MW级永磁同步发电机空载电势正弦畸变率分析

以内置式U型永磁同步发电机为例,针对永磁同步发电机电势畸变率较高的问题,分析其原因,同时提出转子非均匀气隙方法与定子斜槽方法。通过有限元的方法进行仿真实验,将转子采用均匀气息与非均匀气隙下的空载电势、气隙磁密与齿槽转矩进行对比分析,得出转子采用非均匀气隙后对电动势畸变率的影响;提出3D模型的2D分段法来提高有限元2D仿真准确度,同时得出不同定子斜槽对齿谐的抑制效果,并得出齿槽转矩在不同斜槽下的波形图及幅值表,获得空载相电势波形的局部放大图,并得出最佳的定子斜槽。在采用优化气隙及斜槽后,电压畸变率由7.32%降为4.8%,满足设计要求。     

低速永磁水轮发电机的优化设计及性能仿真

针对低速永磁同步发电机所特有的高转矩低电压的特点,利用电机设计软件对所研究的发电机的主要尺寸、永磁体尺寸、定子绕组、定子铁芯、定子槽型进行了优化设计,据此研制了一台10kW外转子低速永磁水轮发电机的样机,最后采用Ansoft Maxwell软件进行样机性能仿真和样机试验.仿真以及试验结果表明:具有斜槽定子铁芯以及分数槽集中绕组的低速永磁水轮发电机具有齿槽转矩低、效率高、输出电压谐波分量小以及波形正弦性畸变率低等一系列优点,完全满足设计要求.     

2.935MW永磁同步风力发电机电磁设计与仿真

分析了表面式与内置式永磁同步发电机转子结构上的差异,选定电机的转子结构型式.对永磁同步风力发电机的性能特点进行了分析和研究,计算了2.935 MW高速永磁同步风力发电机的电磁方案.对上述确定的电磁计算方案,利用有限元软件进行仿真,分析了发电机的空载、负载、短路特性.研究了电压波形正弦性畸变率、齿槽转矩、功率因数、短路电流的计算.经验证,各项性能满足设计要求.     

面装极宽调制式永磁电机齿槽转矩研究

为了抑制面装式永磁电机的齿槽转矩,在对比了抑制齿槽转矩常用方法的基础上,提出永磁体正弦极宽调制方法,结合实例样机设计面装式永磁电机永磁转子极宽调制结构、尺寸和参数.利用有限元方法对传统面装式永磁电机和极宽调制式永磁电机内部电磁场进行计算,得到2种结构的永磁电机气隙磁场波形和齿槽转矩特性曲线;与传统面装式永磁电机相比,极宽调制方法可使气隙磁场波形正弦化程度提高38.98%;研制传统面装式永磁电机和极宽调制式永磁电机样机,并设计构建一个由角度传感器、扭矩扳手和样机电机组成的齿槽转矩实用测试系统,对2种不同结构样机的齿槽转矩进行了实验检测.对于2种实例样机,与传统面装式永磁电机相比,有限元分析计算结果和实验结果表明,正弦极宽调制方法可以使齿槽转矩分别降低30.5%和30.9%,可见永磁体正弦极宽调制方法是一种抑制面装式永磁电机齿槽转矩的有效方法之一.     

采用磁性槽楔改善无刷直流电机的气隙磁场

在永磁无刷直流电机(PMBLDC)中,转矩脉动是需要解决的主要问题之一。对引起转矩脉动的主要因素——齿槽效应,进行了仿真分析。为了减小因齿槽变化而引起气隙合成磁场的畸变,采用磁性槽楔以达到减小槽口宽度的效果,使气隙沿周向趋于均匀。通过有限元分析软件——ANSYS软件,对同一无刷直流电机在相同载荷情况下进行仿真比较,结果表明装有磁性槽楔的电机要比无磁性槽楔的电机气隙磁密波形平滑,气隙磁场波动明显减小,因此采用磁性槽楔是可以使气隙磁场波形更趋于矩形波,减小气隙磁阻的变化,削弱磁阻转矩,进而减小转矩脉动。同时,仿真结果也显示了采用磁性槽楔能起到减小永磁体漏磁的作用。     

内置式永磁电机齿槽转矩削弱方法研究

为抑制永磁同步电机齿槽转矩,减少电机振动与噪声,提出一种定子齿顶开辅助槽与转子外圆偏心的结构来抑制齿槽转矩,提升电机的输出性能.首先建立了定子齿顶开槽前后与主气隙分布函数解析式,分析定子开槽与电机主磁场分布及齿槽转矩的关系,同时分析了转子外圆偏心后对齿槽转矩的影响.以内置3相8极48槽V型永磁同步电机为例,利用有限元法对定子齿顶辅助槽个数、槽宽、槽深、槽位置以及转子外圆偏心距等参数进行优化对比分析,获得最优的参数匹配.结果表明：定子齿顶双矩形对称开槽以及转子外圆偏心的方式能有效改善主气隙磁场分布,抑制电机齿槽转矩,优化后的电机气隙磁密5、11、15、17谐波幅值下降明显,电机齿槽转矩峰值降低了59.6%,反电势波形正弦性增强,平均转矩提升,电机输出性能明显改善.     

基于响应面法的轴向磁场永磁记忆电机多目标优化设计

针对新型轴向磁场永磁记忆电机的结构优化问题,采用响应面法对电机进行优化设计.通过电磁性能方程和正交实验,初步分析了电机关键参数的影响.为了有效地设计该电机,初步选取了软磁占比、转子极数、气隙长度三个影响因素作为正交试验的设计因子,再采用响应面优化方法,将所选的感应电动势、感应电动势的总谐波畸变率和齿槽转矩三个性能作为优化目标.使用有限元软件Ansoft Maxwell和响应面设计软件Design Expert建立响应面实验,得到电机的不同影响因素组合模型下的仿真参数和拟合曲线.本文结合不同的优化方法,以满足具体的设计要求,理论分析和实验结果都验证了所提出的电机和优化方法的可行性和有效性.通过对试验数据分析对比,得出了优化方案,结果表明:优化设计之后的电机在缩减了永磁材料成本的情况下,还保证了比原电机更优的感应电动势、更小的感应电动势总谐波畸变率和齿槽转矩.     

电动汽车永磁同步驱动电机优化波形质量方法

为了提升电动汽车的品质,控制永磁同步电机的振动与噪声,在对内置式永磁同步电机的空载气隙磁密波形与转子磁体结构关系研究的基础上,提出了一种新的气隙磁密波形优化方法.在均匀气隙下,使单个磁极的磁密在空间上不均匀分布.设计了"M"型新转子结构,对"M"转子结构永磁同步电机建立了有限元分析模型,并进行了有限元分析.结果表明:"M"转子结构的气隙磁密波形接近于正弦波,气隙磁密空间各成份谐波含量明显减少,气隙磁密波形正弦畸变率也有所减小,谐波得到了有效抑制.     

电动车用永磁同步电机转子结构对弱磁调速性能分析

针对电动汽车驱动电机既要满足低速区大转矩输出,同时又要满足高速恒功率区宽弱磁调速范围的特殊要求,提出采用具有铁桥分段的V型永磁同步电动机作为驱动电机。通过分析对比不同转子磁路结构对电机主要运行特性参数的影响表明:同时采用非均匀气隙、V型铁桥分段永磁体、改变相邻磁极间距,不仅有利于改善空载气隙磁密波形,而且也满足增加电机恒功率区弱磁扩速范围和低速区大转矩输出的要求。并采用这种结构设计了20 kW电动汽车驱动用内置式永磁同步电机,结合有限元对电机主要性能进行了电磁计算。     

凸极同步发电机气隙磁场计算

为了解决凸极同步发电机谐波励磁系统设计之需要,本文着重讨论分析三相凸极同步发电机气隙磁场(波形)、气隙磁场的基波分量及三次谐波分量的计算,并考虑了磁导体的饱和度及电机气隙两侧之结构特点。这个方法是:先将励磁磁势及电枢磁势线性合成,再计算气隙磁场及其分量。对七台电机的计算、试验结果进行了分析比较,表明这个方法的计算精确度较高,一般偏差在±6％以下。为了获得精确的气隙磁场波形,对发电机磁场计算中的一些问题提出了一些看法。     

开关磁通永磁同步电动机设计与静态特性

为了获得较宽的恒功率弱磁调速区域,设计出一台12/10极开关磁通永磁电动机.根据电动机的结构特点、运行原理并结合双凸极永磁同步电动机的设计方法确定电动机主要尺寸的初始值,在Ansoft软件中建立电动机的物理模型,基于有限元法研究电动机在特殊位置下的磁场分布、气隙磁密、静态特性、弱磁特性及结构尺寸变化对转矩的影响.分析结果表明,该电动机弱磁效果明显,定位力矩幅值偏大,改变永磁体磁化方向的长度和转子齿宽可以有效地降低定位力矩,研究结论对电动机的优化设计、分析及控制提供了依据.     

具有自调节通风性能的大型永磁同步发电机内流热特性数值研究

为了探究具有自调节通风功能的结构紧凑型大型永磁同步发电机内部流体流变特性及温升分布规律,以一台6 MW永磁同步发电机为例,基于电机学和数值传热学理论,结合流-热耦合机理,根据电机实际冷却结构选择一个周期作为求解域,建立三维流体场与温度场耦合分析数学模型及物理模型. 采用有限体积元法对永磁同步电机三维温度场进行数值研究,对发电机定转子铁心、定子绕组与绝缘以及永磁体的温升分布特性进行详细分析. 通过与电机绝缘温升限值的对比分析,验证了其求解方法的合理性以及计算结果的准确性,为永磁同步发电机温升的计算及通风结构的设计提供参考依据.     

直驱型永磁同步风力发电机混沌运动的非线性比例控制

根据直驱型永磁同步风力发电机（DPMSG）的数学模型,通过仿射变换和时间尺度变换,将转子磁场定向坐标系下的永磁同步发电机模型变换成一种简单的无量纲数学模型。验证系统在某些参数条件下会出现混沌运动,提出直驱型永磁同步发电机混沌运动的非线性比例控制方法。该方法以直轴和交轴电压为控制变量,通过发电机状态的非线性反馈,将直轴和交轴电流方程中的耦合项解耦,并使直轴和交轴电流可以跟踪设定值。该控制方法可以根据实际要求设置唯一稳定的平衡点。仿真结果表明了理论分析的正确性和有效性,为DPMSG风力发电系统的混沌控制提供了有效的控制方法。     

盘式同轴永磁减速器传动机理仿真分析

永磁减速器是利用永磁体之间的引力或斥力实现非接触式的力和运动传递的.通过有限元仿真,建立了盘式同轴永磁减速器低速侧气隙磁密轴向分量的分布曲线.通过对气隙磁密谐波静态结构、主动磁极转动时气隙磁密谐波的变化规律,以及磁密谐波与从动磁极磁力耦合过程的分析,从直观角度阐明了永磁减速器的传动机理.对气隙磁密的周期性变化过程进行了分析,探讨了从动转子输出静力矩中谐波分量的产生原因.     

永磁材料及温度对内置式永磁电机性能及转矩脉动的影响

研究了不同的永磁材料及其温度对内置式永磁电机的性能影响。给出了现代牵引电机二维有限元瞬态模型,采用有限元方法计算了不同型号的铷铁硼永磁材料及不同温度时电机的转矩、转矩纹波及齿槽转矩,并对其进行了比较分析。其结论对电机设计研究者及工程师具有指导参考意义。     

直驱永磁风电机组低电压穿越的一种控制策略

为提高并网直驱永磁风电机组低电压穿越运行能力,提出一种适用于双PWM变换器并网的永磁直驱风电机组低电压穿越运行的电机侧及电网侧变换器协调控制策略。电网电压跌落时,根据输入电网的电磁功率的变化控制电机侧变换器来限制发电机的电磁功率以平衡输入直流侧电容的功率,稳定直流侧电压;根据电网电压跌落深度控制电网侧变换器,提供一定的无功电流,有利于电网电压稳定与恢复,提高风电机组的低电压穿越能力。仿真结果表明,所提控制方案无需硬件装置,能有效实现永磁直驱风电机组的低电压穿越运行。     

基于磁极偏移圆筒永磁直线电机齿槽力的削弱

为了削弱圆筒型永磁直线电机的齿槽力,在简要介绍圆筒型永磁直线电机齿槽力产生原理的基础上,基于Ansoft软件对圆筒型永磁直线电机的齿槽力进行了分析.以单个磁极和初级齿相互作用产生的齿槽力为基础,运用叠加原理得到整个电机的齿槽力解析表达式,进而提出采用磁极分组偏移来削弱电机齿槽力的方法,并给出了磁极偏移距离的表达式.通过有限元仿真验证了该方法的有效性,同时对磁极偏移后电机的反电势进行了分析,发现该方法对电机反电势的影响很小,所得结论可为直线电机的设计提供一定参考.     

MTPA控制的直接转矩控制系统研究

为提高凸极式永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)运行效率,提出了一种基于最大转矩电流比(Maximum Torque Per Ampere,MTPA)控制的直接转矩控制系统新方案.详细论述了将MTPA应用于PMSM直接转矩控制(Direct TorqueControl,DTC)中的理论推导及其工程简化计算方法.利用矢量图分析了常规的DTC和MT-PA控制的DTC.通过仿真对这两种DTC进行了稳态和动态性能对比分析,证明了新方案不但具有常规DTC优良的动态性能外,在输出相同转矩的条件下,新方案所需的定子电流更小,从而有效提高了系统的稳态运行效率,特别是在电机重载的情况下尤其有效.