热场影响下新能源用接触器弹跳特性研究

多物理场耦合计算和弹跳特性研究是衡量接触器性能优劣的重要手段,而以往的弹跳力学模型往往忽略了温度场对接触器动态特性的影响。因此,深入研究热场影响下接触器的弹跳特性十分必要。该文首先建立了某型号新能源用大功率接触器的热场模型、电磁特性模型及振动碰撞力学模型,实现了接触器热场、电磁场和机械力场各节点参数的实时交互传递和耦合计算;之后通过与试验结果对比验证了接触器机-电-磁-热多物理场耦合计算结果的正确性;最后分析了温度、长时间反复短时工作、可动部件质量等因素对接触器弹跳特性的作用规律。研究成果可为新能源供电系统和相关设施的安全、可靠运行提供理论基础。     

基于场路耦合法的异步牵引电机电磁场分析

随着我国高速铁路的快速发展,对异步牵引电机的运行性能提出了越来越高的要求.为进一步优化异步牵引电机的性能,需要准确计算电机电磁场的分布和特性.采用场路耦合法,在忽略定转子端部对电磁场分布影响的前提下,建立了异步牵引电机电磁场分析的场路耦合模型.基于所建模型,利用Ansys软件对一台3相4极异步牵引电机进行二维电磁场仿真计算,得到电机在不同运行状态的磁力线分布和定子电流.仿真结果与电机的设计数据有很好的一致性,证明所建场路耦合模型的正确性,为异步牵引电机的优化设计提供了理论指导.     

电机绕组缺陷的电-磁-热多物理场仿真与定量检测方法

针对传统方法缺乏考虑电机绕组缺陷尺寸变化对检测效果的影响,以及接触式检测的局限性,建立一种考虑电-磁-热耦合的电机绕组缺陷的多物理场模型,并提出基于脉冲涡流热成像的定量检测方法。基于脉冲涡流检测过程中的电磁感应与热传导机理,建立电-磁-热多物理场耦合模型模拟涡流激励下缺陷的生热过程,给出不同种类缺陷的电磁场与温度场分布,并揭示了缺陷尺寸变化对温度分布及检测结果的影响机理。进一步设计电磁感应激励红外热成像检测系统,在脉冲式激励模式下获得了电机绕组的热像图序列,通过定量处理后实现电机绕组的绝缘破损、铜条表面裂纹、绝缘减薄与铜条裂纹复合缺陷等缺陷的可视化检测。所提多物理场方法仿真结果表明,缺陷处温度低于周围非缺陷处温度,且缺陷中心处温度随绝缘层变薄而增大,实验分析结果与仿真一致,验证了模型的准确性。     

能量回馈型超声波电动机的结构设计与特性分析

为解决极端封闭环境中微机器人检测精密驱动及其电子设备自供电问题,提出了一种具有振动能量采集功能的超声波电动机。电机定子由两组压电陶瓷和金属基体构成锥面夹心结构,一组压电陶瓷利用逆压电效应将电能转换成机械振动能,实现电机的精密驱动与定位;另一组压电陶瓷利用正压电效应将定子机械振动能采集转换成电能,实现对电子器件自供电。对电机定子结构和压电陶瓷极化分区模式进行了设计,利用有限元分析软件建立了电机定子结构有限元机电耦合模型,仿真分析了电机振动模态、谐响应、输入导纳特性、能量采集转换特性和阻抗匹配特性等。研究结果为实现基于压电转换的驱动和能量采集一体化机电产品提供理论基础。     

航空接触器散热特性分析及耦合迭代热分析方法

大功率接触器是飞行器配电系统的关键控制和保护部件.在空气稀薄的高空环境下工作的接触器,由于对流效果减弱更容易产生过热问题.针对某型航空用大功率直流接触器,利用建立的电-热-气多物理场耦合模型,研究了接触器的散热特性.在此基础上,为了提高计算效率,提出一种基于对流系数迭代的热电耦合计算方法,对比实验结果可知,该计算方法在...     

基于多物理场耦合的特高压并联电抗器振动噪声仿真分析与实验研究

为全面研究特高压并联电抗器振动噪声特性及预测大小,考虑电抗器振动噪声产生机理,建立了基于多物理场耦合的电磁-结构-噪声全过程仿真电抗器模型。基于场-路耦合的电磁学理论,采用虚位移原理计算了电抗器电磁力;基于电磁-结构耦合的动力学理论,以电磁力为载荷,求取电抗器振动特性与振动速度;基于结构-噪声耦合的声学理论,以电抗器振动速度为载荷,分析了电抗器噪声分布;通过实验验证了模型的准确性。研究结果表明:油箱表面振动信号可反映电抗器内部运行状态,送电瞬间电抗器从暂态过渡到稳态需1.5个电流周期,电抗器振动以100 Hz为主振频率,噪声集中于100 Hz为中心频率的1/3倍频带,最大噪声为83.2 dB。分析研究结果为电抗器的减振降噪提供了理论支持。     

基于多场耦合的断条状态下感应电机电磁振动噪声规律研究

对于电机的电磁振动噪声问题,仅通过电磁计算激励源特性分析较难预测电机实际的振动噪声情况。本文基于电磁场、结构场及声场的多场耦合分析方法,以YE2-90L-4感应电机为例,结合电机结构与实际安装方式,对断条状态下的电机电磁激振力、结构振动响应以及电机周围声场声压分布进行多场联合仿真,从而计算出断条故障对于电机振动噪声的影响。最后通过进行故障试验,发现断条故障所导致的电机电磁振动噪声规律与仿真结果较吻合,该方法在电机设计初期便能对实际运行的振动噪音进行准确评估。     

中空柱状定子二阶弯振的旋转-直线超声电机

为了提高贴片式旋转-直线超声电机压电片的利用效率,简化电机使用过程中的安装与固定,提出了一种新颖的贴片式旋转-直线超声电机。样机主要利用自由约束柱状定子空间上相互正交的二阶弯曲振动模态耦合,在定子自由端的内表面合成一个驱动行波,通过螺纹传动实现输出轴的旋转-直线运动输出。基于有限元法对定子的振动模态以及压电片的激振模式进行了仿真分析,研制出一台定子采用中空方柱型结构的原型样机。搭建了一套基于虚拟仪器技术的超声电机测试系统,完成了样机基本输出特性的测试。测试结果表明样机工作频率为38.90 kHz,驱动电压峰峰值20 V时即可实现样机的有效驱动。     

多风路空冷汽轮发电机定子内流体流动与传热耦合计算与分析

根据大型空冷汽轮发电机多风路通风系统内流体流动与传热的特点,建立了定子多风路通风系统三维流动与传热耦合计算的物理模型和数学模型,并给出求解域相应的边界条件及假设条件,采用有限体积法对三维流体场和温度场控制方程进行耦合计算;对定子各个径向通风沟内的流体速度、温度以及电机各部分温度的空间分布特性进行分析,并将耦合场计算结果与实测结果进行比较分析,为多风路大型电机综合物理场的准确计算提供理论依据.     

电容器组驱动高速多级圆筒型直线感应电机建模及仿真

为了解决电机被电容器组供电时的场路耦合分析问题,基于电磁场理论提出了一种适用于高速多级圆筒型直线电机的场路运动耦合时步有限元分析方法,并且提出了以动子磁通变化率为控制量,在Simulink环境下建立了电机三维场路耦合数学仿真模型。用该模型分析电机的动态性能,得到了定子电压、电流、能量效率,动子的电流、速度、加速度等参数变化规律,通过上述分析得出该类型电机可以实现超高速度大质量的发射。最后,根据仿真参数设计了10级圆筒型直线感应电机并进行了实验验证,结果表明:仿真结果与实验结果基本符合,从而为该类电机控制策略的研究及具体实现提供了新的途径。     

矿用逆变器IGBT模块键合线多物理场耦合分析

针对传统多物理场耦合分析采用静态功率损耗导致有限元仿真精度低,且现有键合线失效未考虑Diode芯片及其键合线等问题,提出一种结合矿用逆变器工况条件的IGBT模块键合线失效机理分析方法。首先建立FZ800R33KF2C三维模型,其次通过双脉冲仿真与实验验证ANSYS simplorer搭建的特征化IGBT模型动态特性,使用该模型得到在矿用逆变器额定工况下IGBT芯片和Diode芯片瞬时功耗,然后结合矿用逆变器温升实验确定隔爆腔内环境温度参数,最后在ANSYS Workbench下进行热-电-力多物理场耦合仿真,对键合线脱落进行系统性分析。分析表明,在大功率IGBT模块键合线多物理场耦合分析中不能忽略Diode芯片及其键合线。并且在Diode芯片键合线和IGBT芯片键合线共同脱落的情况下,前者脱落对IGBT模块影响更大。     

多自由度永磁电机磁热固耦合场分析

电机的运行状态和特性与它的电磁、热、固等物理场直接相关,因此对多自由度永磁电机进行多物理场耦合分析至关重要。为了研究电机的温升和应力应变情况,需要对电机运行环境中的电磁场、温度场和应力场进行耦合分析。以多自由度电机的电磁结构作为研究对象,通过磁、热、固顺序耦合的仿真计算,得到所设计结构的温升和应力应变分布。仿真结果表明,该方法适用于解决电机的耦合场问题,对研究电机的多场耦合分析计算、优化电磁设计及安全运行具有重要的应用价值和指导意义。     

电动汽车牵引用水冷异步电机耦合场分析

基于Ansys多物理场仿真分析平台,对1台车用异步电机进行多物理场耦合分析。仿真电机连续运行在额定工况和峰值工况下的温升和热应力,对电机各部分温度场分布进行深入分析,预测电机峰值工况的最长允许时间。通过热-结构的有限元仿真分析电机内部结构的热应力分布,深入分析转子导条端部与端环焊接位置和机壳与铁心过盈配合面的热应力,校核转子导条端部是否存在开焊的风险,并通过热仿真和应力分析计算机壳与铁心在最高温升工况下不发生滑移或涨开的过盈配合量取值。     

无刷直流电动机瞬态电磁-温度耦合场分析

航空用永磁无刷直流电动机通常具有高转速、小体积、大功率密度的特点,因此该类电机的发热问题较为突出。为了对永磁无刷直流电动机温度场进行准确仿真,必须考虑电机内电磁场与热场的耦合效应。采用二维时步有限元法对一台4极3相30 kW表贴式永磁无刷直流电动机的温度场进行了分析计算。各物理场之间的耦合是通过损耗计算及材料特性随温度变化而实现的。计算结果和实测结果进行了分析比较,验证了模型的有效性。     

车用永磁同步电机的电磁噪声特性

电动汽车牵引用永磁同步电机要求具有低速大转矩和高速恒功率的运行能力,低速大转矩运行工作点的大电流和高速弱磁导致的磁场畸变可能会导致作用于电机结构的电磁力幅值增大,容易引发较大的电磁振动噪声,从而影响电动汽车的NVH性能。本文基于Ansys多物理场有限元分析平台,研究一台20k W车用永磁同步电机的电磁噪声特性。分别建立电机的电磁场有限元模型和定子结构的3D模态有限元模型,通过仿真得出作用于电机定子齿部的电磁激振力和电机结构的低阶径向模态频率;从电磁力和电机结构两方面分析可能引发较大电磁噪声的主要来源。通过对电机定子结构的振动响应有限元仿真,得到电机定子结构的振动响应频谱;最后通过声场的有限元仿真分析车用永磁同步电机的电磁噪声特性。     

大功率高速永磁电机三维全域热-流场分析

大功率高速永磁电机采用空-水冷混合冷却系统,同时存在水流域和空气流域,常规的单流域数值计算简化模型很难精确计算电机温度场。本文以一台1.12MW、18000r/min的空-水冷高速永磁电机为例,建立三维全域流-固求解域模型,提出多层变尺度网格划分方法,实现对电机网格的精细化控制。采用有限体积法对流体场及温度场进行耦合计算,揭示了水流场与空气流场的流动特性以及电机内各个部件的温度场分布特性。将全域热流场计算结果与实验结果进行对比,验证了计算方法的准确性。基于全流域计算结果,拟合出对流换热系数与双螺旋水道轴向位置的关系式。为高速永磁电机冷却系统优化设计等相关研究奠定基础。     

大型同步发电机调速控制的场-路-网耦合法非全相工况下定子电流特性研究

为了更准确分析发电机非全相定子电流特性,建立了适用于发电机并网运行的基于调速控制的场-路-网耦合时步有限元模型,仿真计算了发电机并网额定运行时,接线方式为YNd11变压器高压侧断路器一相或两相断开2种非全相工况下的定子电流,揭示了不同非全相情况下定子各相电流之间关系,分析了转速控制对故障电流动态影响,并计算2种故障后定子稳态负序电流,整个仿真计算结果考虑了发电机故障运行时,发电机磁场饱和、畸变等非线性因素的影响,同时为了模拟真实的发电机的并网运行情况,整个场路耦合模型中包含了转速控制系统,并且通过变压器、双回架空输电线路将发电机与无穷大电网连接起来,这样更能贴近工程实际,最后,将结果与解析法得到的结果进行对比,验证了方法的正确性。     

一种双足驱动直线超声波电动机的设计

设计了一种单边双足驱动的面内振动直线超声波电动机，其定子采用了一片铜板和八片压电陶瓷构成的复合结构，压电点陶瓷沿着厚度方向极化，对称安装在矩形铜板的两个表面上。建立了该电机的机电耦合动力学模型，通过仿真确定了驱动足的位置，并试验研究了电机的特性。     

表贴式高速永磁电机多场耦合转子设计

针对高速永磁电机转子设计同时受机械强度和电磁性能限制,参数选取困难的问题,基于机械强度设计、电磁设计以及转子动力学设计理论,采用有限元法,提出一套完整的基于多物理场耦合的高速永磁电机转子优化设计方法。综合考虑材料各向异性、离心力以及温度影响,分析了典型护套转子的机械强度变化规律;结合电磁性能要求,确定了最小护套厚度和永磁体厚度,并对三种护套转子的动力学特性进行分析。仿真结果表明,对于大功率高速永磁电机,比较适合采用表贴式的转子结构,而且碳纤维护套转子较其他转子具有更好的机械和转子动力学特性;通过多场耦合的设计方法得到的转子结构能够同时兼顾机械、电磁以及转子动力学特性的要求。     

基于温度检测的气体绝缘开关接触状态场路结合分析法

以气体绝缘开关（GIS）为研究对象,通过分析动静触头的接触电阻及温度、风速和辐射等环境因素对GIS温度分布的影响规律,提出基于温度检测的GIS接触电阻的场路结合计算方法,用于定量预测GIS触头的接触状态。首先建立GIS的电磁-热-流多物理场耦合模型,并提出考虑热传导、热对流和热辐射3种散热方式的等效热路模型,进而利用多物理场数值仿真结果作为训练样本,给出导杆与壳体之间的SF6气体对流散热等效热阻、壳体内外表面之间的等效热阻以及壳体外表面与空气之间的等效热阻的计算方法。利用该场路结合预测模型,通过检测并输入壳体上下代表测点的温差值可计算得到GIS的接触电阻,从而评估GIS接触状态。最后通过GIS接触电阻计算结果与试验结果对比,验证了提出的场路结合分析法评估GIS接触状态的可行性和优越性。