸与驱动线圈相对位置、弹丸线圈和驱动线圈尺寸、电流大小等进行了静态模拟。结果表明,HCEL弹丸的受力大小与其相对驱动线圈的位置有关,且有一个最大受力位置。线圈半径固定时,弹丸最大受力随线圈轴向长度增大而增大,线圈轴向长度较小时弹丸加速度达到最大。弹丸最大受力与线圈每匝电流平方成正比,最大受力位置不随电流改变。仿真结果验证了HCEL的基本理论,并为HCEL结构的设计提供了参数支持。     

双管件电磁约束成形的电磁分布与均匀性变形研究

管件电磁胀形因其在轻质工领域具有成形极限高、回弹小等优点而得到广泛研究.然而传统电磁胀形过程中,存在轴向变形非均匀的问合金加题,制约了这一金属加工技术的发展.为此文中在驱动线圈和成形工件引入一约束管件来改善电磁力的分布特性,构建了基于双管件电磁约束成形方法.仿真结果表明,通过调节约束管的高度和电导率可以使成形工件取得比较高的轴向变形均匀度.此外,电磁力和成形速率的对比分析进一步表明采用基于双管件电磁约束成形方法时轴向均匀变形长度为36.3 mm,该值是传统电磁胀形方法下的2倍.显然,通过合理的引入一约束管件亦可以调节电磁力的分布规律,该研究为改善电磁力分布方式的创新提供了新的研究思路.     

基于双集磁器结构的管件电磁胀形研究

针对管件端部效应导致轴向变形不均匀,制约管件电磁胀形技术发展的问题,首次提出一种基于双集磁器结构的管件电磁胀形方法。首先通过采用双集磁器结构实现对管件电磁力分布的调控,然后建立管件电磁胀形电磁-结构二维轴对称模型,最后研究分析集磁器结构对电磁力分布和管件成形均匀性的影响。仿真结果表明,基于双集磁器结构的管件电磁胀形可为管件提供“凹型”分布的径向电磁力,与传统线圈相比采用双集磁器结构时所提供的算例能够显著增大管件胀形的均匀范围,从而有效解决管件轴向变形不均匀的问题。     

一种新型磁阻型螺旋线圈电磁发射器的仿真研究

新型磁阻型螺旋线圈电磁发射器结合了磁阻型电磁发射器的工作原理和螺旋线圈型电磁发射器(HCEL)的基本结构。对弹丸受力的影响因素,如弹丸与驱动线圈相对位置、弹丸和驱动线圈尺寸、电流大小等,进行了静态模拟。结果表明,弹丸的受力大小与其相对驱动线圈的位置有关,且有一个最大受力位置。驱动线圈半径固定时,弹丸最大受力随线圈轴向长度增大而增大,线圈长径比为1:2时弹丸加速度达到最大。在电流较小的情况下,弹丸最大受力与线圈每匝电流平方成正比,最大受力位置随电流增大而增大;而铁磁质弹丸达到磁饱和后,弹丸最大受力只与电流成正比,最大受力位置不随电流变化。仿真结果验证了HCEL的基本理论,并为新型磁阻型电磁发射器结构的设计提供了参数支持。     

220kV电力变压器短路动力学性能分析

电力变压器突发三相同时短路时,短路电流对变压器绕组动稳定性影响重大。笔者针对一台220 kV等级电力变压器,基于有限元电磁—结构耦合计算,运用动力学原理,研究短路电磁力作用下的低压绕组机械强度及变形过程。在电磁分析中,计算了各绕组的轴向和辐向电磁力,确定绕组中承受电磁力最大的线饼;在辐向应力应变分析中,以电磁力为激励,对选定绕组进行瞬态动力学计算,得出线圈的辐向动态应力及位移;在绕组轴向振动分析时,考虑线饼间绝缘垫块弹性模量,分析线饼轴向动态力和轴向位移。分析结果为变压器绕组短路强度校核提供参考依据。     

内置式永磁同步电机不同转子拓扑结构的电磁性能及电磁振动噪声分析

为了研究转子拓扑结构对内置式永磁同步电机(IPMSM)电磁性能以及电磁振动噪声的影响，以8极48槽永磁同步电机为例，根据设计指标，分别建立单层和双层永磁体两种内置式转子的永磁同步电机有限元模型，两个模型在定子、绕组、永磁体用量及轴向长度上完全一致。首先，从磁路结构的角度分析交直轴电感的区别，并分别对电机的交直轴电感参数、转矩波动、空载反电势及其谐波含量和输出外特性进行有限元分析比较。其次，根据麦克斯韦张量法推导出径向电磁力密度的解析表达式，并分别将两台电机的气隙磁密和径向电磁力密度及经过傅里叶分解后的谐波含量进行分析比较。最后，建立电机的三维有限元模型，计算定子铁心和定子组件径向模态的振型及固有频率，并对两台电机的电磁振动噪声特性进行仿真分析比较。结果表明，对于内置式永磁同步电机，在永磁体用量相同的情况下，双层永磁体比单层永磁体的转子结构具有更加良好的电磁特性及电磁振动噪声表现。     

基于电磁耦合双线圈模型电磁斥力机构结构参数的优化分析

针对现有电磁斥力机构等效计算方法无法有效应用的问题,提出了一种电磁耦合双线圈模型的等效计算方法。等效模型主要包括驱动回路与感应回路两部分,在基本电路方程之外,引入了电磁斥力与机械运动的计算。通过合理的简化,对等效模型中集肤深度、线圈电阻、线圈自感、线圈互感等参数进行辨识。在此基础上,以某型1 000 V/400 A电磁斥力机构样机为算例,采用时域迭代的离散算法较为系统地分析了两线圈内径、径向厚度以及斥力线圈匝数、轴向厚度等对机构效率和动子行程的影响规律。所得到的规律性认识可有效指导电磁斥力机构的优化设计。     

开关磁阻电机转子径向电磁合力的解析建模

由于开关磁阻电机的双凸极结构及磁饱和特性的存在,运转过程中转子径向电磁力的表征缺乏系统有效的方法,造成电机转子振动和噪声分析困难。该文综合等效电路和麦克斯韦应力法,给出了单定子线圈激励下转子所受径向电磁力的表达式。在六对绕组分别采用方波电流和叠合电流激励的工况下,推导了偏心转子运转过程中所受径向电磁合力的解析表达式。在额定转速下,分析了转子所受径向电磁合力的时间历程和频谱分布规律。电磁有限元仿真计算表明该解析模型具有较高的精度,为后续分析开关磁阻电机转子的机电耦合振动奠定了基础。该文建模方法还可用于不同定转子极数的其他开关磁阻电机转子在运转过程中的径向电磁合力建模。     

不同工况下干式空心滤波电抗器稳态磁场及电磁力分布规律

干式空心滤波电抗器噪声主要来源于电磁力作用下的绕组受迫振动。为了降低电抗器噪声,基于电磁场计算原理,文中在不同工况下对某型号电抗器的稳态磁场及电磁力进行了计算,并分析了电抗器的稳态磁场及电磁力分布规律。研究结果表明:同一工况下,该型号电抗器的轴向磁场强度最大值约为径向磁场强度最大值的5.28倍,且空间任一节点的磁场强度与电流幅值呈线性关系。轴向电磁力使电抗器在轴向上向中间收缩,径向电磁力使电抗器沿径向向外扩张,电抗器各包封径向电磁力与电流幅值平方呈线性关系。文中分析结果可为电抗器减振降噪提供一定依据。     

Rogowski线圈的结构、电磁参数对其性能影响的研究

分析了Rogowski线圈结构参数(如线圈宽度、厚度和中心半径)和电磁参数(如线圈自感、互感和内阻)之间的关系以及它们对线圈动态特性(时域和频域特性)的影响。利用MATLAB软件和等值电路对Rogowski线圈进行了仿真研究。经过实验验证所得出的有关优选Rogowski线圈电磁和结构参数的方法,对于快速设计具有合理结构、最优电磁参数和良好动态特性的Rogowski线圈具有理论指导作用。     

横向磁通永磁直线电机电磁振动特性分析

横向磁通永磁直线电机的电负荷与磁负荷相互解耦，且各相之间相互解耦，易于实现模块化和多相化，因此在石油开采领域有着良好的应用前景。首先，该文基于磁场调制原理，对横向磁通永磁直线电机的径向电磁力波进行了推导计算，得出对径向电磁力波影响最大的因素为轴向气隙磁通密度分量与径向气隙磁通密度分量，在此基础上对径向电磁力波的时空特性与频谱特性进行仿真计算，得出电枢磁通密度对电机径向电磁力波的频谱特性的影响；然后，考虑到电机实际运行中可能出现的次级偏心问题，揭示偏心度的大小对径向电磁力波幅值的影响，并对比不同偏心度下的电机径向磁拉力与轴向磁拉力，定量分析偏心度对不平衡磁拉力的影响；最后，为避免共振，利用有限元软件对电机的初级进行了模态分析与谐响应分析，结果表明低速状态下横向磁通永磁直线电机的额定运行频率较低，不会引起初级的共振，适合用作往复式潜油电泵的驱动电机。     

轴向磁通切换型混合励磁同步电机优化分析

提出一种定子分割式轴向磁通切换型混合励磁同步电机,分析电机的电磁特性,进行优化分析。基于三维有限元方法,建立电机的有限元分析模型,获得电枢绕组磁链、空载电动势及绕组电感等参数电磁特性;分析定子槽口宽度、永磁体宽度、定子槽深度及转子齿宽度变化对绕组感应电动势的影响规律。有限元分析结果表明:通过调节励磁电流,线圈磁通变化明显,调磁效果较好;优化分析结果为电机尺寸的确定提供了一定的理论依据。     

径向磁场与环向电流作用的电磁发射模式

常规线圈型电磁发射器的径向应力远大于轴向加速力,因此构建了径向磁场与环向电流作用的多极矩场电磁发射模式;介绍了多极矩场电磁发射器的系统设计,分析了弹射部分和多级加速部分电磁力的产生,基于抛体电流丝法建立了发射系统的机电方程;采用电磁场有限元与瞬态电路耦合法,仿真分析了单级8极矩场电磁发射的瞬态过程;搭建原理性缩比实验,验证了多极矩场电磁发射模式的可行性。