双定子无轴承开关磁阻电机径向力解析模型

传统双绕组无轴承开关磁阻电机旋转转矩与悬浮力之间存在着复杂的耦合关系,而双定子无轴承开关磁阻电机结构上实现了转矩和悬浮力的独立控制,从而简化了控制的复杂性.基于双定子无磁阻电机的结构和运行原理,提出了一种考虑转子偏心影响的径向力分析方法,推导出了该电机的径向力解析模型.在建立内定子等效磁路的基础上,求取了由气隙磁导表示的悬浮绕组的自感和互感表达式,进一步分析出转子偏心位移、电机结构参数、悬浮绕组电流与转子径向受力之间的数学关系,与有限元分析结果比较验证了数学模型的正确性.该数学模型的重要贡献在于提供了转子偏心运行时径向力的解析计算方法,为双定子无轴承开关磁阻电机的稳定悬浮旋转控制提供了基础,同时为磁轴承和无轴承类电机转子偏心时的径向受力分析提供了参考.     

磁悬浮开关磁阻电机的一体化数学模型

针对磁悬浮开关磁阻电机运行过程中容易出现磁饱和及转子偏心的问题,建立了一种新型的一体化数学模型.首先,依据电机磁场的有限元分析结果,基于麦克斯韦张量法求出了径向力及转矩关于气隙磁密的表达式.其次,根据电机的等效磁路,结合铁芯材料的磁化特性,计算了非线性气隙磁密.最后,以此二者为基础建立了磁悬浮开关磁阻电机的一体化数学模...     

无轴承电机的一般化互感模型

通过解析无轴承电机的气隙磁通分布规律,基于磁链和绕组电感之间的关系,推导出二极悬浮控制四极无轴承电机的一般化互感参数解算模型.该模型既可适用于具有凸极型转子结构的无轴承电机,又可适用于具有圆柱型转子结构的无轴承电机,并针对无轴承异步电机进行了模型参数的实验验证.结果表明:在径向位移的一定范围内,互感随径向位移线性变化,测量值与计算值相差8%左右;在转子有限偏心的情况下,实验曲线的线性变化趋势以及和计算值的较好趋近性从一定程度上证明了互感参数模型的正确性和有效性.     

考虑饱和的开关磁阻电机径向电磁力解析建模

为了对开关磁阻电机径向电磁力进行快速计算和分析,提出了一种开关磁阻电机电磁力的解析计算模型.该模型考虑了饱和的影响,且能够反映电磁力的分布特征.基于磁通管法推导了磁动势和等效磁导,通过磁势乘磁导建立气隙磁场模型;分析了饱和对气隙磁场的影响,并引入修正系数对模型进行修正;基于麦克斯韦张量法建立了径向分布电磁力解析计算模型,并通过有限元方法证明了该解析模型的准确性.模型可以反映电磁力与电机结构的关系,适合电机设计和改进,以及振动噪声研究时快速计算电磁力.     

无轴承开关磁阻电机的转矩与径向力特性分析

分析了无轴承开关磁阻电机的径向磁悬浮力产生机理,在考虑磁场饱和的前提下,使用有限元方法对电机电磁场进行计算,分析了电机的转矩与径向力特性．研究了电机主、副绕组电流对电机磁极磁场的影响,及电流与转矩、径向力的非线性关系,给出了实现电机稳定运行的电流取值范围,为电机有效控制奠定了基础．     

基于振动信号分析的感应电机气隙偏心故障诊断

电机的偏心故障会引起气隙磁场不均匀,由电磁感应理论可知,不平衡的磁场作用在定转子上会产生不平衡磁拉力,使电机发生异常振动,故电机的振动信号可间接反映内部磁场变化,进而有利于判断电机内部是否发生气隙偏心故障.主要分析了振动信号与偏心故障间的关系,先分析电机气隙大小对磁场的影响,计算出振动作用力大小;再通过故障模拟平台测得数据对理论分析得出的故障特征频率进行验证;总结了气隙偏心故障与电机机械振动现象间的关系.     

永磁同步电机转子偏心磁场解析计算

为了快速准确计算两极平行充磁实心圆柱式永磁同步电机(SCPMSM)各种转子偏心参数下的磁场分布,提供研究转子偏心对电机性能影响的有效方法,利用子区域法和摄动法,在二维极坐标平面内建立了考虑定子齿槽效应时的SCPMSM转子偏心磁场解析模型;将求解场域划分为永磁体、气隙和定子槽3类子区域,分别用对应的控制函数来表达,各区域之间用边界条件连接,利用边界条件求出控制方程通解的各个谐波系数。根据摄动理论,将磁场的0阶分量和1阶分量叠加获得相应子域转子偏心磁场分布,利用麦克斯韦应力张量法计算了转子静态偏心以及动态偏心引起的不平衡磁拉力。以一台2极12槽平行充磁SCPMSM为例,将转子偏心磁场以及静态偏心和动态偏心不平衡磁拉力的解析计算结果与有限元计算结果进行对比,验证了解析模型的正确性。     

大型水轮发电机转子偏心下电感参数的有限元计算

由于实际生产中,大型水轮发电机的转子往往存在不同程度的偏心现象,造成气隙磁场分布畸变,直接影响发电机运行,故为探讨发电机偏心下的运行性能,需要计算转子偏心时的电机参数。采用二维磁场有限元法,计算了大型水轮发电机在转子偏心下的磁场分布以及定子和转子绕组的自感、互感参数。有限元分析和磁导法计算结果比较表明:转子偏心造成定子支路间、定转子支路间的电感不再对称,偏心朝向处的定子支路自感和定转子支路互感变大,反向处则变小。     

磁悬浮开关磁阻电机的支持向量机逆全解耦控制

针对磁悬浮开关磁阻电机( BSRM)运行过程中容易出现磁饱和现象、并且转矩和径向两自由度悬浮力之间存在严重的非线性强耦合影响,数学模型建立以及解耦控制难度大的问题,新建了考虑磁饱和效应的数学模型.提出了一种基于最小二乘支持向量机( LS-SVM)的逆模型构建以及解耦控制方法,实现了径向两自由度悬浮力和转矩的全解耦控制,并且利用dSPACE系统进行了闭环解耦控制系统的运行试验,以验证模型良好的解耦效果以及对参数变化的较强鲁棒性.结果表明,该方法融合了LS-SVM的非线性逼近能力与逆系统方法的解耦线性化特点,具有较强的自适应性和鲁棒性,可以克服以基于无磁饱和假设的各种数学模型为基础的解耦控制方法不适用于BSRM磁饱和工况的缺陷.     

无轴承外转子异步电动机的设计及有限元分析

为了提高飞轮储能系统运行的精度和可靠性,减小转矩脉动及悬浮脉动对系统运行的影响,对无轴承外转子异步电动机径向悬浮力及转矩与电动机结构参数的关系进行了分析,提出了减小转矩脉及悬浮脉动的一般方法.介绍了无轴承异步电动机工作原理,基于此推导了电动机数学模型.结合传统异步电动机设计方法,设计了一台功率为0.5 k W,转矩绕组极对数Pt=2,径向悬浮力绕组极对数Ps=1的无轴承外转子异步电动机.基于有限元软件计算了无轴承外转子异步电动机的磁场分布,确定径向悬浮力、转矩和悬浮绕组电流之间的关系,并得到电动机气隙长度和磁场饱和对径向悬浮力的影响规律,而且考虑了不同槽配比和定子极弧系数对悬浮力及转矩的影响.结果表明,当电动机转矩绕组电流和悬浮绕组电流分别为额定电流2.5 A和2.0 A时,转矩为1 N·m,转子径向悬浮力为105 N,能够实现转子的稳定悬浮.     

基于电感矩阵的无轴承电机径向悬浮力模型

介绍了无轴承电机工作原理,以附加二极悬浮力绕组的四极无轴承电机为研究对象,建立适用于圆柱型和凸极型转子的无轴承电机的通用电感矩阵模型,进而推导出径向悬浮力通用数学模型.基于该数学模型,以无轴承同步磁阻电机和无轴承永磁同步电机为例,得出径向悬浮力公式和径向悬浮力计算值,并分别与用ANSYS有限元分析软件计算的径向悬浮力数值进行对比.模型计算结果与ANSYS分析结果基本吻合,该径向悬浮力数学模型的正确性得到验证.     

车用内置径向式永磁同步电机的降振优化设计

为降低永磁同步电机径向电磁力所引起的电磁振动噪声,基于电磁场、结构场以及声场有限元分析方法,提出了一种基于隔磁磁桥偏移的优化方法.以一台车用内置径向式永磁同步电机为研究对象,将电机隔磁磁桥所在位置沿转子外径的圆周轨迹向磁极方向偏移,同时对隔磁磁桥相邻间距与隔磁磁桥长度进行优化,在综合考虑电机振动噪声水平与电机性能的前提...     

基于SRM非线性电感模型相电流和电磁力的解析计算

在考虑开关磁阻电动机(SRM)的转子位置角和电流对电感曲线影响的基础上,提出一种开关磁阻电动机的非线性电感模型,根据此模型解析计算了电机的相电流、电磁转矩和径向力.计算结果表明,该电感模型在SRM设计阶段,在不降低SRM力能指标的前提下,可减小径向力,从而为抑制振动提供理论依据,对SRM转矩脉动、振动噪声抑制策略的研究具有一定的意义.     

基于任意参考坐标系的异步电动机功率分析

根据机电能量转换原理和坐标变换理论,分析了异步电动机在任意参考坐标系中的功率平衡关系。推导了功率表达式,阐明了参考坐标系功率的物理意义和特性．分析表明,坐标变换不影响功率平衡关系,参考坐标系功率是由定子传递到转子的功率和转子从定子吸收的功率构成的,其值恒等于零；同时也证明坐标变换使变压器电动势和运动电动势的作用实现了解耦,而转子磁场定向使转子变压嚣电动势和运动电动势实现了解耦．     

一种基于电磁驱动的非圆异形孔加工方法

为了对镗杆施加径向可控随动作用力,在镗床主轴与镗杆之间设置一个柔性铰链变形机构(转子),而在其外围设置一个多磁极加力机构(定子),两者形成一个回转式电磁微位移驱动机构.定子与转子之间的作用力取决于定子线圈中的控制电流,改变控制电流可以改变转子与定子之间的作用力,实现转子相对于定子的径向微位移.通过对电磁驱动力的数值建模,提出了实现电磁驱动机构同步驱动的控制方法;通过对电磁驱动力线性化误差进行分析,给出了电磁驱动器关键参数的设计方法.在正常工作范围内,电磁驱动器微位移与控制电流之间具有较好的线性关系.模拟试验表明,通过改变控制电流的大小,转子(镗杆)中心的回转半径随之变化,从而带动镗杆在径向上做精密微位移.     

磁场定向异步电机的磁饱和影响及转矩优化分析

为分析铁磁路饱和对磁场定向异步电机性能的影响 ,提出了一种新的基于 MT同步旋转坐标系下考虑异步电机主磁路饱和的非线性数学模型。通过有限元计算分析表明 ,异步电机饱和的区域主要集中在靠近 M轴的齿部和轭部 ,而在 T轴上 ,由于定转子间的转矩电流在磁路上达到磁平衡使得磁路呈线性化。在分析饱和交叉影响的同时分析了该模型的适用条件。应用该模型 ,分析了异步电机的输出转矩密度 ,计算结果表明适当选择电机的转子磁链大小 ,将会提高电机的每安培输出转矩能力     

转子-轴承系统中电磁作动器的Ansys仿真及实验研究

通过有限元软件对电磁作动器进行实验工况下的三维有限元仿真,分析在不同电流和转子定子间气隙下的电磁力;建立了电磁作动器电磁力测量装置,对相应电流和间隙下的电磁力进行静态工况下的测量,验证磁场分析结果的准确性。在此基础上根据模拟数据预测轴承的电流刚度和位移刚度,并分析逐渐增大电流达到磁饱和时电磁力随电流变化规律。研究结果表明,基于Ansys软件的三维有限元分析得出的静态电磁力与实验值相比误差小于10%, Ansys软件能够较准确的模拟电磁轴承静态时的电磁力及相应的电流刚度和位移刚度。     

大型鼠笼异步机起动性能的计算

采用二维涡流场有限元法计算小型异步电动机起动电流及转矩，已可满足工程要求，但对于大型电机，由于转子端部结构复杂，端部漏阻抗计算值不准确，使起动电流及起动转矩计算误差较大。直接计算三线电磁场，变量过多，费用太大，不易为工厂接受。为此作者提出一种新的二、三维结合的简化模型。它可分离出端部漏阻抗，代入考虑定、转子铁心非线性的二维涡流场程序进行计算，可获得误差小于１０％的计算精度，而机时与内存比直接三维场的计算少得多。对两台电机进行了实际计算，与实测值比较，精度较高。文中还对转子温度对起动参数的影响作了分析计算。