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。     

调相机的无励磁运行方式

电力系统中运行的调相机有时会发生失去励磁的事故。对调相机失磁事故的处理一般是由保护或手动立即将调相机从电网解列,不容许调相机无励磁运行。这种处理方法主要根据: 1.认为无励磁会导致异步运行,引起调相机与电网之间的振荡,并且引起调相机转子发热; 2.认为无励磁会引起定子铁芯端部过热;     

大型调相机动态响应下的电磁转矩分析

凭借着强无功支撑能力,大型调相机在特高压直流输电(LCC-HVDC)中发挥着愈发重要的作用,本文分析了大型调相机的动态响应特性,推导了调相机的电磁转矩表达式,得出了动态响应下电磁转矩变化与定子电流、转子励磁电流变化趋势相关的结论。文中通过PSCAD/EMTDC建立了含同步调相机的LCC-HVDC模型,对受端电网单相接地短路与三相短路下调相机的动态响应和电磁转矩变化进行了仿真验证,发现机端电压下降时,随着调相机的无功动态响应,电磁转矩与定子电流、转子励磁电流变化趋势相同,呈现先增大后减小的变化趋势,同时对于三相对称故障引起的电磁转矩变化表现出一定的对称性,为大型调相机的运行与电网故障的判断监控提供了一定的理论基础。     

同心式磁力齿轮磁场及转矩全局解析法分析

准确计算磁力齿轮电磁转矩是设计、分析磁力齿轮的关键,采用二维全局解析法计算同心式磁力齿轮气隙磁场。求解场域划分为内外转子永磁体、内外两层气隙和调磁定子的槽形区域,3类子区域的拉普拉斯方程和泊松方程通过边界连续条件建立联系。得到内外两层气隙区域的矢量磁位磁通密度解析表达式,有利于方便、快速、精确地计算任意转子位置的电磁转矩。计算了内外两层气隙磁场和内外转子电磁转矩,将气隙磁场波形和内外转子电磁转矩波形分别与二维有限元法计算波形作比较,结果吻合,证明了方法的正确性和有效性。     

聚磁式场调制永磁风力发电机工作原理与静态特性

提出一种新型聚磁式场调制永磁(Flux-Concentrating Field-Modulated Permanent-Magnet,FCFMPM)电机,该电机外转子采用聚磁式永磁体结构改善气隙磁通密度,定子采用开口槽结构提高空间利用率.基于磁齿轮效应,定子齿对转子永磁磁场进行调制,产生极对数少、运行速度快的谐波磁场,由该谐波磁场作为有效励磁的FCFMPM电机具有低速、大转矩密度的特点.在深入分析电机工作原理的基础上,运用二维有限元方法计算了其静态特性,包括空载永磁磁链、空载感应电动势、电感、定位力矩和电磁转矩等.研制了一台5kW实验样机,并与商业化小型永磁直驱风力发电机做比较.仿真和实验结果表明,所提电机具有转矩密度大、定位力矩小、外特性硬等特点,特别适用于如风力发电等低速、直驱系统.     

Halbach阵列同心式磁力齿轮磁场全局解析法分析

针对Halbach阵列同心式磁力齿轮这种内外转子非接触传递的传动装置,运用全局解析法对磁力齿轮内外两层气隙磁场进行分析计算.求解场域划分为内外转子永磁体、内外两层气隙和调磁定子的槽形区域,各子区域的拉普拉斯方程和泊松方程通过边界连续条件建立联系.得到内外两层气隙区域的矢量磁位磁通密度解析表达式,并用计算了内外转子电磁转矩,将气隙磁场波形和内外转子电磁转矩波形分别与二维有限元法计算波形作比较,结果吻合,证明了方法的正确性和有效性.     

300Mvar调相机端部电磁场三维有限元分析

在进相工况下,调相机端部漏磁较迟相运行增大,会造成定子端部结构件涡流损耗的显著增加,因此准确计算调相机磁场分布和端部结构件损耗是调相机优化设计的基础。本文简要分析了调相机端部电磁场三维有限元分析的仿真模型和计算方法。通过建立三维实体仿真模型,分析了调相机在300Mvar和-200Mvar两种工况下定转子铁心磁密分布、结构件涡流电密分布和损耗等参数,为端部结构件的研究和优化设计提供参考。     

哈电全空冷300 Mvar调相机通风冷却系统研究

哈尔滨电机厂有限责任公司研发的全空冷300Mvar调相机在解决特高压直流输电工程大容量动态无功支撑方面发挥着重要的作用,受限于高电磁性能及过负荷工况要求,全空冷300Mvar调相机通风冷却系统的设计成为了调相机开发的难点之一.本文介绍了新型全空冷300Mvar调相机通风冷却系统结构,定子采用多路通风设计,转子本体采用斜副槽变槽楔出风孔,转子端部采用两路通风,端部结构件采用单独风道特别是铜屏蔽采用双面冷却,最大程度优化风量分配,控制发热部件温升.采用流体动力分析的方法计算了调相机的风量分配,采用有限元法计算了发热部件的稳态及瞬态温度分布,研究了调相机各种运行工况的定、转子温度变化,验证了通风系统结构的有效性,实现了调相机高发热参数下的全空气冷却.     

调相机失磁特性及其对直流系统的影响分析

对新一代调相机失磁故障的研究有利于充分发挥其在高压直流系统中的无功支撑作用。首先,考虑不同的失磁故障类型,并基于实际录波数据,以单机无穷大系统为例对调相机失磁特征及对直流系统的影响进行了定性分析。然后,在PSCAD/EMTDC中建立了包括调相机及其励磁控制系统在内的锡盟—泰州直流输电系统的电磁暂态仿真模型。以受端调相机为例,从系统不同电压跌落程度和调相机不同失磁类型等方面仿真调相机失磁对系统稳定运行的影响。研究表明,相比于短路失磁,受端调相机开路失磁时造成的后果更严重,且当系统处于临界换相失败状态时,调相机的失磁故障会进一步恶化系统的运行状态。     

新型永磁调磁式磁齿轮的设计与优化

为了提高磁齿轮的输出转矩和运行转速、减小永磁体的涡流损耗,提出一种新型永磁调磁式磁齿轮,分析其工作原理和转矩特性,结果表明相比较传统的磁齿轮,新型永磁调磁式磁齿轮具有传动效率高、转矩密度高、可高速传动的优点。在此基础上,为了获得新型磁齿轮的最优结构参数,以提升输出转矩和减小齿槽转矩为优化目标,提出一种基于参数敏感性和响应面法相结合的多目标优化方法,对新型磁齿轮的永磁调磁块、外转子及内转子永磁体等结构参数进行优化设计,利用有限元法分析优化前后新型磁齿轮的电磁性能,表明多目标优化方法可进一步提升新型磁齿轮的输出性能,为其应用和优化设计奠定了基础。     

异步起动永磁同步电动机电磁振动特性及抑制措施的研究

现有关于永磁电机电磁振动的研究主要围绕单边开槽永磁电机展开,而异步起动永磁同步电动机的定转子双边开槽、永磁体内置于转子铁心内部,导致其电磁振动特性及抑制措施的研究难度大幅增加。本文针对异步起动永磁同步电动机的负载运行,提出了一种新的电磁力解析分析方法,建立了不同阶数、频率的电磁力与电机定转子齿槽参数之间的明晰关系。利用机械阻抗法计算了电机主要低阶电磁力的电磁振动响应,并得到了对电机电磁振动起主要作用的低阶电磁力的频率。进一步研究了通过改变定子齿宽抑制上述主要电磁力,并得到了相应的定子齿宽确定方法,利用有限元法验证了上述抑制措施的有效性。     

车用永磁同步电机的电磁噪声特性

电动汽车牵引用永磁同步电机要求具有低速大转矩和高速恒功率的运行能力,低速大转矩运行工作点的大电流和高速弱磁导致的磁场畸变可能会导致作用于电机结构的电磁力幅值增大,容易引发较大的电磁振动噪声,从而影响电动汽车的NVH性能。本文基于Ansys多物理场有限元分析平台,研究一台20k W车用永磁同步电机的电磁噪声特性。分别建立电机的电磁场有限元模型和定子结构的3D模态有限元模型,通过仿真得出作用于电机定子齿部的电磁激振力和电机结构的低阶径向模态频率;从电磁力和电机结构两方面分析可能引发较大电磁噪声的主要来源。通过对电机定子结构的振动响应有限元仿真,得到电机定子结构的振动响应频谱;最后通过声场的有限元仿真分析车用永磁同步电机的电磁噪声特性。     

矩形与面包形磁钢永磁同步电机噪声对比分析

为了对比分析矩形磁钢和面包形磁钢永磁同步电机运行时产生的0阶振动噪声,从理论上对电机的径向电磁力波进行推导,对力波的的磁密来源进行了分析,讨论了两种不同磁钢形状的永磁同步电机的0阶振动噪声。基于Workbench仿真平台,对这两种不同磁钢形状的36槽24极永磁同步电机进行仿真分析,得到两种电机的0阶6倍频力波的组成和0阶径向电磁力波的傅里叶分析结果;对电机定子的结构分别进行有限元建模和解析计算,得出电机结构的固有模态;通过解析计算的方法,得到电机定子表面的0阶电磁力振动位移频谱图;最后,通过计算电机的声辐射效率,对电机外部声场进行快速建模,计算出电机0阶电磁力声功率级频谱图。研究表明:面包形磁钢永磁同步电机的振动噪声要远小于矩形磁钢永磁同步电机的振动噪声。     

采用定子控制绕组的转子储能调相机

当前越来越多的电源和负荷设备采用电力电子技术并网,降低了电力系统固有的旋转同步和动态电压维持能力,因而需增设一定的同步调相机进行补偿.传统同步调相机的调节能力相对有限,为此,提出了一种新型调相机,增设了一组定子控制绕组,并设计相应的控制器,在多种运行状态下采取不同的控制模式,通过换流器对定子控制绕组的调节,从而灵活控制...     

轴向磁通永磁电机的设计与优化

本文根据一款家用乘用车的结构和运行性能需求,设计出了额定功率95kW,峰值功率190kW的轴向磁通永磁电机。电机采用内单定子外双转子结构,定子铁心采用分块式设计形式。基于永磁电机设计理论,总结归纳轴向磁通永磁电机的初始设计流程,并对其电磁性能进行初始评估。采用有限元法建立电磁分析三维模型,对采用多种转子结构电机的电磁转矩、齿槽转矩、转矩脉动及永磁体涡流损耗等进行计算和分析。文中所归纳的电动汽车驱动用轴向磁通永磁电机设计流程及降低齿槽转矩、转矩脉动和永磁体涡流措施的效果对比,为此类电机的设计及优化提供借鉴经验。     

先进飞轮储能电源工程应用研究进展

先进飞轮储能电源研究目前集中于三项关键技术:为提高飞轮储能密度的复合材料设计与制作:高效高速大功率永磁无刷电机研制以及重型飞轮的高温超导磁体悬浮轴承技术.经过30余年以工程应用为目标的飞轮储能电源系统实验研究为飞轮电源的工业化应用奠定了坚实的基础,低速飞轮作为不间断电源UPS的储能元件在10年前开始在不间断电源工程中得到商业推广应用,高速飞轮因其技术难度大而至今处于工程试用研发阶段.飞轮储能电源技术在国内研究广泛,理论研究丰富,但工程应用研究进展缓慢.     

Characteristics of a permanent magnet type bearingless motor

Super high-speed and high-power electric machines are required for turbomolecular pumps and spindle drives. High rotational speed and high power drives can be achieved with bearingless motors. In this paper, a bearingless motor with the principles of permanent magnet type synchronous motors is proposed. High power factor and high efficiency can be expected in permanent magnet type bearingless motors. The proposed bearingless motor is a 4 pole permanent magnet synchronous motor, in which additional 2-pole windings are wound together with 4-pole motor windings in stator slots. With currents of 2-pole windings, radial magnetic forces are produced to support a rotor shaft. Principles of radial force production of surface-mounted permanent magnet bearingless motors are analyzed mathematically. It was found that radial forces are efficiently produced by employing thin permanent magnets on the surface of rotor iron core. A test machine was built in order to measure inductance functions as well as relationships between voltages and currents     

一种新型电力系统稳定控制装置

提出了一种新型FACTS装置——多功能柔性功率调节器(FPC),它将飞轮储能技术和传统的同步调相技术有机地结合在一起,同时采用交流励磁和矢量控制等先进技术进行控制。这种装置具有储能、发电、调相等多种功能,将其用于电力系统的稳定性控制,可实现动态有功功率和无功功率同时双向大范围的快速调节,具有增强电力系统稳定性的能力。详细论述了柔性功率调节器的工作原理,建立了装置的稳态等值电路模型,分析了装置在不同运行方式下的功率传递关系。同时,还介绍了FPC的一个主要组成部分——基于SPWM的双VSC变频控制器以及三相SVC的矢量控制原理。用数字仿真的方法研究了FPC与电网进行四象限功率交换的特性。最后,用一个单机无穷大系统,通过仿真分析,验证了FPC所具有的巨大的稳定电力系统的能力。     

考虑塔影与风切变的永磁同步风电系统最大风能跟踪控制策略

为了保证风电机组高效稳定运行,通过在转矩控制环节中引入模糊变增益的转速补偿转矩,有效地减轻了由塔影效应、风切变、风速中的随机脉动分量引起的风力机输出的机械转矩波动与按照最优叶尖速比法计算的参考转速的波动对永磁同步风力发电系统的影响,抑制了风电系统的低频震荡并保证了系统的稳定性。当考虑到轴系的摩擦损耗时,为了真正地实现最大风能跟踪,通过对最优叶尖速比进行修正,得出最大电磁功率所对应的准确的参考转速,使得机组运行在最大电磁功率对应的工作点处。在Matlab/Simulink下构建了直驱永磁同步风电系统的详细仿真平台,验证了该方法的正确性与有效性。     

轮毂电机振动噪声抑制措施

外转子永磁同步电机作为轮毂电机较多地应用在电动汽车上,但以轮毂电机为目标的振动噪声研究却较少。以一台额定功率为10 kW、额定转速为500 r/min的轮毂电机为例,通过构建轮毂电机的2D有限元模型,对电机的径向电磁力密度和振动噪声特性进行有限元仿真计算。从极弧系数和定子齿上开辅助槽两个方面对外转子轮毂电机的振动噪声特性进行研究。仿真结果表明：轮毂电机极弧系数为0.72左右时,振动噪声特性较好;在定子齿顶开设不对称的双辅助槽显著提升了电机的振动噪声特性。