检索结果-内蒙古大学图书馆

电工技术学报 2023年第1期38卷 153-165页

作者：曹龙飞范兴纲李大伟曲荣海刘京易强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学) 武汉430074

随着永磁电机朝着高效化和轻质化方向发展,其功率密度和转速越来越高,使得绕组交流铜耗增加,从而导致电机局部过热、效率降低。该文以永磁电机为研究对象,着重研究绕组涡流损耗的产生机理及计算方法,提出基于快速有限元的绕组涡流损耗... 详细信息

随着永磁电机朝着高效化和轻质化方向发展,其功率密度和转速越来越高,使得绕组交流铜耗增加,从而导致电机局部过热、效率降低。该文以永磁电机为研究对象,着重研究绕组涡流损耗的产生机理及计算方法,提出基于快速有限元的绕组涡流损耗半解析算法。首先,介绍借助快速有限元提取槽漏磁的方法,并构建导体排布模型;其次,推导了导体涡流损耗的低频和高频解析计算方法,并通过搭建基于Matlab和开源有限元软件FEMM的仿真平台将提出的半解析方法予以实现,并与传统商用有限元软件仿真结果进行对比;最后,通过实验进一步验证了其准确性。结果表明,该方法的计算速度提高了近100倍,在较大频率范围内误差小于5%。

关键词：永磁电机绕组涡流损耗导体排布模型快速有限元半解析算法

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基于“磁-热-流”耦合的三绕组有载调压变压器涡流损耗与温度场仿真分析

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变压器 2023年第6期60卷 20-24页

作者：林晓明陈则徐陈宇谢斌陈伯根范益彬福州天宇电气股份有限公司福建福州350000 福州许继电气有限公司福建福州350000

在电力变压器涡流损耗的工程计算方法中,往往只计算了变压器绕组的纵向涡流损耗,而忽略了横向涡流损耗,横向涡流损耗主要集中在绕组的端部位置,从而有造成绕组顶部温升过大的风险。本文中笔者以63000/110kV三绕组油浸式有载调压变压器... 详细信息

在电力变压器涡流损耗的工程计算方法中,往往只计算了变压器绕组的纵向涡流损耗,而忽略了横向涡流损耗,横向涡流损耗主要集中在绕组的端部位置,从而有造成绕组顶部温升过大的风险。本文中笔者以63000/110kV三绕组油浸式有载调压变压器为实例,通过有限元分析方法在磁场中计算了绕组的涡流损耗,并将损耗耦合到温度场中,得到了绕组的温度分布情况。

关键词：油浸式变压器绕组涡流损耗温度场

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立体卷铁心箔式绕组变压器损耗及绕组短路力研究

立体卷铁心箔式绕组变压器损耗及绕组短路力研究

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作者：李腾华北电力大学

学位级别：硕士

为了实现我国“碳达峰、碳中和”目标,开发节能型卷铁心变压器是一种重要举措。相对于三相平面叠铁心变压器,立体卷铁心变压器具有磁路对称、振动噪声低等优势,且由于特殊构造造成其心柱的饱和磁密不大,故多用于配电变压器。在三相立体... 详细信息

为了实现我国“碳达峰、碳中和”目标,开发节能型卷铁心变压器是一种重要举措。相对于三相平面叠铁心变压器,立体卷铁心变压器具有磁路对称、振动噪声低等优势,且由于特殊构造造成其心柱的饱和磁密不大,故多用于配电变压器。在三相立体卷铁心配电变压器绕组选择方面,箔式绕组因其高度机械化和良好的绕组填充因子,在配电变压器领域具有重要位置。因此,研究立体卷铁心箔式绕组变压器铁心损耗、绕组涡流损耗以及绕组短路电磁力具有重要的工程意义。首先,根据结构参数构建了立体卷铁心变压器数学模型,并在有限元分析软件中开展铁心三维电磁场仿真分析,得到间谐波激励下立体卷铁心内部电磁场分布规律,同时对其铁心损耗进行分析,根据铁心涡流场计算结果得到间谐波特殊工况下卷铁心损耗计算方法。然后,对于单个箔式导体从麦克斯韦方程组推导出了涡流电流的结果,并根据立体卷铁心变压器的基本结构参数,推导并修正了箔式绕组涡流损耗计算公式,确定了修正因子,同时根据二维有限元计算以及搭建的一套变压器小模型实验平台进行了验证。最后,分析了立体卷铁心变压器箔式绕组短路工况下漏磁场分布情况,并根据漏磁密数值推导了箔式绕组辐向短路电磁力计算公式。同时建立了三维有限元立体卷铁心变压器箔式绕组分析模型,计算出了箔式绕组单层导体电流密度与漏磁密数值及分布以及各层箔式导体受到的短路电磁力,对比并验证了计算公式结果,研究的结果对带箔式绕组的立体卷铁心变压器实际工程研究提供了参考。

关键词：立体卷铁心箔式绕组间谐波铁心损耗绕组涡流损耗短路电磁力

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定子无铁心轴向磁通永磁电机的绕组损耗与效率研究

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微特电机 2023年第2期51卷 1-7页

作者：魏国王率军雷晗李绍民周欣沂西南技术物理研究所成都610041

定子无铁心轴向磁通永磁电机没有定子铁心,具有输出转矩平稳、质量轻、装配简单等优势,但同时也存在绕组涡流损耗大的问题。基于利兹线绕组,对定子无铁心轴向磁通电机的绕组涡流损耗进行了分析,给出了绕组涡流损耗计算的解析公式与有限... 详细信息

定子无铁心轴向磁通永磁电机没有定子铁心,具有输出转矩平稳、质量轻、装配简单等优势,但同时也存在绕组涡流损耗大的问题。基于利兹线绕组,对定子无铁心轴向磁通电机的绕组涡流损耗进行了分析,给出了绕组涡流损耗计算的解析公式与有限元结合的非均匀分层混合计算模型,并通过简化的全绕组三维有限元模型,验证了混合计算模型的正确性和有效性。研究了以电机效率最大化为目标的利兹线规格选型方法。由于利兹线的实际制造工艺的问题,对电机效率进行了计算和分析,并给出了利兹线选型相关的定性结论。

关键词：轴向磁通电机定子无铁心绕组涡流损耗利兹线

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无铁心轴向磁通永磁同步电机电磁性能及损耗特性研究

无铁心轴向磁通永磁同步电机电磁性能及损耗特性研究

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作者：郝梓超哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

相比于有铁心轴向磁通永磁同步电机(Axial flux permanent magnet synchronous motor,AFPMSM),无铁心AFPMSM以其齿槽转矩小、过载能力强、效率高等特点,使其适用于轴向空间有限,同时对功率密度或转矩密度要求较高的应用场合。而定子无... 详细信息

相比于有铁心轴向磁通永磁同步电机(Axial flux permanent magnet synchronous motor,AFPMSM),无铁心AFPMSM以其齿槽转矩小、过载能力强、效率高等特点,使其适用于轴向空间有限,同时对功率密度或转矩密度要求较高的应用场合。而定子无铁心结构也带来一些问题:一方面增加了电机等效气隙长度,使得气隙磁密降低,需要对转子结构进行合理设计;另一方面,由于磁场直接作用于绕组,涡流损耗是该类电机主要损耗之一,准确计算并抑制无铁心AFPMSM绕组涡流损耗是该类电机设计的关键。根据无铁心AFPMSM的特点,本文基于采用轮毂电机驱动技术的特种车辆应用背景,对该类电机的电磁设计、绕组涡流损耗特性和计算方法展开研究,主要研究内容包括以下几个方面:首先,研究无铁心AFPMSM定转子盘数、定转子结构和极槽配合的选取对该类电机性能的影响,选用了两定子三转子的多盘结构作为研究对象。研究绕组排布方式对内径嵌线的影响,从空间利用角度给出利兹线参数选取的一般方法,给出无铁心AFPMSM电磁设计的一般原则,结合轮毂电机的应用需求设计无铁心AFPMSM的基本电磁方案。其次,为满足电机高功率密度和高效率的要求,对电机转子结构进行优化设计。以提高空载反电势幅值和正弦性为优化目的,从永磁体和转子支撑结构两方面进行优化设计。研究磁极组合型无铁心电机气隙磁场的三维分布特征,得到气隙磁密不同分量的分布规律。总结一般性规律,得出磁极组合型无铁心电机设计方案,并与普通充磁结构方案进行对比研究。再次,研究利兹线参数对绕组涡流损耗的影响,从损耗角度给出线径选取原则。考虑端部效应影响,采用分环等效直线电机法建立无铁心AFPMSM空载气隙磁场解析模型,提高了气隙磁密分量的计算精度。在此基础上,结合圆形导体涡流损耗计算模型求解涡流损耗,得出绕组涡流损耗分布规律。最后,提出一种采用单根导线等效多股绞合利兹线的三维有限元仿真建模方法。研究不同区域剖分长度对求解精度的影响,给出绕组等效线径的选取与折算方法,分析绕组不同部位涡流损耗分布规律及占比情况。通过三维有限元与解析法结果的对比分析,验证两种求解方法的合理性和可行性。

关键词：无铁心AFPMSM 磁极组合型结构绕组涡流损耗利兹线绕组等效模型

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非正弦电流下的HVDC换流变压器负载损耗特性研究

非正弦电流下的HVDC换流变压器负载损耗特性研究

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作者：刘亚青华中科技大学

学位级别：博士

负载电流谐波分量大和直流偏磁构成了换流变压器非正弦运行条件,两者均会导致其负载损耗发生变化。出厂试验中谐波负载电流对负载损耗的影响予以了考虑,但与实际情况存在一定偏差;对直流偏磁造成的负载损耗变化则未进行考虑;因此,出厂... 详细信息

负载电流谐波分量大和直流偏磁构成了换流变压器非正弦运行条件,两者均会导致其负载损耗发生变化。出厂试验中谐波负载电流对负载损耗的影响予以了考虑,但与实际情况存在一定偏差;对直流偏磁造成的负载损耗变化则未进行考虑;因此,出厂试验时测定的负载损耗不能表征其实际负载损耗,进而造成换流变压器现场运行温升过高。基于此,为准确确定非正弦电流下的换流变压器负载损耗,本文对谐波和直流偏磁条件下负载损耗特性进行了研究。针对谐波导致负载损耗中绕组涡流损耗的变化,本文从磁准静态场方程出发,基于变压器漏磁分布特点,推导了绕组涡流损耗计算方法,并提出了绕组涡流损耗的频率特性,即绕组涡流损耗与频率的平方成正比,同时需乘以一个F(Ka)以表征集肤效应的作用。随后,建立了换流变压器有限元仿真模型,仿真中对绕组的复杂的几何结构和电气联接均予以考虑以实现精确计算涡流损耗;仿真研究结果表明,F(Ka)表征的频率特性计算误差最小,较IEC 61378-2和Emanuel推荐的频率特性更符合实际。最后,对4个模拟线圈的不同频率下的绕组涡流损耗进行了实验研究,实验结果表明,F(Ka)表征的频率特性较其他频率特性更符合实际;同时其适用范围包括但不限于本文研究的换流变压器,可推广至普通的绕组线圈。本文推荐采用F(Ka)对IEC 61378-2中规定的绕组涡流损耗频率特性进行修正。针对谐波导致负载损耗中结构件杂散损耗的变化,本文基于TEAM Problem 21变压器结构件杂散损耗国际基准模型,对50-2500Hz范围内15个子模型的结构件杂散损耗进行了实验研究;研究结果表明,IEC 61378-2推荐的频率特性“结构件杂散损耗与频率的0.8次方成正比”与实际结果存在一定偏差,将会造成计算结果偏小。随后,基于实验分析结果,提出将结构件杂散损耗频率特性分为导磁和非导磁结构件两类;根据结构件杂散损耗中导磁和非导磁结构件的损耗占比,提出了采用导磁结构件杂散损耗表征结构件杂散损耗。最后,基于结构件内漏磁分布区域随频率的变化特性,提出了结构件杂散损耗的频率特性,即结构件杂散损耗与频率的1.5次方成正比;根据本文的实验结果对该频率特性进行了验证分析。针对直流偏磁导致的负载损耗变化,分析了直流偏磁导致负载损耗变化的机理;直流偏磁导致励磁电流幅值增大和波形畸变,进而造成空载漏磁幅值增大和波形畸变,最终使得空载漏磁在绕组和结构件中感应的涡流损耗增大至不可忽略的量级。随后,对BK-1000VA变压器进行了直流偏磁条件下损耗特性的实验研究,实验结果表明,直流偏磁下励磁电流将会随着直流偏磁程度的增大而增大,且励磁电流的高频分量增加的倍数更高;分离了变压器模拟油箱中的杂散损耗,指出直流偏磁条件下模拟油箱中的杂散损耗将出现明显增大。最后,基于目前无法实测直流偏磁下负载损耗增量的现状,提出了一种基于1.1倍过励磁试验数据的简便计算方法,用于确定直流偏磁条件下的换流变压器负载损耗变化量。综合全文结论,提出非正弦负载电流下的换流变压器负载损耗修正计算方法,对IEC 61378-2法进行修正,同时分析不同计算方法造成的负载损耗差异。随后,实测2台换流变压器谐波负载损耗,对比不同方法计算值与实测值的差异,论证本文修正方法的有效性。最后,实测运行状态下的换流变压器温升情况并与出厂试验的结果进行对比;实验结果表明,相同负载工况下,实际运行状态的换流变压器温升高于出厂试验值,目前采用IEC 61378-2法进行的负载损耗及温升试验与实际不符。

关键词：换流变压器负载损耗非正弦谐波绕组涡流损耗结构件杂散损耗 IEC 61378-2 TEAM Problem 21 直流偏磁

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混合动力系统用永磁磁通切换双转子电机基础理论研究

混合动力系统用永磁磁通切换双转子电机基础理论研究

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作者：莫丽红江苏大学

学位级别：博士

随着混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle, HEV)的发展,采用双转子驱动电机的电磁传动式混合动力系统被提出并得到关注,相对于传统汽车驱动系统,电磁传动式混合动力系统可实现高效率的无级变速动力耦合,具有高燃油经济性；相对于采用... 详细信息

随着混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle, HEV)的发展,采用双转子驱动电机的电磁传动式混合动力系统被提出并得到关注,相对于传统汽车驱动系统,电磁传动式混合动力系统可实现高效率的无级变速动力耦合,具有高燃油经济性；相对于采用行星齿轮的机械传动式混合动力系统,电磁传动式混合动力系统具有紧凑的结构,且双转子驱动电机能代替起动/发电机、电动机实现混合动力的耦合与分配,因此该系统已成为混合动力系统的发展方向之一。本文针对HEV用双转子电机所需的高转矩密度、低转矩脉动需求以及双转子电机普遍存在的内外磁场耦合问题,提出一种新型定子永磁式双转子电机一永磁磁通切换双转子电机(Flux-Switching Permanent-Magnet Double-Rotor Machine, FSPM-DRM),并进行了深入、系统的理论分析和实验研究,主要研究内容和创新点为：一、为了实现HEV用驱动电机小型轻量的需求,将具有高转矩密度、高功率密度及高效率的永磁磁通切换电机(Flux-Switching Permanent-Magnet Machine, FSPM)结构与双转子电机概念相结合,提出三相FSPM-DRM结构,并针对FSPM定位转矩较大的不足,对FSPM-DRM进行了基于减小定位转矩的定转子极数组合的优化选择,最终确定为三相12/22/12极FSPM-DRM拓扑结构。在此基础上,提出了FSM-DRM设计的一般功率方程,按照由内电机到外电机的设计过程,完成了FSPM-DRM的初始设计及基于转矩脉动最小的优化设计,为验证设计结构及设计参数的有效性,采用有限元方法对FSPM-DRM进行了电磁性能仿真分析、考虑绕组涡流损耗的电机损耗及效率分析,并评估了内外电机磁场耦合程度,为后续FSPM-DRM的精确控制及温度场分析奠定了基础。二、针对FSPM-DRM的内转子散热问题,本文首先采用集总参数热网络模型法及有限元法,对FSPM-DRM不同工作模式下不同负载时的温度场分布进行了分析比较,并通过实测温度进行了验证,得出不同工作模式及负载下绕组端部温度最高,且在高速高负载时绕组端部温度会超出绕组绝缘等级容许温度的结论：在上述分析的基础上,对FSPM-DRM进行了冷却系统的设计,对采用双风扇冷却系统及水通道冷却系统分别进行了温度场有限元仿真,仿真结果表明两种冷却方式均可实现内转子和内外电机绕组温度的有效冷却,并得出水冷却系统效果更佳的结论；最后,本文还对FSPM-DRM的电磁-热场双向耦合情况进行了研究,分析了电机温升对电机电磁性能的影响,并对绕组涡流损耗与温升的交互影响进行了研究,证明了在FSPM-DRM损耗分析时,绕组涡流损耗不容忽略。三、为验证FSPM-DRM不同工况运行的有效性及其应用于混合动力系统的可行性,本文完成了FSPM-DRM矢量控制系统建模仿真及基于FSPM-DRM的混合动力系统建模仿真。首先,根据FSPM-DRM有限元仿真得出的内外电机磁场耦合极小的结论和电机磁链、电感、定位转矩等参数,基于MATLAB建立了FSPM-DRM矢量控制系统仿真模型,进行了内外电机不同工况运行时稳态及动态性能仿真分析,证明了FSPM-DRM可实现不同工作模式的运行且具有较好的动态响应性能及较高的稳态精度。其次,搭建了由发动机模块、蓄电池组模块、FSPM-DRM控制模块、汽车模块及能量管理模块组成的混合动力系统仿真模型,针对10.15城市工况和NEDC工况进行了仿真分析及燃油经济性计算,仿真结果验证了FSPM-DRM可应用于混合动力系统实现不同工作模式下双功率流的耦合及分配,且相对于传统汽车,其燃油经济性得到了明显提高。四、根据FSPM-DRM优化设计的参数,加工了一台实验原理样机,搭建了FSPM-DRM数字控制系统实验平台,进行FSPM-DRM的性能测试及不同工况运行实验,实验结果验证了理论分析的正确性、样机设计及控制策略的合理性,也为下一步FSPM-DRM在混合动力汽车中的实际应用提供了理论和技术支持。

关键词：混合动力汽车永磁磁通切换双转子电机双转子电机设计磁场耦合绕组涡流损耗温度场分析工况仿真

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大型电力变压器突发短路电动力和绕组涡流损耗的计算和软件编制

大型电力变压器突发短路电动力和绕组涡流损耗的计算和软件编制

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作者：金鸿信沈阳工业大学

学位级别：硕士

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