抽水蓄能发电电动机三维瞬态涡流场有限元分析

对广州抽水蓄能B厂某发电电动机进行了三维涡流场有限元计算,建立了发电电动机的三维模型,分析了电流密度、磁密等场量的分布情况,获得了气隙径向磁密并进行了谐波分析。通过发电电动机的三维瞬态涡流场计算,可以更加准确地得到电机电磁场分布情况,运算结果能够为电机的设计、选型、国产化制造提供相应参考,在电机优化设计方面具有一定的参考价值。     

基于等效磁路的并列结构混合励磁发电机磁场仿真分析

分析了切向永磁和爪极电励磁在转子中并列组合的混合励磁发电机的结构特点和工作原理,建立了等效磁路模型．由等效磁路模型推导了气隙磁密与励磁电流、磁钢厚度和极对数等参数的关系式,给出了参数计算的方法,并计算了等效磁路模型不同励磁电流下的气隙磁密大小．采用有限元分析软件对发电机建模,仿真分析了发电机的磁场分布,得到气隙磁密与各参数之间的变化关系曲线．仿真结果与等效磁路模型相符,验证了等效磁路模型的正确性和参数计算的有效性,为并列结构混合励磁发电机的设计和参数分析提供了参考．     

基于Comsol多物理场仿真的短路工况下变压器轴向电磁力的计算

过大的短路电磁力会影响变压器的安全运行及电网的稳定性。为了计算研究短路条件下变压器绕组的轴向电磁力,本文建立了110 kV/38.5 kV/10.5 kV的变压器“磁场-电路”耦合模型,使用Comsol Multiphysics软件对三相高压对中压绕组短路工况下的变压器进行了仿真,并得到了铁心磁密和内部辐向漏磁磁密的分布,B相高压中压绕组所受的轴向电磁力,以及在不同电流载荷下绕组所受轴向电磁力的变化规律。结果表明,变压器内部辐向漏磁磁密主要集中在绕组端部,峰值可达0.03 T,绕组中间位置,辐向漏磁磁密为0。绕组所受轴向电磁力的频率主要为50 Hz和100 Hz,且随着短路时间的增加,其二倍频特性愈加明显。随着短路励磁电流增加,绕组受到的轴向电磁力也会增大,且轴向电磁力增幅等于电流增幅的平方。     

采用改进子域模型的表贴式永磁游标电机磁场解析计算

针对传统子域解析方法在计算气隙谐波磁场丰富的表贴式永磁游标电机磁场时,出现系数矩阵维数高、计算过程复杂的问题,提出了一种改进的子域解析模型。该模型通过坐标变换,将各子域矢量磁位在二维极坐标系下的拉普拉斯方程或泊松方程变换为准笛卡尔坐标系下的方程形式,利用分离变量法计算各子域矢量磁位方程的通解,根据边界条件计算待定系数,以双曲函数的形式表示各矢量磁位的解析解。计算了空载反电动势、气隙磁密和电磁转矩,与传统子域解析方法、有限元法计算结果进行对比。仿真结果表明：改进子域解析方法与有限元法的相对误差均小于1%;与传统子域解析方法相比,空载反电动势、气隙磁密和电磁转矩计算精度分别提升了1.7%、0.87%和3.66%。实验样机的空载反电动势计算波形和测试波形也基本吻合,验证了该方法的有效性和可行性。     

电机铁芯损耗曲线的拟合

文章提出了在电机电磁设计中用公式计算铁芯损耗,这样在计算铁芯损耗的时候,省去了通过磁密查曲线的过程,根据计算得到的磁密,通过公式就可以直接得到,大大简化了编程及计算过程.     

多相永磁无刷直流电机凸极效应的数学模型

考虑到多相永磁无刷电机转子磁路结构及气隙磁密波形对电机运行性能和控制策略的影响,需要建立准确的电机数学模型。该文根据永磁电机磁场的特性,推导了电磁转矩和反电势的一般表达式,建立了考虑凸极效应和气隙磁密谐波的多相永磁无刷直流电机数学模型,用有限元方法计算模型中的参数。结合一台样机进行了仿真和实验,结果表明该数学模型既准确反映了电机的性能,又可用于多相永磁无刷电机整个系统的仿真计算。     

考虑漏磁和铁心磁场分布的磁路仿真

本文在三维有限元仿真接触器吸合过程动态仿真的基础上,进行磁路模型构建,综合考虑了铁心磁阻、铁心漏磁及铁心磁场分布不均匀等特性,通过对三维仿真中漏磁磁力线和铁心中磁密的分布进行分析,将漏磁分为铁心内部漏磁和外部线圈漏磁,并利用安培环路定理分析铁心中的磁密分布。通过对三维仿真结果和磁路模型仿真结果及实验进行了对比,验证了该模型的可行性,大大缩短了仿真时间和参数化仿真效率,为后续的的电磁系统优化设计打下了基础。     

三角海森堡反铁磁体中的磁激发

利用标准的自旋波理论，研究了二维三角海森堡反铁磁体的色散关系．分别采用了三子格模型和单子格模型来描述同一平面上几何阻挫的三角反铁磁结构，并对两者的结果进行了比较和分析．研究表明无论是基于三子格模型还是基于单子格模型，磁激发展示了一致的机制，色散关系也完全相同．单子格模型的研究为以后计算三维六角密排晶格的磁激发提供了简便的方法．     

三段式Halbach阵列永磁电机解析建模与研究

针对传统子域模型在分析电机电磁性能时无法考虑软磁材料磁导率的缺陷,提出了一种考虑软磁材料磁导率为具体值的三段式Halbach阵列永磁电机多层解析模型。根据内部激励源和媒介的不同,将永磁电机全域划分成Halbach阵列永磁体层、气隙层、定子齿尖层和电枢绕组层4类磁场求解层。利用柯西乘积和复数形式的傅里叶级数来描述磁场求解层中媒介磁导率分布情况。基于麦克斯韦方程组建立了每个磁场求解层的拉普拉斯方程或泊松方程,结合边界条件求解出每个磁场求解层的磁矢位。利用多层解析模型计算了电机的气隙磁密、空载反电动势和输出转矩等电磁特性,并与有限元模型计算结果进行了对比。计算结果表明：多层解析模型和有限元模型计算得到的气隙磁密波形吻合得很好,两者的空载反电动势峰值和输出转矩平均值的相对误差均小于1%,证明了多层解析模型的正确性。最后利用多层解析模型研究了槽开口宽度、磁极宽度和充磁夹角对电机输出转矩的影响规律,给出了输出转矩最优的设计方案。仿真结果表明：优化后的输出转矩脉动削减了75.7%,证明所提出的多层解析模型不仅计算准确而且计算速度快,在电机的初始设计和电磁性能影响规律的探究上具有明显的优势。     

异步陀螺电机最优气隙磁密的确定

本文论证了异步陀螺电机最优气隙磁密的确定方法,推导了计算公式,并做了实例计算。     

4/24远极比电机磁密的研究

针对4/24远极比E7/5（E7/5A）型高速精梳机主电机,通过在装配环境要求限定电机尺寸下,研究两极电机绕组设计和定、转子冲片设计及强度分析校核,探讨两极电机磁密的理论设计,并给出两种极数下电机各部分的磁密值,分析及计算结果说明电机磁密设计是合适的,以此表明此类电机设计与制造的可行性.     

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...     

二维Honeycomb-kagome结构磁振子晶体中的狄拉克点与平带

在蜂窝(Honeycomb)结构磁振子晶体模型的基础上，提出了Honeycomb-kagome结构的二维磁振子晶体模型，它是由铁(Fe)圆柱按照Honeycomb-kagome结构排列在氧化铕(EuO)基底材料内构成的一种二维周期结构磁性复合材料系统。利用课题组提出的改进平面波展开法，数值计算研究了该系统里的磁振子带结构。结果表明，只要满足散射体密排即各Fe圆柱边缘相切的条件，在布里渊区K点处就会产生磁振子狄拉克点，通过调节不同密排圆柱体的半径比可以实现间接调控狄拉克点频率位置的目的。此外，在相切圆柱半径比相差较大情况下，会有磁振子平带现象的出现，这是不同于晶体中杂质态的一种拓扑局域态，是自旋波在Honeycomb-kagome结构中高度干涉叠加而形成。本文对磁振子狄拉克点的产生、调控和拓扑平带的研究，不仅拓展了凝聚态拓扑物理的研究内容，同时可为人工磁振子晶体应用于自旋波拓扑器件制作材料领域提供理论依据和一个平台。     

密肋壁板结构自振周期分析

由于密肋墙板是影响结构自振周期的主要因素,根据密肋壁板结构特点,提出密肋壁板轻框结构的等效计算方法,建立了三维薄壁杆元空间计算模型。将框架结构和密肋壁板结构进行自振周期分析及对比。分析结构表明密肋壁板轻框结构经二次等效为混凝土剪力墙的计算模型是一种可行、简便的计算模型,相对于框架而言减小了自振周期,使侧向刚度得到了提高。     

谐波励磁同步发电机气隙磁场有限元分析

用限元法分析和计算了１２ｋＷ和５０ｋＷ谐波励磁凸极同步发电机空载和负载时气隙磁场分布曲线,分析了三次谐波电流分布规律和三次谐波绕组电枢反应,计算了转子转动情况下的气隙磁密时间分布．计算结果与实测相近．     

NdFeB系永磁体的矫顽力

根据TEM观察,建立了三元烧结NdFeB系永磁体的显微结构模型。运用微磁学理论对矫顽力模型作了计算,并讨论了Nd_2Fe_(14)B晶粒和NdFeB系永磁体的矫顽力。提出了烧结NdFeB系永磁体Nd_2Fe_(14)B晶粒的外延壳磁硬化理论和提高其矫顽力的途径。     

新型聚磁式横向磁场永磁推进同步电动机

针对现有的各种聚磁式横向磁场永磁电动机的定子结构较为复杂的问题,该文提出了一种新型聚磁式横向磁场永磁推进同步电动机结构。其主要特点是转子永磁体磁极采用三面墙式聚磁式结构,定子铁心由U形硅钢叠片构成,在提高了气隙磁密的同时简化了定子铁心的结构。利用三维电磁场有限元数值计算对该种电机的磁场进行了分析,并根据磁场分布计算了该种电机的电磁参数。实验结果与计算结果吻合较好。新型横向磁场永磁推进电机在保证电机性能的基础上简化了定子铁心结构。     

水轮发电机端部各向异性涡流磁场及损耗的有限元分析

针对目前的端部场计算模型一般不包括定子铁心,故在定子铁心边段附近关键区域内的磁密计算值与实测值有较大的误差,不能满足工程要求的问题,首次将水轮发电机端部磁场的求解区域扩展到定子铁心中,建立了将端部与定子铁心边段有效部分结合起来总体考虑的新模型,模型中考虑了定子铁心的各向异性及非线性。导出与模型相应的三维各向异性涡流场边值问题及与之等价的条件变分问题。采用有限元法对ＴＳＳ８５４／９０－４０型水轮发电机的端部磁场进行了实例计算,结果表明：新模型能使端部磁场的计算精度大大提高。另外,对影响水轮发电机端部磁场的某些因素进行了分析,为大型水轮发电机端部结构的改进提供了理论依据。     

中心部分分段Halbach永磁同步轮毂电机解析计算与优化设计

针对永磁同步轮毂电机转矩脉动和涡流损耗大的问题，提出一种主磁极中心部分分段结构。采用Halbach充磁方式，永磁体主磁极中心部分分段，边界磁极与主磁极不等宽不等厚。首先，在二维极坐标系下构建解析模型，采用精确子域模型法，对解析模型在空载、电流源激励及负载下的气隙磁密和转矩进行计算。其次，建立10极12槽永磁同步电机模型并对其进行有限元仿真验证，提出一种分级优化方法，对电机结构参数进行优化，从而达到降低永磁同步电机气隙磁密谐波畸变率、转矩脉动及涡流损耗的目的。最后，与相关8种磁极结构永磁同步电机模型的各项电磁性能展开对比。结果表明：分级多变量多目标优化算法提高了优化效率与精度；十字型主磁极中心部分分段Halbach永磁同步电机可以显著减小涡流损耗，有利于牵引电机过载运行；H型主磁极中心部分分段Halbach永磁同步电机可以显著降低转矩脉动，提高电磁转矩和机车稳定运行能力。     

车用电机定子铁芯损耗的分析与计算

定子铁芯损耗是车用永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)的主要损耗之一,对其深入分析与计算,可为电机的效率提升和散热优化指明方向。文章运用Ansoft Maxwell软件对工作在25kW、3 000r/min和25kW、7 200r/min 2种工况下的电机进行了电磁场仿真,比较分析了与定子铁芯损耗关系密切的磁密变化。根据分析结果,提出了一种考虑旋转磁化、局部磁滞回线和谐波涡流的损耗计算模型,并用该模型计算了2种工况下的定子铁芯总损耗。对工作在相应工况下的电机进行试验,结果表明计算值与试验值相比误差均在8%之内。