利用不均匀气隙优化自起动永磁电机的气隙磁密波形

为了减小空载气隙磁场中谐波磁场对电机性能的影响,对内置"V"型转子磁路结构自起动永磁同步电动机的转子磁极形状进行了优化。采用不均匀气隙结构,以有限元为工具并利用遗传算法对空载气隙磁密波形进行了优化,使其中的谐波含量较小,得出了转子磁极的最优偏心距。在此基础上采用时步有限元方法,在考虑定子开槽、斜槽结构并计及饱和的情况下,对优化前后电机的电动势波形进行了分析对比,并通过试验验证了所采用的时步有限元计算程序的有效性。有限元计算结果表明,通过优化偏心的不均匀气隙设计,电机的空载气隙磁密和电动势波形得到了明显改善。     

考虑阻尼绕组约束能量变换器空载电动势波形的分析

电机的阻尼绕组端部联结方式的不同,使得阻尼条中感应涡流的约束不同,引起阻尼绕组电流的分布不同,从而对气隙磁场和空载电动势产生影响.本文提出了场路耦合时步有限元法来计算凸极同步电机空载电动势波形,针对能量变换器样机,进行了考虑不同阻尼绕组约束条件下的空载电动势波形的计算,并对计算结果和实验值进行了比较.结果表明,阻尼绕组约束不同,能量变换器空载电动势谐波含量不同,电动势波形的正弦畸变率也发生一定的变化,精确计算时需要考虑这种变化.     

自起动永磁同步电机起动过程退磁磁场的计算与分析

自起动永磁电机起动过程中的退磁磁场可能导致永磁体的不可逆退磁.为分析退磁磁场产生的原因,建立了计及饱和、涡流等多种因素影响的自起动永磁同步电机起动过程退磁磁场的时步有限元模型,并分项计算了永磁体作用、鼠笼异步电机效应及变频永磁发电机效应的影响.计算结果表明,重载起动时,从低速开始,永磁体内就出现波动变化的退磁磁场,并在接近同步速时退磁效应最明显;而空载起动时,退磁磁场仅波动一次,并在0.5倍同步速附近出现较强的退磁效应.由理论分析可知,在转速较低时,永磁体就存在退磁效应,其磁密呈波动变化的根本原因在于鼠笼异步电机效应与变频发电机效应的共同作用.算例计算结果验证了理论分析的正确性.最后通过实验验证了所提有限元计算方法的有效性.     

计及斜槽时非导磁螺钉对永磁同步发电机性能影响的分析

采用非导磁螺钉是一种常见的永磁发电机转子表面磁钢固定方式,非导磁螺钉的存在减小了磁钢有效面积进而会影响电机内部磁场分布.为了研究非导磁螺钉对永磁电机运行性能的影响,采用时步有限元法,在计及定子斜槽条件下,对非导磁螺钉安装和绑扎式安装的表面磁钢永磁同步发电机的气隙磁密、空载感应电动势以及齿槽转矩进行了详细分析.与绑扎式固定方式相比,非导磁螺钉所在截面的气隙磁密谐波含量较明显,7次谐波含量由11.7％增加至38.8％,但电机感应电势及齿槽转矩变化不大.     

确定自起动永磁电机最小转矩的时步有限元仿真实验方法

自起动永磁电机的最小转矩是评价其启动能力的一个重要指标,根据解析方法所得的光滑转矩-转速（T-s）曲线虽然可得到其具体数值,但其计算条件与实际起动过程差别很大;能够准确反映诸多实际影响因素的时步有限元计算得到的T-s曲线是急剧波动的曲线,据此难以获得最小转矩的具体数值。该文研究工作的目的在于,不对该转矩曲线进行人为处理而获得最小转矩。首先研究在什么计算条件下能得到反映出最小转矩影响的转矩曲线,揭示了在某些计算条件下可能出现的最小转矩被“淹没”的现象;进而提出用以确定最小转矩的优化加载时步有限元仿真实验方法。通过将实例计算所得转矩曲线与实测曲线对比,表明计算结果可信。     

QF18D航空双凸极起动/发电机关键特性研究

起动/发电一体化是现代飞机供电系统的主要发展趋势之一.QF18D航空起动/发电机采用的三相双凸极电机具有转子无磁钢无绕组、结构强度高、制造方便、可逆性好等优点,适于高空高速飞行的应用条件.文章首先扼要介绍了QF18D发电及电动工作的结构原理;然后基于有限元仿真和实验验证相结合的方法详细研究了QF18D双凸极直流发电机的空载、短路、外特性和调节特性的特点,主要探讨了换相重叠和电枢反应对电机关键特性的影响机理;最后通过航空涡喷发动机的冷热开车试验验证了QF18D的系统起动性能优越.     

复合磁路三相定子混合励磁双凸极直流发电机及其时步有限元分析

复合磁路三相定子混合励磁双凸极直流发电机的励磁线包和永磁体在与转轴正交的同一剖面上,电励磁磁通和永磁磁通复用电机磁路具有励磁功率小、励磁调节范围可按要求设计、可以实现单输出或双路输出的特点.文章介绍了该型电机的典型结构,使用时步有限元法分析其工作模态,基于场分析结果提取电感特性,计算比较空载特性、外特性,仿真计算了双路输出的开环调整率.分析结果表明,该电机既能作为独立供电系统的无刷直流发电机,又能并网发电,特别适于航空和其他野外作业场合高速发电机用,并实现起动/发电一体化,应用前景广泛.     

基于时步有限元的抽水蓄能电机瞬态参数计算方法的对比

为准确计算抽水蓄能电机分别运行于发电及电动工况时的瞬态参数,本文基于单元电机建立了抽水蓄能电机的场路耦合时步有限元模型。采用包络线法得到空载突然三相短路时电机的瞬态参数(简称包络线法),同时用冻结磁导率法得到空载突然三相短路时定转子绕组漏抗及电枢反应电抗,由各瞬态参数定义式得到瞬态参数(简称冻结磁导率法)。将冻结磁导率法计算值与设计值分别代入短路电流解析式中得到短路电流波形,与时步有限元仿真波形相比,冻结磁导率法计算波形与之更为接近。将这两种瞬态参数计算方法应用于实验室6极反装水轮发电机,与实验结果对比验证了两种计算方法的有效性和可行性。     

自起动永磁同步电机转子铜耗分析的时步有限元优化离散策略

利用时步有限元方法对永磁同步电机进行转子铜耗分析计算时,由于空间中高次谐波磁场的作用,使得导条中的电流与损耗在集肤效应的影响下呈非均匀分布,于是有限元模性的空间离散方案将直接对计算精度产生影响。首先通过理论推导得出导条电流密度的解析表达式;在此基础上,通过建立不同形式的目标函数,研究等间距与不等间距条件下离散密度对于损耗计算精度的影响,及其所对应的最优离散方案;最后,针对转子实际槽形结构,在考虑交界面处强制引入节点的约束条件下,提出了采用分区域循环引用最优离散点的方法,求解全局优化离散策略。通过与时步有限元计算结果进行对比,验证了方法的合理性。     

颗粒离散元法中阻尼系数、刚度系数和时步的选取方法

为解决颗粒离散元法(Distinct Element Method,DEM)中阻尼系数等参数选取困难的问题,对岩体工程中的DEM与颗粒DEM进行区分,着重讨论颗粒DEM中阻尼系数、刚度系数和时步等参数的选取方法.这些计算参数的合理选取对保证模拟的真实性具有重要意义.