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。     

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.     

集磁器对电磁成形驱动线圈发热影响及机理

在电磁成形的过程中，驱动线圈的发热是影响线圈使用寿命和放电频次的关键因素；集磁器作为一种常用的电磁成形辅助工具，目前被广泛用于改善电磁场的分布，提高工件的成形质量。然而，集磁器的引入也会影响等效电路中的等效电感参数，从而改变线圈中的电流，进而影响线圈的发热。故该文提出使用集磁器作为降低管件电磁胀形中驱动线圈发热的措施；通过理论分析和仿真模拟分析了有/无集磁器的两种方案中线圈的发热和管件的成形效果变化，以及集磁器上的温度变化。结果表明，在内径49.6mm、外径68mm、4×10匝的线圈胀形过程中，通过引入集磁器辅助，在放电电压为10.5kV时，线圈上的焦耳热减少了12.32%，最高温度降低了3.42℃，工件的最大成形深度提升至约为原来的2.76倍；进一步的分析则表明，集磁器的引入降低了等效电路中的电感和电压，使得线圈电流具有更陡的下降沿，衰减速度变快的同时减小了电流峰值，从而让线圈的热量损耗更小。该方法成本较低，容易实现，且对于线圈发热问题具有明显的优化效果，对提高电磁成驱动线圈的使用寿命和放电频次具有重要意义。     

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...     

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。     

电磁驱动线圈的力学特性及制作方法

为给线圈式电磁发射装置提供可耐高压的高强度电磁驱动线圈,对驱动线圈的实时电磁力、结构特性及制作方法进行了研究。首先采用ANSOFT软件对线圈绕组时变电磁力进行分析。结果表明,径向电磁力集中到线圈截面的中心右侧,轴向电磁力集中在线圈截面中心偏下部,线圈径向电磁力远大于轴向电磁力,因此litz线制作较带状线圈更适合制作高强度线圈。然后采用ANSYS软件对线圈的接触特性进行分析,结果表明,绕组受到径向电磁力往线圈外侧挤压,形变集中在绕组外侧;上下层绕组沿轴向方向向中间挤压;总电磁力的作用使线圈绕组向外部封装的中间处挤压。设计并制作了高强度驱动线圈,测试结果表明:该线圈满足耐高压、高强度的应用要求。研究结果可为高强度线圈的制备提供理论依据和指导。     

轴向磁通轮毂电机电磁力波灵敏度分析和优化

对于轴向磁通电机,轴向电磁力波是其主要的噪声源。以轴向磁通轮毂电机为研究对象,建立有限元参数化模型,应用该模型,采用永磁体厚度、气隙长度、永磁体倒角长度、槽口宽度、定子齿开孔半径5个结构参数设计正交试验,并进行轴向电磁力波的结构参数灵敏度分析。基于正交试验的结果,通过BP神经网络分别建立了5个结构参数与主要轴向电磁力波幅值和平均转矩之间的数学模型,进而以降低主要轴向电磁力波幅值和提高平均转矩为优化目标,采用多目标遗传算法对电机的结构参数进行优化。有限元计算结果显示,优化后的结构参数组合不仅可以有效降低电机的电磁噪声,而且改善了电机的输出性能。     

AZ31镁合金管件电磁吸引式成形动态特性研究

镁合金作为目前工程应用中最轻质的金属结构材料之一，因其多种优良特性而广泛应用于轻量化设备制造中。然而，镁合金在室温下的塑性形变能力较差，传统加工工艺难以满足镁合金工件成形制造的需求。利用电磁力驱动金属材料发生高速变形的电磁成形技术可有效解决上述问题，其极高的应变速率能显著改善镁合金材料的成形性能，提升室温下的成形极限。然而，目前关于镁合金电磁成形的研究，大多使用驱动片与加热装置辅助，其工装较为复杂，且工件变形质量难以保证；辅助装置的添加也难以用于微小管件的成形。因此该文提出室温下的镁合金管件电磁吸引式成形方法，通过建立有限元仿真模型，在理论上验证了其成形方案的可行性；进一步分析了放电参数、电磁参数对管件运动状态的调控规律，阐明管件变形过程中工件的动态特性。上述结论可为线圈结构设计和放电参数设计提供指导。     

基于有限元的电力变压器绕组弹塑性变形分析

电力变压器绕组受短路电磁力作用后,可能出现可恢复的弹性变形或不可恢复的塑性变形。文中通过电磁-结构耦合有限元分析,对短路电流冲击作用下的变压器绕组弹、塑性变形特性进行理论分析和三维数值模拟,以揭示绕组弹性和塑性变形机理。首先通过有限元电磁计算分析了绕组内部短路电磁力分布,其中绕组线饼的周向电磁力分布不均是导致绕组变形的重要原因。在弹性变形计算的基础上,依据材料学的弹塑性变形分析理论,构建了绕组累积变形的量化分析模型,能够反映多次短路电磁力作用后绕组变形的累积效应。最后,以一台110 kV/25 000 kVA、双绕组电力变压器模型为例,进行绕组弹、塑性变形计算。结果可以为变压器绕组动稳定性能和绕组塑性变形预测研究提供理论参考。     

自轴承式双定子实心转子盘式异步飞轮电机设计

自轴承式双定子实心转子盘式异步飞轮电机（DSSRAFIM）具备双定子盘式电机与实心转子异步电机的结构特点,基于其结构特点,研究了该电机的设计方法。为将DSSRAFIM内三维分布的电磁场等效为二维分布,采用了改进的分环法,将其等效为一系列宽度相等、长度递增的双初级钢次级直线电机。通过建立双初级钢次级直线电机模型,分析实心转子厚度、气隙长度等关键尺寸参数对DSSRAFIM运行性能的影响。且分析得到了轴向磁拉力、电磁转矩与定子电流的关系,研究表明该电机除提供稳定转矩外,还能同时提供稳定可控的悬浮力,实现自轴承运行。     

气隙偏心下永磁风力发电机定子电磁振动特性分析

永磁风力发电机定转子偏心会造成发电机气隙分布不均匀而产生磁场不平衡,使发电机振动加剧,严重时甚至引发转子扫膛,使发电机损坏失效。以某兆瓦级永磁风力发电机为研究对象,理论分析了气隙偏心对发电机气隙磁密和径向电磁力的影响,对于不同气隙偏心量下的风力发电机瞬态电磁场开展有限元分析,获得气隙磁密和径向电磁力分布特性变化规律,进而开展径向电磁力作用下定子谐响应分析,以掌握气隙偏心引起的定子振动响应特性。结果表明：随着气隙偏心量的增加,气隙最小处气隙磁密幅值增大,径向电磁力新增边带分量;发电机定子振动响应中工作频率的倍频幅值也随之增大,其中二阶径向模态响应幅值最大。所得结果可为发电机气隙监测方法研究提供一定的理论依据。     

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。     

低噪声屏蔽电机定子屏蔽套激振力和受迫振动分析

三相屏蔽电机是屏蔽电泵专属特种电机,该电机的性能优劣对系统振动噪声有很大影响。屏蔽电机气隙内的旋转磁场在定子屏蔽套中感应出涡流,除产生屏蔽套涡流损耗外,该涡流还将与气隙合成磁场相互作用形成径向和切向高频电磁激振力。考虑到定子屏蔽套是薄壁件,与定子齿冠间存在一定的安装间隙,所以在电磁激振力下定子屏蔽套将产生电磁振动和噪声。首先从解析的角度推导得到了径向和切向电磁激振力的数学表达式,进而采用有限元法计算定子屏蔽套典型位置点磁通密度时间谐波和圆周方向上磁通密度空间谐波分布规律及谐波含量,得到了不同屏蔽套材质时的涡流电流密度分布。计算了定子屏蔽套采用哈氏合金时的电磁激振力变化曲线,并与解析计算结果进行了横向对比,验证了解析计算的正确性。最后,计算分析定子屏蔽套的工作模态和在电磁激振力作用下的机械形变,为后续屏蔽电机的减振降噪提供理论依据。     

基于磁路分析的轴向混合磁轴承径向承载力解析计算

研究轴向混合磁轴承实现五自由度悬浮时,需要计算径向承载力与磁轴承结构参数以及永磁体参数之间的关系。为了解决轴向混合磁轴承缺乏径向承载力解析数学模型的问题,该文在分析轴向混合磁轴承磁路以及各部分磁导的基础上,结合稀土永磁体的工作特性,用虚位移法得出了轴向混合磁轴承的径向承载力解析数学模型。模型表明,在小径向位移时,该型的混合磁轴承径向承载力随着径向位移增加而增加,近似线性关系,径向承载力和刚度随轴向气隙增大而减小;磁轴承径向承载力随永磁体的有效长度增加呈现先增大后趋近饱和。利用有限元方法对径向承载力进行仿真计算,仿真结果与模型计算结果基本吻合。     

220kV变电站电晕噪声抑制技术研究和应用

变电站电晕放电会导致变电站工频电磁场及无线电干扰水平超标,对周围环境造成噪音和电磁污染,影响居民生活和工程的环境评价,因此必须对其进行治理。根据相关设备、金具的实际布置形式和外形结构图纸,结合变电站电晕实测结果,同时考虑相间影响和周围带电导体作用,采用有限元软件ANSYS建立了220 kV变电站典型放电位置的三维电场有限元仿真计算模型,计算了金具表面的电场分布,得到了其表面的场强最大值和分布规律。根据计算结果优化了金具的结构、尺寸和参数,并提出了电晕噪声抑制措施。仿真结果表明采取优化和抑制措施后,金具的电场分布畸变有较大改善,表面最大场强下降到3 000 V/mm以下。研究成果为变电站的防晕降噪设计提供了重要参考,为绿色电网和变电站的建设提供了依据。     

电力变压器绕组轴向短路力的研究

针对一台带独立调压绕组的电力变压器,用ANSYS软件建立了该变压器漏磁场的磁路耦合模型,得出了绕组漏磁场和电动力分布,应用有限元法对其漏磁场和轴向短路电动力进行了计算分析,计算结果符合电力变压器的基本特性.     

聚磁型无源转子横向磁通永磁电机电磁力及转子机械强度的分析

以两相聚磁型无源转子横向磁通永磁电机为研究对象,分析了电机的结构特点与运行原理,并给出了主要尺寸参数。建立了3D仿真模型,在不同负载条件下对电机的转子铁心进行了电磁力分析计算。将仿真得到的电磁力作为载荷施加于转子铁心上,借助应力场研究分析了转子铁心的应力分布规律及形变量大小,计算结果表明该电机转子的机械强度和结构刚度是满足要求的。     

重接式电磁发射的线圈与发射体仿真计算

重接式电磁发射是一种利用磁力线重接来推动发射体的电磁发射形式,具有发射体与线圈无接触、无烧蚀等优点.利用ANSOFT电磁场有限元分析软件建立了重接式电磁发射的三维仿真模型,对线圈磁场、发射体涡流和发射体受力进行仿真计算,并分析讨论线圈和发射体形状变化对发射效果的影响.仿真表明,发射体受力最大值主要取决于发射体在运动方向的受力作用面积,面积越大,受力越大;直线后沿的发射体受力要优于弧线后沿.