MW级双并列转子低速永磁直驱电机设计方法与性能分析

针对二辊式轧机、双螺杆泵等并行同步对驱类设备存在体积庞大、主从动轴同步性差且需要定期维护等问题，提出一种双并列转子永磁电机直驱系统，整个传动系统更加紧凑高效。结合工程需求，构建了双并列转子永磁直驱电机的基本结构，定义了双并列转子永磁电机定子耦合区内的设计关键参数，并基于等效磁路法对耦合区磁路分布进行了分析，从定子分块规则和冲片几何结构的角度出发，建立了耦合区内耦合角的确定方法。对一台额定功率为1 200 kW、额定转速为20 r/min的双并列转子永磁直驱电机进行了电磁设计，通过数值仿真对所设计的电磁方案进行了校核分析，探讨了占空角大小对转矩脉动和转子所受不平衡电磁力的影响，为双并列转子永磁直驱系统的研发奠定了基础。     

开关磁阻电机转子径向电磁合力的解析建模

由于开关磁阻电机的双凸极结构及磁饱和特性的存在,运转过程中转子径向电磁力的表征缺乏系统有效的方法,造成电机转子振动和噪声分析困难。该文综合等效电路和麦克斯韦应力法,给出了单定子线圈激励下转子所受径向电磁力的表达式。在六对绕组分别采用方波电流和叠合电流激励的工况下,推导了偏心转子运转过程中所受径向电磁合力的解析表达式。在额定转速下,分析了转子所受径向电磁合力的时间历程和频谱分布规律。电磁有限元仿真计算表明该解析模型具有较高的精度,为后续分析开关磁阻电机转子的机电耦合振动奠定了基础。该文建模方法还可用于不同定转子极数的其他开关磁阻电机转子在运转过程中的径向电磁合力建模。     

铸铜转子双三相异步电动机设计与优化

以新型电动车用驱动电机为设计目标,利用有限元软件建立铸铜转子双三相异步电动机二维电磁仿真模型,计算电机的峰值输出转矩和功率。对比分析铸铜转子与铸铝转子在效率方面的差异,进一步计算电机的效率分布,通过调节定子和转子槽型来优化电机的效率分布,使电机的最高效区域分布在电动车的常用工况区;对比分析对称电压供电情况下,双三相定子绕组与三相定子绕组在一相忽然断路时对电机转矩的影响,并给出双三相电机缺相运行时的控制策略。以电机的实测数据来验证仿真计算的正确性,电机输出特性满足电动汽车需求。     

基于不对称转子结构与序贯田口稳健优化方法的同步磁阻电机设计

目前,传统同步磁阻电机三层磁通屏障的转子设计性能较好、制造简易,得到行业的认可。讨论转子的不对称磁通屏障结构与磁通屏障结构变形对全面掌握同步磁阻电机的特性至关重要,因此该文研究了在不同功率等级下同步磁阻电机不对称设计规律以及基于序贯田口稳健优化方法的类凸极转子同步磁阻电机。首先对传统同步磁阻电机在一定功率等级下优化计算,得出抑制转矩脉动的不对称设计规律;然后根据开关磁阻电机凸极结构,设计类凸极转子同步磁阻电机,应用序贯田口稳健优化方法对采用分布式绕组的12槽8极电机优化得到最优功率等级,并应用至集中式绕组电机,应用磁路模型以及有限元仿真对采用不同绕组的电机作性能对比分析;最后提出一种结构更加简单、制造成本更低的同步磁阻电机。     

计及固有不平衡的双馈电机定子匝间短路故障分析

双馈式发电机的定子匝间短路的故障特征,本质上是由定子三相不平衡引起的。当实际生产的电机定子绕组存在轻微的固有不平衡时,也会在转子电流引起高次谐波,这些谐波的与定子绕组匝间短路的引起的谐波相近,这会导致对电机定子绕组轻微匝间短路的误诊断。使用Ansoft软件建立了双馈电机三相对称的理想模型、包含定子固有不对称的实际模型、三相对称情况下定子匝间短路的理想故障模型以及定子考虑固有不平衡时的匝间短路模型:用以分析考虑定子固有不平衡时双馈式发电机定子轻微匝间短路的故障特征,使得建模更贴近实际情况。对故障后双馈式发电机转子电流和电磁转矩进行了频谱分析,指出轻微固有不平衡与轻微匝间短路在转子电流引起相同的特征频率。但在电磁转矩中,并没有引起明显的特征频率,可通过电磁转矩的特征频率确定电机发生定子匝间短路。     

变极法设计无刷双馈电机绕线转子的研究

为提高无刷双馈电机绕线转子绕组与定子上不同极对数的功率绕组和控制绕组的电磁耦合能力,改善电机性能,采用变极法设计了一种3Y/3Y型绕线转子绕组。介绍了该转子的结构和设计原则,该转子绕组的9条并联支路连接成对应两种极对数的两种3Y连接方式,且这两个3Y结构反相序连接。给出了依据该方法设计的一种5/2对极绕线转子实例,该设计方案不仅使得两种极对数下的绕组系数都较高,而且都是对称的。通过电磁场有限元仿真得出了不同绕组的感应电动势波形。仿真结果表明,采用变极法设计的3Y/3Y型绕线转子,定子绕组的感应电动势谐波含量低。该研究为无刷双馈电机绕线转子的设计提供了一种可行方案。     

双馈风力发电机转子匝间短路故障分析

双馈式风力发电机转子绕组发生轻微匝间短路后,该极磁动势将发生变化,气隙磁密分布不再对称,不对称的磁密分布将在定子绕组内感应附加谐波电动势,形成附加的谐波电流.因此,可以通过分析定子绕组的并联支路环流来检测转子绕组匝间短路故障.采用多回路理论,针对一台4极电机进行建模,仿真计算了不同匝数短路故障时的定子一相并联支路的环流,所得结果与理论分析相符,从而验证了所建立模型的正确性.     

定子永磁式双转子电机电磁性能分析

为了提高双转子电机的转矩密度,实现其应用于混合动力汽车驱动系统的小型轻量化和平稳运行的需求,提出一种三相12/22/12极定子永磁式磁通切换双转子电机结构,其绕组和永磁体均位于外定子和内转子上,外转子上无绕组和永磁体,避免了外转子的冷却问题。对定子永磁式磁通切换双转子电机的拓扑结构及工作原理进行了介绍,采用有限元方法对电机磁场分布、气隙磁密、永磁磁链、空载反电动势、电感及转矩等电磁性能进行了分析。研究结果表明,提出的定子永磁式磁通切换双转子电机结构具有内外电机磁场耦合小、空载反电动势正弦性好、转矩密度大、转矩脉动小的特点,并通过原理样机实验结果验证了电机设计的有效性。     

在线检测发电机转子绕组匝间短路的新方法

针对转子绕组匝间短路故障频发的现场实际情况,首先分析了隐极同步电机转子绕组匝间短路后励磁磁势的变化,采用气隙磁导法分析了电机气隙磁场,指出转子匝间短路故障使电机气隙磁场不对称,从而产生不均衡的磁拉力。由力的相互作用原理可知,该磁拉力不仅作用于转子,改变转子基频振动,同时还影响定子铁心的振动。随后对不平衡磁拉力引发的定子铁心的振动模态进行了分析,得出了转子匝间短路后定子铁心基频振动幅值增大的结论。最后在MJF-30-6故障模拟发电机组上进行了转子绕组匝间短路模拟实验,实验结果表明,可以通过定子铁心基频振动诊断隐极同步电机转子匝间短路故障。     

绕组跨接式分体双转子开关磁阻电机的研究和设计

为解决转子分体式开关磁阻(S-SR)电机效率提升不理想问题,对绕组跨接式分体双转子开关磁阻(DJ-S-SR)电机进行研究。该电机采用内外转子单端同轴输出结构,双套轴承,避免了双转子电机常用的悬臂结构可能造成的轴承寿命缩短问题。绕组采用跨接,避免内外磁路共轭引起的定子轭部饱和。研究了定子外径、内径比值,定、转子极弧,内、外转子相错角对性能的影响程度。在同体积下研制3.5 k W的V-SR电机和DJ-SSR电机,对比实测效率,确认了DJ-S-SR电机的性能优势。     

变频驱动下双斜槽转子感应电机径向电磁力特性分析

针对变频驱动下双斜槽转子感应电机振动性能研究的不足,对变频驱动下双斜槽转子感应电机的径向电磁力展开研究。首先从变频器的输出谐波特性出发,采用解析法分析了气隙磁通密度成分,并通过分析各个磁通密度谐波的相互作用得到了径向电磁力的幅值、阶次、频率的表达式。然后采用分层有限元法结合二维快速傅里叶分解,得到了平均径向电磁力的时空分布频谱。通过不同供电方式与不同转子结构下气隙径向电磁力的对比,发现双斜槽转子结构能够有效地削弱由变频供电引入的部分高频附加径向电磁力。最后通过实验对比不同供电方式下电动叉车用双斜槽转子感应电机机壳表面的振动频谱,进而验证分析的正确性。     

隐极同步发电机转子匝间短路时转子不平衡磁拉力特征分析

考虑到转子匝间短路会在定子回路产生与极对数和定子绕组形式有关的偶数次和分数次不平衡电流分量,首先基于不平衡电流谐波分量产生的各次谐波磁动势,推导了转子在定子直角坐标系中不平衡磁拉力(UMP)的表达式,并根据故障时定、转子磁动势的特点,得到了故障后UMP的频率分量表达形式,形成了一套完整的故障时UMP特征分析方法。用该方法对不同极对数的隐极发电机样机转子匝间短路故障进行了分析,并通过基于ANSOFT软件的场路耦合计算得到了故障中转子电磁力的数值结果。仿真结果符合理论分析的UMP特征,验证了所提出的转子受力分析方法的正确性。理论分析与仿真结果均表明,不同极对数和定子绕组形式的发电机故障时转子UMP的谐波特征不同,为机电信息融合的转子匝间短路故障监测奠定了基础。     

无刷电励磁同步电机不同转子结构的对比分析

研究了一种特殊结构的无刷电励磁同步电机,该种电机由无刷双馈电机衍化而来,其取消了电刷和滑环,结构简单可靠,减少了维护费用。定子上同时嵌有不同极数的两套绕组,分别为三相电枢绕组和单相励磁绕组。详细介绍了该种电机的结构特点和运行机理,分别推导了磁障转子和混合转子无刷电励磁同步电机的等效电路和电磁转矩表达式。为分析这两种转子结构对电机性能的影响,对该种电机的运行特性进行了仿真研究,并研制了两台具有相同定子、不同转子结构的样机,测量了两台样机的定子绕组电感参数,对样机的不同运行方式进行了实验研究。仿真和实验结果表明:混合转子无刷电励磁同步电机的起动能力和带载能力较好;磁障转子无刷电励磁同步电机的损耗略小。     

绕线转子无刷双馈电机的d-q轴数学模型

在阐述绕线转子无刷双馈电机的定子绕组、转子绕组结构和静止a-b-c轴数学模型的基础上,推导出电机的d-q轴数学模型。这种电机模型建立在一个任意d-q轴坐标系下,使用起来方便,消除定子绕组和转子绕组之间互感矩阵的时变系数,缩短计算时间,有利于控制方法的实现,适用于绕线转子无刷双馈电机动态和稳态性能的分析研究。d-q轴数学模型的参数能根据电机的设计几何尺寸和经验公式得到。通过仿真分析结果和实验数据的对比,验证了任意d-q轴数学模型的正确性。绕线转子无刷双馈电机任意d-q轴数学模型的建立为电机性能分析和控制策略的研究奠定基础。     

新型绕线式转子结构无刷双馈电机的磁场调制机理分析

介绍了一种转子绕组绕线式结构的无刷双馈电机磁场调制原理,分析了电机定子2P和2C极绕组及其在转子绕组中产生磁动势,推导出电机稳定运行条件。对特殊笼形、磁阻式转子结构磁场调制机理也作了介绍,对不同转子结构调制原理进行了对比。     

转子偏心对发电机非正规绕组环流损耗的影响

为研究转子静态偏心对汽轮发电机支路不对称绕组环流及环流损耗的影响,以一台2极397 MW汽轮发电机为例,建立了其二维瞬态场有限元求解模型,对电机转子在不同偏心率下的定子绕组各支路环流进行了分析计算,得到了支路环流随时间的变化规律,给出了各支路环流的谐波含量,并在此基础上求取了支路环流损耗;最后将计算结果与支路对称时的情况进行了对比。分析结果表明,转子静态偏心情况下支路不对称绕组的环流损耗随着偏心率的增大而增加,在相同的偏心率下支路不对称绕组的环流损耗大于支路对称绕组的环流损耗,在支路不对称绕组的工程设计中应充分考虑环流损耗所带来的影响。     

外转子双馈双凸极永磁风力发电机的设计与研究

提出了一种新型的外转子双馈双凸极永磁风力发电机.该电机采用混合励磁结构形式,在电机的定子上同时存在直流励磁绕组和永磁体作为电机的励磁;电机的电枢绕组也安放在定子上,实现了定子的双馈形式;外转子全部由铁心组成,结构简单.该电机的创新在于每一块永磁体都有一对磁路与之相并联的附加气隙,这样可以更加有效地实现对气隙磁场的调节.由于气隙磁场可以随意调节,所以该电机可以在不同的转速和负载电流的情况下实现恒定的输出电压.     

无刷双馈调速电机的绕组结构

本文研究了无刷双馈调速电机的定、转子绕组结构，并结合样机的研制（Ｐｐ＝３，Ｐｃ＝１）讨论了单定子绕组的组成、磁势与转子绕组的构成。虽然文中提出的绕组数据对电机的特性不是完美的，但提出的定、转子绕组的型式及定子绕组的出线对设计无刷双馈调速电机的单定子绕组及转子绕组是有指导意义的。     

大型核电汽轮发电机定子内部短路故障时局部电磁力分布研究

定子绕组内部短路故障是核电汽轮发电机典型的故障之一,故障发生后极易出现转子损坏、槽楔破损、绕组断裂等严重问题。因此,掌握定子绕组内部短路故障后发电机电磁力的分布特点并找出电磁力集中位置是非常重要的。首先,建立了二维场-多回路-运动耦合时步有限元法、麦克斯韦张量法与洛伦兹力原理相结合的电磁力计算模型,然后,以一台1 407 MV·A核电汽轮发电机为例,计算了定子绕组短路故障后转子表面和定转子绕组的径向力与切向力以及定转子槽齿壁电磁力,并分析了故障后定转子的电磁力分布特点和电磁力相对集中的区域,最后讨论了计算结果的准确性与合理性。该文所研究的电磁力结果,可作为载荷应用于故障电机的结构形变分析和疲劳分析,所提出的电磁力分析思路也可为求解其他类型电机定子内部短路故障的电磁力问题提供参考。     

无刷双馈电机的发展及其结构原理应用综述

介绍了无刷双馈电机的发展进程及国内高校目前对无刷双馈电机研究的现状,剖析了无刷双馈电机的原理及其结构,对不同结构的定转子优、缺点进行了总结并阐述了无刷双馈电机的应用情况,指出了无刷双馈电机需要在定子绕组、转子绕组的设计上进一步优化,减少转子产生的谐波对电机运行的影响,使其运行过程更加节能稳定。