高速永磁电机设计与分析技术综述

高速永磁电机在航空航天、能源及精密制造等领域具有广阔的应用前景。该文首先介绍了现有文献中的高速永磁电机定转子结构及其所使用的材料;然后从定子铁耗、铜耗、转子涡流损耗与风摩损耗等方面,分别总结归纳了电机中各项损耗及其计算方法;对比分析了各种高速永磁电机温升计算方法;概述了高速电机转子支承方式的发展情况。总结了转子强度与动力学分析相关的问题,最后展望高速永磁电机相关技术的主要发展方向。     

高速永磁屏蔽电机损耗分析与温升研究

损耗是影响电机效率和发热的重要因素,定子屏蔽护套作为高速永磁屏蔽电机损耗的主要来源,合理的设计是保证电机可靠安全运行的关键。本文基于有限元模型计算分析电机定子屏蔽护套的涡流损耗以及电机温升分布,并对屏蔽护套损耗敏感性因素进行研究;通过样机试验分离出定子屏蔽护套涡流损耗。试验与理论分析结果基本一致,验证本文所建立的高速永磁屏蔽电机有限元模型的正确性,对今后屏蔽电机的分析、设计具有理论指导意义。     

高速永磁电机的转子涡流损耗分析

在高速永磁电机中,转子涡流损耗会使转子温度升高,影响电机效率等性能,甚至导致永磁体过热退磁.针对高速永磁电机中的转子涡流损耗问题,进行了解析分析和有限元计算,分析了产生转子涡流损耗的谐波来源,研究了不同定转子结构电机的转子涡流损耗,分析了定子槽数、槽口宽度、气隙长度、屏蔽层、定子齿开辅助槽对转子涡流损耗的影响.结果表明,增加定子槽数、减小槽口宽度、增加气隙长度可以减小转子涡流损耗;在护套和永磁体中间加一层高电导率屏蔽层能有效减小永磁体的涡流,且选择合适的屏蔽层厚度能够进一步减小转子涡流损耗;提出了使用合适宽度、深度、角度和槽型的辅助槽来减小转子涡流损耗、帮助电机散热的新方法.对高速永磁电机的研制具有重要的理论研究和工程应用价值.     

使用辅助槽减小高速永磁电动机的转子涡流损耗

在高速永磁电动机中,转子涡流损耗会使转子温度升高,影响电机效率等性能,甚至导致永磁体过热退磁。针对高速永磁电动机中的转子涡流损耗问题,提出使用辅助槽来减小转子涡流损耗,研究了不同宽度、深度、槽型、数目和槽角的辅助槽对转子涡流损耗的影响,分析了其减小转子涡流损耗的原因以及开辅助槽对电机性能的影响。得出通过选取合适的辅助槽可以减小转子涡流损耗,同时不会明显降低电机的反电势。对高速永磁电动机的设计和分析具有重要的理论研究和工程应用价值。     

高速永磁电机的永磁体和护套涡流损耗分析

应用于飞轮储能的高速永磁同步电机涡流损耗的研究对于电机可靠性具有重要意义。通过有限元仿真分别计算永磁体和护套中的涡流损耗,并重点研究高速电机护套材料电导率的不同对于高速电机转子涡流损耗的影响,以及永磁体与护套电导率的比值对转子总损耗的影响。结果表明:在选择护套时并不是导电率越小越好,只有当小于某个特定电导率时,总损耗才能降低;并且护套材料的电导率越大,其对永磁体中的涡流损耗的屏蔽效果越明显,护套材料电导率的大小,对损耗在护套和永磁体中的分布起了一定的分配作用。     

不同保护型式下的高速表贴式永磁转子应力与温升分析

针对高速表贴式永磁转子的不同保护型式,建立了三层配合下的表贴式永磁转子应力解析计算模型,基于该解析计算模型对钛合金护套和碳纤维护套保护下的永磁转子进行设计,并通过有限元法对解析计算模型的正确性进行验证。研究了不同护套材料、过盈量、极间填充材料、温度等因素对护套等效应力的影响规律。建立了高速表贴式永磁转子涡流损耗与温升的计算模型,研究了不同护套保护措施、不同填充材料下,永磁转子涡流损耗分布与永磁体温升特性。在此基础上,完成了一台高速表贴式永磁电机的设计与制造,并进行了实验,结果证明了该文计算分析的正确性。     

高速永磁电机转子涡流损耗解析计算

高速永磁同步电机采用变频器供电含有大量谐波、频率高等特点导致转子涡流损耗升高,从而使电机温度上升,给散热带来困难,影响电机效率、永磁体性能等指标。针对表贴式高速永磁电机,推导转子涡流损耗的解析计算,该方法在极坐标系下建立物理模型,考虑气隙长度、护套、永磁体等子域,并为了提高模型的计算精度,考虑了涡流反应影响和定子的开槽效应。以一台15kW表贴式高速永磁电机为例,采用正弦波供电和PWM供电两种供电方式,分析气隙长度、槽开口宽度以及护套材料对转子涡流损耗的影响。将解析法的计算结果和有限元法结果进行比较,验证解析方法的准确性。     

储能飞轮用大功率高速永磁同步电机电磁设计

储能飞轮用高速电机的工作状态包括电动机、发电机及空载三种。提高储能飞轮的能量转换效率、降低电机在各种运行状态的损耗成为其电磁设计的主要任务。从工程应用的角度,对储能飞轮用大功率高速永磁同步电机的绕组损耗、铁心损耗及涡流损耗进行了分析,重点分析了定转子间隙对转子构件涡流损耗的影响,同时提出了一种阶梯式转子永磁体结构,可满足永磁同步电机(PMSM)对空载反电动势的低谐波要求,并提出了转子护套材料的选取原则。最后通过一个算例介绍了电机的设计分析及性能参数的计算。     

LNG泵用低温高速永磁电机三维电磁场与涡流损耗的分析计算

针对液化天然气(liquefied natural gas,LNG)泵用低温高速永磁电机换相频率高、损耗大的问题,研究低温高速永磁电机三维电磁场与涡流损耗的分布特征及变化规律。结合电机材料低温电磁特性,构建电机三维全域瞬态电磁场-路耦合有限元数学模型,揭示低温高速永磁电机端部磁场的衰减规律。分析护套属性对永磁体涡流损耗的影响,探索低温与常温环境下永磁体涡流损耗的差异性,并进一步研究电流换相动态过渡过程永磁体与护套涡流电密的瞬时变化特性,得到转子瞬时涡流损耗的分布曲线,确定电机端部结构件中涡流电密及涡流路径的分布。分别从电磁参数、转子涡流损耗数值以及电磁转矩的角度对模型以及计算结果进行验证。     

一种降低内嵌式永磁电机磁钢损耗的新方法

高速永磁同步电机以其体积小、效率高、功率密度大等优点,广泛应用于飞轮储能系统。电机温升直接影响到电机的性能与可靠性,而在高速电机中,由于定子电流时间谐波和气隙磁场中的高次空间谐波产生的永磁体涡流损耗变得不可忽略,其损耗积累导致的温升会对永磁体性能产生较大影响。考虑到本电机转子内嵌式永磁体结构,无需采用护套,及永磁体表面镀层工艺对镀层厚度的限制,本文采用了永磁体表面覆铜板的方式加入高电导率蔽层以减小永磁体损耗,优化了电机温升,使转子稳态温度降低了30.6%。本文以一台4极,150k W,9000r/min的永磁电机为例,建立二维有限元模型,通过有限元计算分析了电机空载状态下的损耗与温升,并通过实验验证了模型与仿真结果的正确性。     

基于生命周期评价的不同电源对环境影响的比较

用生命周期评价方法对工业固体废弃物焚烧发电、生物质气化发电、风力发电、天然气燃气蒸汽联合循环发电等几种电源型式对环境的影响,进行了编目分析,计算了其污染物排放量,并且都与燃煤发电进行了比较。     

基于串口通信的DSP在线烧写技术研究

为了解决DSP嵌入式系统某些特殊应用场合升级不方便、维护困难的问题,提出了一种基于串口通信向片内Flash在线烧写程序的方法.描述了该在线烧写方法的基本思想和实现步骤,并结合工程实际需要,优化了接收升级指令的时机,并在片内Flash设置应用程序备份区,进一步提高了烧写的可靠性和安全性,增强了系统的容错性和自愈恢复能力.实验结果表明,该方法有效可行,方便可靠,相比于传统基于JTAG烧写,可摆脱仿真器进行程序升级,提高了嵌入式系统的可维护性.     

基于SOPC的舵机控制器研究

研究一种开放式全数字舵机控制器。控制器采用了全数字三闭环控制,实现了舵机位置伺服控制功能,其中位置环采用PID参数模糊自整定的算法,电流环、速度环作为内环采用PI调节的算法,并对采用PID参数模糊自整定的算法和传统PID算法所得的结果进行了对比分析。实验结果表明,系统有较好的鲁棒性和动、静态性能,可达到位置跟踪效果。     

基于光生物效应的办公空间采光研究初探

该文将办公室天然采光与光生物效应相结合,通过分析在不同光气候、季节时段、采光口朝向、亮度水平的天然采光条件下,人眼瞳孔大小、主观感受等变化规律,研究在光生物效应作用下,天然光的光色（光谱分布）、光照强度（亮度）与人的视觉心理生理变化之间的关系,整理在不同光色下瞳孔变化与亮度水平函数关系式,以期能提出符合节能要求、有利于办公人员身心健康及提高工作效率的办公空间采光环境方案,完善办公空间天然采光的健康模式,从而进一步促进绿色照明和健康照明。     

基于Linux的SCADA系统后台服务器的研究

随着微机技术的不断发展，以Linux为代表的自由软件越来越多地应用于各个领域。针对自由软件Linux应用到电力SCADA系统后台服务器中这一课题进行了可行性研究。通过与传统的Unix工作站后台服务器相比较，提出了基于PC／Linux的SCADA后台服务器。     

基于微位移的超分辨重建技术研究

CCD图像传感器广泛用于图像采集,受其内部结构和外部条件的影响,采集到的图像质量不能满足人们的需求,通过硬件改进提高图像质量面临经济与技术两方面的难题。为此本文利用多幅微位移图像间的冗余信息重建出高分辨率图像,既低成本又易实现。针对CCD与目标物间有相对微位移来获取序列低分辨率图像的情况,采用一种解线性方程组的方法对采集到的4幅微位移图像进行重建,并对这种算法进行优化。实验结果图可清晰地看到重建图像可分辨更多线对,高频信息量增加,算法具有较好的效果。     

基于PMU的状态估计的研究

传统的状态估计是基于单相纯正弦模型的,但实际电力系统的三相并不是完全对称,这就导致了传统的状态估计存在着固有的误差.随着基于GPS同步相量测量单元(PMU)的应用和计算机技术的发展,该文提出了一种以PMU为基础的三相状态估计和谐波状态估计算法以消除这种固有误差.利用PMU的电压幅值测量值和相角测量值与SCADA原有的测量值构成的混和量测系统一起用于状态估计,从而提高网络的可观测性及状态估计的精度,来弥补传统状态估计的不足.所以这种算法可根本解决系统三相不平衡和状态向量非纯正弦带来的误差问题.最后讨论了对该算法的评估方法.     

基于RTDS建模的分布式光伏对配电网影响研究

随着分布式光伏的大规模推进,需要研究分布式光伏接入配电网后对电压、 电流和继电保护带来的影响.首先,根据分布式光伏和配电网的典型结构,基于RTDS建立分布式光伏接入配电网的仿真模型.其次,仿真分析在不同的光伏渗透率、故障类型和故障位置下分布式光伏对配电网电压和电流的影响.然后,研究电网故障状态下分布式光伏对配电网继电保护的影响.仿真结果表明,分布式光伏接入配电网后使电压增大、系统提供的电流减小,分布式光伏渗透率较大时可能使过流保护拒动以及重合闸失败,因此需要重新整定保护定值.     

基于TMS320C6747的SVPWM实现方法研究

空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation)是逆变系统设计的是重要方法之一,本文详细介绍了SVPWM方法,探究了使用数字信号处理器TMS320C6747生成SVPWM波的方法和实现过程。对SVPWM实现的软件和硬件均进行了设计,并在此基础进行了实验,实验表明该逆变系统的具有良好的可行性、有效性和可靠性。     

基于PSCAD/EMTDC的电网GIC影响仿真分析

地磁暴在电网中产生的地磁感应电流影响电力系统运行,研究地磁感应电流在电网中的分布、大小及影响等问题有重要意义。在提出了研究我国电网地磁感应电流影响问题必要性的基础上,给出了基于平面波理论的地表面势的算法,以及用PSCAD／EMTDC软件分析电网地磁感应电流影响的思路,并对仿真分析中的仿真条件、理论依据、注意事项等问题进行了讨论,最后给出了仿真实例的分析结果。实例分析表明,我国电网的地磁感应电流问题是有必要深入研究的课题,PSCAD／EMTDC软件是分析电网地磁感应电流影响的有效工具和最佳选择。