新型永磁励磁型饱和铁芯故障限流器

应用饱和铁芯故障限流器(saturated-core fault current limiter, SCFCL)是限制系统短路电流的最有效措施,为解决传统SCFCL直流励磁损耗大的难题,提出了一种新型永磁励磁型饱和铁芯故障限流器(permanent-magnet-biased saturated-core fault current limiter, PSFCL)。本文利用等效磁路、等效电路对该新拓扑进行研究分析,并进行相关参数设计,通过搭建基于Maxwell-3D的有限元电磁仿真模型,证明所提新型拓扑可有效限制故障电流,并通过样机试验进一步验证所提结构的有效性与理论的正确性。     

混合励磁型饱和铁芯故障限流器

应用饱和铁芯故障限流器是限制高压大容量电力系统中短路故障电流的有效措施,为解决现有饱和铁芯故障限流器直流励磁损耗大、限流效果不佳的问题,提出了一种基于永磁体的混合励磁型饱和铁芯故障限流器。通过建立等效磁路、等效电路对该新拓扑的基本原理与工作特性进行研究,着重分析了永磁体对限流器性能的影响。通过搭建基于Maxwell-3D的有限元电磁仿真模型,证明该文所提混合励磁结构可有效限制故障电流,增加永磁体用量可有效降低直流励磁损耗,但会削弱限流器的限流性能与励磁磁动势利用率。最后,通过220 V/10 A限流器样机试验,验证了该文所提结构的有效性与理论的正确性。     

桥式混合励磁型饱和铁心故障限流器性能分析

为降低饱和铁心故障限流器(saturated core fault current limiter,SCFCL)运行中的励磁损耗,应用稀土永磁体对铁心进行励磁已得到广泛研究。但永磁体在高压大容量领域中的励磁能力尚不足,且稳定性易受影响,限制了其推广应用。为解决上述不足,提出了一种桥式混合励磁型饱和铁心故障限流器(bridge-type hybrid-biased SCFCL,BHFCL)。BHFCL利用混合励磁结构增强励磁能力,并通过对磁路磁阻进行设计,可有效降低通过永磁体的反向交流磁通,提高永磁体稳定性。通过电磁耦合的方法,对BHFCL基本原理以及工作特性进行分析,研究了结构参数对其性能的影响。基于Maxwell的有限元电磁仿真结果以及220 V/10 A限流器样机实验结果,均验证了文中所提BHFCL的有效性与理论分析的正确性。     

一种适用于等离子炬的混合励磁系统

针对同轴直流电弧等离子体炬现有的两种励磁方式中存在的问题,即永磁体励磁系统调磁困难、影响引弧过程,以及电励磁系统能耗高等不足,采用永磁-电励磁线圈的拓扑结构,提出了一种适用于磁驱动旋转电弧等离子体发生器的新型混合励磁系统,以及相应的系统综合分析与优化方法.结合外点罚函数以及改进的Powell算法优化永磁体,保证最小耗材...     

陆上风电直流汇集系统拓扑结构优化设计方法

陆上风电全直流发电系统可有效解决大规模风电交流汇集、传输产生的谐波谐振等问题,而经济、可靠的风电直流汇集系统拓扑结构是其良好发展的基础。文中首先给出基于风机分组串并联的风电直流汇集系统拓扑结构;其次,对该拓扑结构中的不同风机分组方案进行可靠性及经济性评估;然后,综合考虑系统经济性与可靠性问题带来的缺电损失成本,以总成本最低为目标,提出风电直流汇集系统拓扑结构优化模型;最后,以中国西北某50 MW风电场为例,对所提风电直流汇集系统拓扑结构优化模型进行仿真验证。结果表明,所提风电直流汇集系统拓扑结构优化方案可以统筹考虑系统经济性和可靠性,获得最优风机分组方案,将优选后的拓扑结构与典型风电交流汇集系统结构对比,验证了所提拓扑结构优化方案的可行性及优势。     

适用于高压直流传输的海上直流风电场内网拓扑的比较分析

随着海上风电的发展,直流风电场及其合适的内网拓扑正得到更多的关注。在缺乏实际工程可供参考的情况下,借鉴已有的大型海上交流风电场的经验,拟定可信的海上直流风电场工程算例。从损耗、经济性、可靠性3项经济技术性指标,对适用于高压直流传输的直流风场内网4种不同拓扑结构进行定量的比较分析。分析结果表明,串-并联型和并-串联型内网拓扑可能是未来适用于高压直流传输的海上直流风电场的选择。     

旋转超导电机发展现状

大容量旋转超导电机在风力发电、舰船驱动等低速直驱应用领域具有广阔的应用前景。依据是否采用低温耦合传输装置实现低温冷却介质的传输和励磁功率的输入,将旋转超导电机分为动态密封和静态密封超导电机两类。分析了动态密封超导电机的常用定子、转子结构形式及其优缺点。针对静态密封超导电机,以转子分段式磁通切换结构、场调制双定子结构、单体励磁分极式结构等典型拓扑为例,揭示了其能够实现冷却系统静态密封形式的本质原因。最后,对两类超导电机面临的超导励磁绕组失超这一共性问题进行了探讨,从电机本体结构层面,给出了静态密封超导电机抑制电枢反应磁场对超导线圈影响的策略和方法。     

常规直流输电系统改造用的混合直流输电技术

基于电网换相换流器(line commutated converter,LCC)和电压源型换流器(voltage source converter,VSC)的混合直流输电技术结合了LCC的经济优势和VSC的技术优势。该文针对常规直流工程改造,首先给出了受端LCC改造成真双极和伪双极VSC两种主回路拓扑结构,并对两者的工程改造范围和工程改造量进行了对比分析,指出了真双极和伪双极结构作为改造拓扑的优缺点。然后,通过对国内外模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)拓扑及其变结构拓扑的调研,详细研究了5类MMC优化拓扑结构在直流故障清除、送端交流故障功率不间断、低电压运行、潮流反转等方面的技术特性以及在改造成本、运行损耗等经济方面的优劣性,并直观地对比总结了5类MMC优化拓扑的综合特性,为未来MMC技术在常规直流输电系统受端换流阀改造中的应用提供了技术参考。     

非超导桥式故障限流器的仿真分析与改进

通过PSPICE仿真,分析了具有直流偏置的非超导桥式限流器的工作原理及稳态、暂态特性。根据仿真结果,改进了限流器控制策略,可解决直流偏置电源在故障大电流时的损耗问题,不影响限流器的限流功能。     

大容量永磁偏置型故障限流器的经济性分析与优化

构建了永磁偏置型故障限流器PMFCL的经济性分析模型,包括材料成本和运行成本两部分。材料成本取决于PMFCL的关键结构参数,基于等效磁路法导出了PMFCL 4个关键结构参数与电感和、电感比以及饱和深度比这3个独立电磁变量间的函数关系;运行成本由铁芯损耗和绕组铜耗组成,并给出了各自的计算方法。针对500 k V PMFCL经济性分析实例,分析了电磁变量对PMFCL经济性的影响,并建立其经济性优化模型,求得了PMFCL的最优成本和对应的结构参数。结果表明,在高压大容量应用场合,PMFCL具有较好的经济性优势。Ansoft Maxwell二维有限元仿真验证了经济性优化模型的合理性。     

内置式永磁同步电机不同转子拓扑结构对电机性能的影响分析

为了研究不同转子拓扑结构对8极48槽内置式永磁同步电机(IPMSM)的电磁性能和噪声性能的影响,分别建立了单层无隔磁桥、单层有隔磁桥、双层无隔磁桥以及双层有隔磁桥转子拓扑结构的内置式永磁同步电机的有限元模型。除转子拓扑结构以外,四种电机的定子拓扑结构、永磁体使用量等其它条件完全相同。首先,对电机电磁性能和噪声性能进行相关的理论分析。其次,建立四种电机的有限元模型,对四种电机的凸极率、输出转矩、转矩脉动以及空载反电势谐波畸变率等电磁性能进行比较分析,并对四种电机进行模态分析。最后,比较了四种电机的振动响应和噪声特性。结果表明,双层有隔磁桥转子结构的内置式永磁同步电机电磁性能最好,并且其噪声削弱效果也最好。     

永磁材料的发展趋势

永磁材料的发展先后经历了金属永磁材料，铁氧体永磁材料，稀土永磁材料，纳米结构永磁材料等几个发展阶段，超导永磁体则是学术界近年来提出的一种新概念永磁体，本文在对永磁材料的发展历史和发展趋势进行了综合分析之后，对永磁材料今后的发展做出了预测。     

直流偏磁情况下的定子永磁电机铁耗计算

提出了一种直流偏磁情况下的定子永磁电机铁耗计算方法。由于电机的特殊型结构以及逆变器供电等原因,定子永磁电机内部会存在直流偏磁现象。为此,首先使用爱泼斯坦方圈在不同交流磁密幅值情况下,进行了偏磁实验研究。基于实验数据以及传统偏磁铁耗模型,提出了一种考虑磁密幅值的偏磁铁耗计算模型。该模型能够较好地描述不同磁密幅值情况下直流偏磁对铁耗的影响。最后将该模型应用于电机铁耗计算,并与传统模型进行对比;电机损耗实验结果验证了该模型的可信度。     

采用永磁体预偏磁的高频功率电感设计方案

随着功率变换器向高效率、高功率密度方向的发展,如何缩小高频磁性元件的体积越来越重要。但高频磁性材料的饱和磁密限制了磁性元件,尤其是大电流直流电感体积的减小。除了进一步开发高饱和的磁性材料外,应用永磁材料的预偏磁抵消电感的直流电流偏磁成为业界关注的热点。详细分析了目前的永磁体预偏磁方案,针对目前方案的不足,提出了新的永磁结构思路以及磁路参数设计要求,达到了增强电感器载流能力、减小体积、提高功率密度的效果,同时又能克服永磁体因高频涡流效应而过热及被冲击电流脉冲退磁的问题。通过仿真与样品设计及实验测量,证明了理论分析的正确性以及设计方案的有效性。     

复合结构混合永磁电机抗退磁性能分析及优化

针对传统稀土永磁电机的稀土永磁材料用量高的问题,本文提出一种由钕铁硼和铁氧体混合永磁的交替极加局部Halbach结构的少稀土永磁同步电机,分析了该复合结构混合永磁电机的结构特点。比较分析了该电机与传统一字型钕铁硼稀土永磁电机的电磁性能,并依据退磁特性建立了该电机的局部退磁有限元模型,通过磁路耦合联合仿真对电机多运行工况进行了仿真,针对高速弱磁和变载运行工况下电机局部退磁的性能损耗,以提高永磁体工作点和降低退磁率为优化目标,给出了该电机的抗退磁优化设计方案。仿真结果验证了所提电机结构的合理性,电机抗退磁性能较优化前提升了10.3%。     

永磁体预偏磁功率电感永磁结构分析

磁元件在各种功率变换器中一直有着不可替代的作用,如电感在电路中起到储能、滤波等作用,并且其体积占据的比重也较大,因此磁元件的优化设计备受关注,永磁体偏磁技术的出现为其开辟了一条新的途径。永磁体偏磁技术不仅可以提高磁元件的抗饱和能力,也有助于减小磁元件的体积。针对现有偏磁方案的不足,以Boost电感为例,建立电感的磁路模型进行分析,得到电感各个磁路上的参数设计要求,防止磁芯退磁,提高电感元件工作的稳定性,最终设计出新型的偏磁方案模型。对比几种优化结构,采用钕铁硼作为永磁体材料,用高饱和磁密的磁芯材料把永磁体和电感磁芯隔离开,避免局部饱和,并且当支路磁芯体积较大、永磁体夹在两个支路磁芯中间时,该结构的效果较好。同时还对引入短路环进行损耗分析。当下功率变换器不断朝着轻量化、小型化、高功率密度化方向发展,永磁体预偏磁技术为其增加了更多的可能性。     

基于Halbach分布的磁障耦合永磁轨道交通驱动直线电机的推力分析

直线电机驱动的轨道交通系统因具有结构简单、安全经济、节能环保的突出优势,受到了国内外学者的广泛关注.但如何保证直线电机在大气隙、重负载情况下仍然具有较大的推力,成为目前研究的热点.针对这一问题,将4种Halbach永磁体阵列应用在磁障耦合永磁轨道交通驱动直线电机MBCPMRTDLM(magnetic barrier c...     

磁性材料在永磁饱和型故障限流器中的应用

首先介绍了永磁饱和型FCL的基本结构和工作原理,指出永磁体和软磁铁心材料的选择至为重要.通过综合比较分析多种永磁和软磁材料的磁性能、力学性能和经济性,提出了磁性材料的选择原则:高压大容量FCL可选择钕铁硼或稀土钻作为永磁体的待选材料,小容量FCL则考虑使用永磁铁氧体;铁硅合金和非晶态合金可作为软磁铁心的待选材料.磁性材料的温升效应、永磁体磁后效现象以及磁性材料工作点的优化配合等,是亟待研究的关键技术问题.     

定子无磁轭模块化轴向磁通永磁电机研究进展综述

定子无磁轭模块化(yokeless and segmented armature,YASA)轴向磁通永磁电机具有功率密度和转矩密度高、效率高、轴向结构紧凑、易于维修的优点,在电动汽车、风力发电等领域有广阔的应用前景,已有大量文献对YASA电机进行分析研究。该文基于国内外对YASA电机已开展的研究工作,介绍该类电机的典型拓扑结构,并从电机电磁特性计算方法与性能优化、损耗分析与抑制技术、温升与散热研究、齿槽转矩削弱技术、结构强度校核与制造偏差分析,以及定子铁心材料选取等方面进行综述,并对该类电机当前的应用情况进行整理。最后,基于YASA电机的研究现状,对未来研究的发展趋势进行展望。     

轴向永磁电机热设计及其研究发展综述

轴向永磁电机由于其轴向尺寸短、功率密度和效率高等优点,在许多领域应用前景广阔。轴向电机特殊的磁路结构使其散热结构和方式有别于传统径向电机,近年来已有大量文献针对该类电机的热设计和优化进行深入的研究。该文介绍了轴向电机各种损耗及其计算方法的研究现状,对轴向电机热分析方法的特点进行总结归纳,分析不同热管理技术的共性规律,阐释它们各自的优缺点。最后,给出轴向电机热设计方法未来的发展方向,展望轴向电机的应用前景。该文研究工作对轴向永磁电机的理论研究和工程应用都具有一定的参考价值。