一种计算笼型异步电机稳态特性的有限元模型

提出一种计算笼形异步电机稳态特性的有限元模型.模型通过在气隙中设立人工边界,把电机场域分为定子和转子两部分.在转子侧采用叠加原理考虑各次空间谐波磁场的作用,利用气隙边界把定子场模型和各次谐波转子场模型耦合在一起.文中对一台电机进行计算,计算结果与实测值比较吻合.     

定子槽开口对感应电机转子涡流损耗的影响

为了精确计算感应电机转子上的涡流损耗并探讨定子开槽对其产生的影响,对于额定功率为2.2 k W极对数为4的小型铸铝转子感应电机中转子涡流损耗情况进行了详细分析。通过建立不同定子槽开口的电机模型,结合电机内谐波磁场的理论分析与二维有限元的计算方法,研究了电机气隙谐波磁场与定子槽开口的关系,揭示了转子中不同位置的磁密与涡电流分布情况,并对比分析了不同槽开口模型中转子铁心与导条中涡流损耗的大小关系。仿真结果表明:气隙中的谐波磁场以及转子铁心表面的涡电流密度都随着定子槽开口增大而增大;转子铁心及导条中的涡流损耗随定子槽开口的增大呈二次函数的增长趋势。     

感应电动机定转子全域温度场数值计算及相关因素敏感性分析

提出了针对无轴向通风冷却电机温度场计算的新思想，合理处理了电机定子与气隙之间以及转子与气隙之间复杂的对流散热过程， 妥善解决了定、转子之间的热交换问题。给出了散下线定子绕组的等效热模型，简化了计算难度并且节省了计算时间。在此基础上建立了笼型感应电动机定、转子全域温度场二维数学模型和二维有限元计算模型。计算了电机额定负载运行时定、转子的稳态温度场以及气隙温降；实验结果验证了该电机温度场计算模型的合理性和计算结果的正确性。在该温度场计算模型的基础上，分析了电机温度场对定子铜耗、散热翅高度以及定子绕组浸渍质量等相关因素的敏感性，为电机优化设计奠定理论基础。     

异步电动机应用磁性槽楔试验研究总结

异步电动机由于齿槽的存在,带来了气隙磁导的不均匀性,由此引起了磁导谐波。高压电机定子由于工艺的需要,须采用开口槽,这样气隙磁导齿谐波的振幅增大。众所周知,气隙磁导齿谐波的增大,带来转子表面铁损耗和转子齿脉振铁损耗的增加。由于上述的这种铁损耗是在转子上产生的,故鼠笼电机,特别是铸铝笼条转子电机更为严重。这种定子气隙磁导齿谐波在转子表面上     

磁性槽楔对永磁电机转子损耗及温度场影响

针对实心转子高压永磁电机定子铁心开槽会导致气隙磁导不均匀,气隙中谐波磁场引起电机转子温度升高,影响永磁体的电磁性能的问题,以一台315 k W,6 k V实心转子高压永磁电机为例,建立了样机的二维电磁场时步有限元模型及三维全域流体与固体耦合传热数学模型,给出了求解域及边界条件,通过求解计算模型,将计算数据与实验数据进行了对比,验证了所建模型的正确性。在此基础上研究了槽楔相对磁导率分别为3、5、7、9时对转子表面涡流损耗的影响,分析了磁性槽楔相对磁导率为不同值时电机转子及定子各部分的温度分布,计算结果表明定子槽楔相对磁导率数值的增加,电机的起动转矩降低,转子铁心涡流损耗逐渐减小,电机定子各部分温度先减小后趋于稳定。     

鼠笼感应电机转子断条和端环开裂的故障诊断和参数计算

该文采用磁导分析的方法，通过对定转子绕组中单元绕组的分析，研究气隙磁场。考虑气隙高次谐波的影响，从而导出定转子三相绕组的参数计算，为转子故障时的电流分析计算，提供理论基础和计算方法。该文分析了转子导条断条和端环开裂故障时的物理模型，给出了电机的定转子绕组的参数计算表达式，从而导出转子故障时的电流和频谱分析。该文对电机在dqn任意速坐标系中，电机在故障时定子电流的轨迹，为电机的故障诊断和在线监测提出了一种新的方法。较以往的电流监测方法更有利于克服边频带的影响。     

计及定子开槽的插入式永磁电机转子偏心空载气隙磁场全局解析迭代模型

采用解析迭代法研究定子开槽插入式永磁电机转子偏心气隙磁场全局模型。首先采用摄动法计算无槽定子、转子偏心气隙磁场;接着,利用以上结果给出定子开槽区域的边界条件,计算定子开槽后的气隙磁场;然后获得定子开槽后的边界条件,再次计算。经过多次迭代得到最终气隙磁场分布。本模型能够方便地计算各种偏心情况下电机的磁场分布。将本模型计算的气隙磁通密度分布、偏心力和齿槽转矩与有限元模型比较,结果吻合,表明了该全局解析模型的正确性和有效性。     

凸极同步发电机空载下的气隙磁场波形特征系数及转子温度场的数值计算

本在考虑匝间绝缘的情况下采用有限元法对定子具有分数槽绕组的凸极同步发电机的气隙磁场进行了数值计算。采用付立叶谐波分析的方法把气隙磁密分解为空间基波和一系列谐波，进而计算出气隙磁场波形特征系数。通过对气隙磁场的分析可以计算出转子表面损耗，进而计算出转子的温度场分布。以龙羊峡320MW发电机为例进行了计算，将理论计算结果与试验结果进行了比较，验证了计算的准确性。     

基于气隙转矩的笼型异步电动机转子断条监测

提出了基于气隙转矩的鼠笼异步电动机转子断条故障在线监测方法.根据旋转磁场理论研究了气隙转矩在电机正常及转子断条运行状态下包含的谐波频率成分.当电机转子出现断条故障时,气隙转矩将会含有2sfs谐波频率分量.通过对气隙转矩的计算处理,利用小波脊线提取气隙转矩中转子断条故障特征频率分量,克服了分析定子电流信号时的不足,实现了电机转子断条故障的在线监测.实验结果证明了该方法的有效性.     

基于等效磁路法的轴向永磁电机效率优化设计

针对双转子单定子模块化轴向永磁电机的磁场和性能计算,基于等效磁路法提出一种快速计算模型,探讨了定子内外径、永磁体轴向长度、气隙长度等参数对电机损耗和效率的影响。针对一台30k W定子模块化轴向永磁电机进行了效率优化设计,进一步利用所提出的等效磁路模型计算了电机气隙和定子齿的磁通密度波形、感应电动势等。该模型考虑了磁路饱和、电枢反应、漏磁通以及定转子相对运动的影响,将计算结果与有限元法进行对比,验证了模型的正确性与优化设计的有效性。     

表面埋入式永磁电机磁场解析

准确计算永磁电机的气隙磁场分布是设计、优化电磁性能的关键。该文在二维极坐标平面内建立表面埋入式永磁电机的精确子域解析模型,求解区域划分为定子槽子域、气隙子域和转子槽子域,根据分离变量法求解各子域的矢量磁位通解,并利用各子域之间的边界条件得出相关谐波系数。模型考虑了普通/交替极转子结构,永磁体径向/平行充磁方式,隔齿绕/全齿绕两种形式的分数槽集中绕组,可计算电机空载磁场、电枢磁场和负载磁场分布。以一台40极48槽交替极转子结构永磁电机为例,将气隙磁密波形的解析计算结果与二维有限元结果相比较,验证了解析模型的准确性。     

V型内置式永磁同步电机空载气隙磁场解析计算

针对V型内置式永磁电机气隙磁场解析计算问题，提出一种新的V型内置式永磁同步电机空载气隙磁场的解析计算模型。在二维精确子域方法基础上，提出5条等效关键准则，用等效解析永磁体电机模型代替初始的V型永磁体电机模型。等效解析模型划分为定子槽、定子槽槽口、气隙、扇形和环形5个求解域。在定子槽、定子槽槽口和气隙区域建立拉普拉斯方程，在扇形和环形区域建立泊松方程。用分离变量法求解各区域的矢量磁位表达式，根据各个求解域的边界条件和交界条件求出矢量磁位表达式中的谐波系数。对等效解析模型计算结果与V型内置式永磁同步电机的有限元法仿真结果进行比较，误差仅为0.97%,验证了等效准则建立的解析计算模型计算V型内置式永磁同步电机空载气隙磁场的有效性。     

转子偏心对大型汽轮发电机磁场分布及定子铁耗的影响

指出转子偏心是大型汽轮发电机的主要故障之一,故障发生后可能会改变气隙及铁心的磁场分布,加剧定、转子的振动,导致铁心变形、绕组磨损和绝缘破坏等严重后果。偏心后磁场的计算,传统的数值解析法推导过程复杂,准确度不高。以有限元方法为工具,建立了汽轮发电机二维瞬态场有限元模型,定量分析了发电机转子在偏心率不同时空载和额定负载工况气隙磁密各次谐波的变化情况,研究了定、转子铁心齿部和轭部磁场的分布状况,并在此基础上,讨论了不同偏心率对定子铁心损耗的影响。计算结果表明转子偏心会增加气隙磁密的偶次谐波含量,使转子偏心朝向处的定子磁密增大,反向处的定子磁密减小,导致局部过热,并增加了发电机的定子铁心损耗。     

发电机转子匝间短路故障电磁场数值分析研究

掌握气隙磁场的分布情况，是实现转子绕组匝间短路故障诊断的重要手段。考虑到短路故障会引起绕组电路拓扑结构的改变，本文通过机理分析推导，得到气隙磁场、定子电流、电磁转矩等一系列电气量的变化特征，并采用有限元数值分析法对故障状态的电磁场及电磁特性进行研究。以一台同步发电机为例，首先建立二维场路耦合有限元电磁场计算模型，通过仿真分析对比了电机额定工况时发生短路故障前后磁场分布的差异；然后对匝间短路故障下产生在电机气隙磁密中不同频率的谐波、定子支路中的电流及电机电磁转矩的变化规律进行了深入分析；最后重点针对故障对电机运行性能的影响进行了探讨。本文可为同步发电机早期故障诊断提供理论依据，为工程实际提供参考。     

转子静态偏心对低速大转矩永磁电机性能的影响

低速大转矩永磁电机通常由于偏心负载造成电机的偏心,直接造成电机气隙磁密分布的不均匀。气隙磁密的不均匀又会造成电机运行性能的改变。为此通过ANSYS软件建立转子偏心模型,对不同程度的偏心模型进行计算。结果表明转子偏心后,气隙磁密的奇数次谐波不变,偶数次谐波磁密增多,磁密谐波畸变率增大。电机反电势基本不随转子偏心改变。电机铁耗受转子偏心距离增加影响不大。     

无刷双馈电机转子偏心对气隙磁场的影响

为准确分析转子偏心故障后无刷双馈电机气隙磁场的分布特点及变化规律,首先采用磁动势磁导法对定子侧两套不同极对数绕组产生的磁场进行分析,得到转子偏心对气隙磁场的影响;然后建立无刷双馈电机转子偏心场路耦合模型,对无刷双馈电机偏心故障下气隙磁场进行计算。经分析得到:转子静、动偏心故障会使气隙磁场发生畸变,引入新的空间谐波成分。转子动偏心故障还会引入新的时间谐波;研究时间谐波随偏心程度的变化规律,以及在同等偏心程度下,时间谐波随气隙位置的分布规律。解析法结果与场路耦合模型仿真计算结果一致,并与测试线圈的测试结果做对比,该文为转子偏心故障的检测和诊断提供了相应的理论依据。     

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.     

电机参数对永磁同步发电机电流谐波的影响

永磁同步发电机(PMSG)以其结构简单,体积小,效率高,功率密度大和运行可靠等诸多显著优点在新能源发电和电力驱动领域得到了快速地推广和应用。永磁同步发电机输出电流的谐波含量受到定转子间的有效气隙长度,定子槽口宽度及永磁体磁化方向厚度等电机设计参数的影响。本文首先建立了上述参数与电感的数学关系式,然后利用Ansys软件建立了表贴式和内置式两种转子类型的电机有限元模型,并在上述基础上分析了电机不同转子结构、气隙长度、定子槽口宽度和永磁体厚度对电感参数的影响进而结合仿真分析了上述电机参数对永磁同步电机电流谐波的影响。     

基于子域分析模型的实心转子感应电机磁场解析

子域分析技术作为一种简捷高效的磁场解析方法,已在电机恒定磁场解析领域获得广泛应用.该文以实心转子感应电机为例,将子域分析技术拓展到电机磁准静态场解析领域.在二维极坐标平面内,将实心转子感应电机求解区域划分为定子槽子域、气隙子域和实心转子子域,从而在复频域建立考虑定子开槽影响的实心转子感应电机精确子域解析模型.该解析模型着重求解实心转子子域的偏微分方程,根据运行方式的不同,分别给出同步运行和异步运行两种工况下的解析表达式.在解析计算结果的基础上,根据磁链法计算实心转子感应电机的运算电感.最后,通过二维时谐有限元分析验证了解析模型的准确性.     

笼型异步电动机空载、满载、杂散损耗及反转法试验

多相笼型异步电动机的负载杂散损耗至今很少是在额定电压和满载下进行测量,因其极难达到所需的测试精度,而大都是用反转试验代替。本文主要论述反转试验是否产生代表性结果的问题,并根据磁密空间谐波和转子电流谐波的一系列新研究,确定杂散损耗可预测到何种程度。为此将定子槽半闭口与开口,转子有变数斜槽与直槽的4极11千瓦多相异步电动机,在空载、满载条件下并用反转试验测量其杂散损耗,同时对直槽电机作了计算。定转子空间谐波与转子电流谐波的理论和实验研究见文献。被研究直槽转子电机杂散耗包括下列各项: 谐波电流引起的鼠笼I~2R杂散耗,转子电流谐波的计算已考虑到定转子槽的影响、与定子槽有关的不同频率电流系统的互耦,特别是当转子谐波场有定子齿基波磁密迭加时由于磁饱和引起的气隙磁漏的减