一种多谐波联合起动的新型无刷双馈电动机

由于无刷双馈电动机在起动过程中存在起动转矩小、起动电流大,以及对电网和电机造成冲击大等问题,使得电机起动性能达不到工业要求。将复合线圈结构引入到无刷双馈电机的转子绕组,并与定子磁动势谐波理论相结合,提出一种多谐波联合起动的方法,以改善电机的起动性能。介绍定子两套绕组的接线方式及其不同状态时的通电方式,分析转子结构在起动状态和运行状态下的工作原理。利用时步有限元法对电机在不同负载下的起动转矩、起动电流进行仿真分析,对比无刷双馈电机多谐波联合起动和异步起动的起动性能。通过仿真与试验验证绕组设计的正确性,其结果表明,该方法提高了起动转矩,减小了起动电流和对电网的冲击,具有一定的理论研究和实际应用价值。     

基于串级绕组的新型永磁同步电机起动性能分析

针对异步起动永磁同步电机在起动过程中电流大,起动转矩小的问题,本文提出一种串级绕组理论。利用定子串级绕组产生的谐波磁场与转子分匝线圈组相互作用,优化电机的起动性能。文章通过阐述串级绕组理论,给出电机模型与定转子设计方案,并基于等效电路分析样机实际工作原理,最后运用有限元法从样机的转速、空载起动性能、带负载起动、气隙磁密和堵转转矩五个方面进行仿真。试验结果表明,应用串级绕组理论可以在提高起动转矩的同时降低起动电流,抑制起动时定子电流对转子永磁体的退磁效应,并且电机的稳态性能保持不变。     

谐波起动无集电环绕线转子三相异步电动机

谐波起动无集电环绕线转子三相异步电动机结构新颖、性能优良,节电效果显著。电机起动时由电机绕组产生很强的谐波磁场,在特殊绕制的转子绕组中感应产生的电流流经电阻很大的转子回路,限制了起动电流、提高了起动转矩;当电机在接近额定转速运行时,起动谐波被消除,在基波作用下正常运行。根据不同的起动要求,电机有重载型和中、轻载起动型。电机可用于需要比笼型电机更大的起动转矩、馈电线路容量不足以起动笼型电动机、起动时间较长和起动比较频繁等场合。     

感应电动机转子绕组故障对电机起动性能影响分析

基于多回路理论,建立感应电动机暂态分析的数学模型;分析了感应电动机转子绕组故障对电机起动性能的影响.研究表明,电机转子绕组故障使电机起动转矩下降,谐波转矩大大增加;起动转速上升变缓,起动时间增加,起动困难;定转子起动电流发生畸变,衰减速度下降;定子电流的某一频率分量在电机起动过程中两次出现峰值点.动态分析的某些结论可以用于进行电机转子绕组故障诊断.     

电枢磁动势谐波对转子涡流损耗的影响分析

永磁电机多采用变频器供电,变频器输出的电流中除包含基波电流外还存在谐波电流,由其产生的电枢磁动势空间谐波会在转子中产生涡流损耗。基于对各次电枢磁动势空间谐波幅值及其相对于转子交变频率的详细分析,提出涡流损耗强度的概念,用于评估不同的电枢磁动势空间谐波对转子涡流损耗的影响程度。对采用整数槽和分数槽绕组的永磁电机转子涡流损耗做了解析对比和有限元分析,证明了利用涡流损耗强度评估电枢磁动势谐波对转子涡流损耗影响的有效性。     

基于复合线圈结构的新型无刷双馈电机的起动性能研究

由于无刷双馈电动机存在起动电流大、起动转矩小的不足,导致电机起动性能达不到工业应用要求。为了解决这一问题,提出一种转子绕组采用复合线圈组和变极法设计的无刷双馈电机,并结合设计实例进行详细分析。这种转子结构使得电机在起动工况下增大转子绕组电阻折算值,从而有效地降低起动电流和提高起动转矩。通过建模仿真对复合线圈组转子结构的起动性能、普通线圈转子结构起动性能和无刷双馈电机异步起动方式的起动性能进行研究,对比3种情况下的起动电流、起动转矩和起动时的饱和情况。样机试验结果表明,转子绕组采用复合线圈组结构的无刷双馈电动机具有起动电流小、起动转矩大的特点,有效地改善了无刷双馈电机的起动性能。     

基于定子绕组并联支路环流特性的发电机故障识别方法

分析了发电机气隙磁势、磁导、磁密、定子绕组两条并联支路的感应电势和电路方程，得到定子绕组并联支路间的电压差表达式。通过分析正常及故障运行时各参数的变化得到了并联支路电压差和环流特性，理想电机在正常运行时不存在电压差和环流，而转子绕组短路故障将引起二次谐波环流，定子绕组短路、定转子气隙静偏心、气隙动偏心故障将引起基波环流。由于不同故障引起的环流特性存在差别，提出了基于定子绕组并联支路环流特性的发电机故障识别方法，并实测了SDF-9型故障模拟发电机正常及故障运行时的环流信号，与理论分析结果基本吻合。     

基于气隙基波磁场交流电机电感参数的统一计算公式

在考虑气隙基波磁动势产生基波磁通密度的情况下,推导了计算交流电机电感参数的统一公式。根据等效整距集中绕组与实际绕组产生相等基波磁动势的原则,给出了实际定子绕组与转子绕组的总有效匝数表达式。分别以三相同步电机与十二相同步电机为例,说明了统一计算公式的具体应用过程,并证明了公式的准确性和有效性。     

三次谐波注入式五相无轴承永磁同步电机转矩和悬浮力性能优化

气隙磁动势谐波次数较多,且旋转方向不同,其相互作用关系对悬浮力的影响是多相无轴承电机研究的一大难点。为解决这一问题,该文提出一种谐波注入式五相无轴承永磁同步电机,将传统电机马鞍形永磁体的优点引入到无轴承电机中。以10槽8极结构为例,基于绕组函数法建立电枢绕组的定子磁动势数学模型;为获取最大平均转矩,计算马鞍形永磁体中3次谐波的最优比率;在分析定、转子气隙磁动势谐波分布的基础上阐述悬浮力的产生原理,并利用磁链等效虚拟绕组电流法分析谐波之间的相互作用对主悬浮力的影响;采用有限元法对不同永磁体形状的电机性能进行对比;设计马鞍形和正弦形永磁体结构的样机,通过对比试验验证理论分析的正确性。     

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.     

高性能低谐波绕组感应电动机电磁性能的数值分析

针对普通感应电动机采用低谐波绕组后电磁场分析难度将会提高的问题,利用数值计算的方法,给出了适合低谐波绕组电机电磁性能的数值求解方法.以一台普通感应电动机为例,利用低谐波绕组理论,对定子绕组的线规和形式进行调整,设计具有高起动转矩的低谐波电机.通过对低谐波电机电磁性能的数值计算结果与实验结果的比较,验证了所推导的方法的准确性,提高了所设计的低谐波电机的起动性能.将低谐波电机与普通同型式的感应电动机的气隙磁场和转子齿部磁场进行比较,分析两种电机中磁密谐波成分的含量,结果表明低谐波绕组电机的各次谐波磁密大大降低.     

永磁同步电机分数槽集中绕组磁动势

对单元电机的单个线圈、线圈组、相绕组和三相绕组的磁动势进行了分析。当定子槽数为奇数时,除3的整倍数之外其他极对数的磁动势都存在,其中与基波绕组系数相同、转向相反、幅值最大的谐波极对数仅与基波相差1对极。当定子槽数为偶数时,除偶数和3的整倍数之外其他极对数的磁动势都存在,其中与基波绕组系数相同、转向相反、幅值最大的谐波极对数仅与基波相差2或者4对极。电机内部还存在幅值较大的次谐波以及绕组系数与基波相同的高次谐波,它们会对电机造成不良影响。电机高速运行时,这些谐波磁动势产生的磁场会在永磁体内感应出涡流,产生损耗,造成永磁体温升增加,甚至去磁。     

Y系列感应电机采用低谐波绕组的高效化改造

国家“电机能效提升计划”指出对在用感应电机进行高效化改造是重要技术路线之一.本文以一台常规Y系列感应电机(22kW/Y-180L-4)为例,利用低谐波绕组理论对定子绕组进行改造.有限元仿真表明,与改造前电机相比,低谐波绕组感应电机的气隙磁场各次谐波含量明显削弱,磁负荷与电负荷有所降低,过载能力有所提升,在较宽负载范围内效率较高,起动转矩更大而起动电流略小.本方案改造成本低,电机性能改善明显.     

汽轮发电机转子匝间短路故障下的谐波检测

通过分析汽轮发电机励磁绕组的磁动势分布建立了磁动势的数学模型,通过分析转子匝间短路引起的励磁磁动势分布变化情况,提出将短路后的励磁绕组磁势看作短路前的励磁绕组磁势和短路匝通过反向励磁电流产生的磁势的叠加量,由于前者是完全对称的,可只对短路匝产生的反向磁势进行分析。通过傅里叶分解得到了各次谐波分量,在考虑气隙偏心的情况下得到了定子感应电势,理论推导证明偏心对定子绕组感应电动势并不产生影响。定子三相对称电流合成了新的旋转磁动势,并在定子和转子绕组中形成感应谐波,其特征频谱不同于正常运行情况下的频谱。实验验证了文中理论分析的正确性和有效性。     

单双层混合绕组型低互感五相容错永磁电机的电磁问题研究

单双层混合绕组型多相容错永磁同步电机具备良好的相间物理隔离、热隔离和磁隔离能力,通过改变绕组跨距角可以改善定子磁动势谐波分布,在一定程度上降低转子涡流损耗,从而更好地兼顾容错能力和运行性能。该文针对单双层混合绕组型五相容错永磁电机展开研究,基于绕组因数分析,给出该类电机极槽配合选取原则和定子磁动势谐波分布规律,以及典型方案下的谐波比漏磁导系数随绕组跨距角的变化规律。进一步研究容错齿尺寸、模块间气隙宽度、槽口宽度等尺寸对磁动势谐波分布、转矩、互感和齿槽转矩的影响,给出高功率密度、低互感和低齿槽转矩设计原则。通过与传统单、双层分数槽集中绕组电机对比,证明了单双层混合绕组电机在磁隔离能力等方面的优势。研制了五相15槽12极单双层混合绕组电机样机,通过实验对理论分析结果进行了验证。     

同心式转子结构无刷双馈电机的性能分析

无刷双馈电机设计时转子谐波含量较大,影响着电机性能。采用绕线式转子结构并利用齿谐波原理,设计的新型同心式转子结构的无刷双馈电机,能够很好地解决此问题。阐述齿谐波原理,并以一台绕线式无刷双馈电机为例,具体分析同心式转子绕组的磁动势。利用有限元仿真软件建模仿真。对无刷双馈电机发电运行时,电机磁密分布、气隙磁密谐波和不同转速下功率绕组电压波形在仿真和样机实验时的结果进行分析,验证同心式转子绕组能调制磁场和降低气隙谐波,使无刷双馈电机具有良好的性能指标。     

发电电动机SFC起动强迫换流过程磁场特性

针对发电电动机静止变频器(static frequency converter,SFC)起动强迫换流过程运行特点,分别推导出了发电电动机在由电网供电和强迫换流运行过程中的电磁转矩表达式,分析了强迫换流运行导通周期内磁场特征及电磁转矩特性。同时研究了强迫换流导通周期内,定转子磁动势不同匹配系数时合成磁场的分布规律,定量计算了定转子磁场不同相对位置时气隙磁场畸变率及三次谐波占基波的比例随定子磁动势的变化规律,并对不同相对位置对应的气隙磁场畸变率进行了对比分析,提出了通过合理匹配定转子磁动势,降低发电电动机在强迫换流运行过程中气隙磁场畸变率及对应谐波转矩。结果表明,适当提高转子磁动势相对定子磁动势的比例,可以使发电电动机在强迫换流导通周期内保持较低恒定的气隙磁场畸变率。     

单相异步电动机的槽配合

合理地选择定,转子的槽配合,是一切鼠笼式异步电动机设计中的关键问题之一。如果配合不当,会使电机性能恶化,可能导致附加转矩、附加损耗及振动和噪声的增加,特别是在单相电动机中,还会造成起动转矩随转子位置的不同而发生波动的现象。造成上述电机性能恶化的主要原因是存在谐波磁场。当不计磁路饱和的影响时,单相异步电动机气隙谐波磁场有三种来源:①由定子电流产生的定子谐波磁势;②由定子的基波及高次谐波磁势在转子中感应的电流所产生的转子谐波磁势;③由于气隙磁导不均匀而产生的齿谐波磁导。     

直驱型多相永磁同步电机定子磁动势与气隙磁密特性分析

直驱型多相永磁同步电机由于相数多、采用分数槽绕组结构、电机的中性点连接与PWM控制方式多样等特点,使得电机绕组电流与磁场谐波含量极为复杂,电机性能与普通三相电机相比有较大区别,因此,有必要对其电磁特性进行细致的研究。该文建立了直驱型多相永磁同步电机定子绕组磁动势数学分析模型,给出了详细推导过程。研究了电机绕组电流和磁动势的影响因素:相数与供电方式、中性点接法、极槽匹配与绕组分布。全面分析了以上因素对直驱型多相永磁同步电机电流及磁场的影响。研究结果表明,增加电机的相数和极槽数,合理的选择中性点连接方式,可以有效减少电机的谐波含量,提高电机的性能。     

高速永磁无刷电机电磁损耗的研究概况(英文)

高速永磁无刷电机得到越来越多的关注,其电磁损耗及抑制措施就是一个研究热点。首先,由于基波频率高(可达到1 kHz以上),定子绕组的集肤效应和临近效应产生附加铜耗。附加铜耗可以通过采用细导线并绕的方法来抑制。其次,定子铁心中的磁场交变频率高,导致铁耗明显增加。为降低定子铁耗,需要设计较少的电机极数、远低于常规电机的定子铁心磁密,并采用低损耗的铁心材料。再次,由于定子磁动势的谐波频率及气隙磁场的变化频率都数倍于基波频率,在转子中产生涡流损耗,而这种涡流损耗在中、低速永磁无刷电机中往往是忽略不计的。为抑制转子涡流损耗,应减小定子磁动势的谐波分量,也可采取减小定子槽开口、加大气隙长度、对永磁体进行轴向分块、采用转子导电屏蔽层、对转子保护套周向开槽等措施。此外,适当的控制策略(如永磁无刷直流电机超前触发、永磁同步电机弱磁控制)也有助于减小电磁损耗。