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中国电机工程学报 2007年第12期杂志 文档列表

中国电机工程学报杂志电机电工

汽轮发电机不同运行条件下复杂非线性特性对比研究1-6

摘要：以理论分析和有限元计算相结合的方法，以1台300MW汽轮发电机为例，系统研究了不同负载条件下的汽轮发电机的负载饱和特性。这些特性揭示了汽轮发电机的气隙电势与气隙合成磁势之间在不同条件下的复杂非线性关系。论文中分别对固定功率角，固定励磁电流等4种不同情况下的负载饱和特性进行了对比分析。结果表明，大部分运行条件下，由负载饱和特性决定的额定电压附近的气隙磁势都比按空载特性所决定的值大25-60％，个别情况下要大1倍以上。最后通过7．5kW模型机的实测结果验证理论分析和数值计算的正确性。

大型空冷汽轮发电机转子温度场数值模拟7-13

摘要：随着空冷汽轮发电机容量增加，其组件的可靠性依赖于冷却系统散热能力。因而，了解关于发电机中各空气区域内的速度及温度分布是非常重要的。为了能够数值模拟出较详细和较准确的大型汽轮发电机转子温升分布，该文以150MW空冷汽轮发电机转子作为研究对象，建立了模拟转子本体及通风道内空气的传热及紊流流动二维数学模型及边界条件，并利用CFD原理，采用有限体积法进行求解，得出了转子周期截面较准确的不对称温度分布。并将计算结果与实验测量结果相比较，证明计算结果较准确。分析了副槽入口风速等参数对转子温度分布的影响。结论对汽轮发电机转子通风道优化设计及转子安全运行具有指导意义。

基于观测器模型的直线电机干扰抑制技术的研究14-18

摘要：与旋转电机相比，直线电机由于减少了齿轮等中间传输环节更容易受到干扰力的影响，所以提高直线电机控制系统的抗干扰性能具有非常重要的意义。文中在建立直线电机干扰模型的基础上提出了一种有效减弱直线电机电磁推力波动干扰的方法。该方法采用干扰观测器和迭代学习算法相结合的策略，从而可以抑制干扰力对直线电机控制系统的影响。并因此可以获得很高的稳态位置精度。仿真结果和实验结果显示，在采用该文设计的基于干扰观测器反馈和迭代学习相结合的抗干扰系统后，直线电机位置系统可以达到较好的抗干扰效果，而且可以达到更高的定位精度。

PWM逆变器供电下电机铁心损耗的解析计算19-23

摘要：在Benotti分立铁耗计算模型的基础上，采用贝赛耳函数，推导PWM逆变器供电下硅钢片损耗的计算模型，该模型考虑逆变器参数对材料损耗的影响，建立PWM供电与标准正弦供电时材料损耗之间的数量关系，为电工材料性能的研究提供了理论依据。通过改进的爱泼斯坦方圈实验，给出一种非正弦供电下电工材料性能的实验研究方法，实验结果与理论值吻合较好。采用PWM逆变器供电时的三相异步电动机进行样机实验，结果表明，该计算模型对PWM供电下电机铁心损耗的理论计算具有很好的工程应用价值。

全集成空间弯曲形状记忆合金电机研究与应用24-27

摘要：提出了全集成空间弯曲形状记忆合金电机新结构，将经过记忆处理的三根SMA丝在室温时嵌入液态硅橡胶中固化，同时集成位置传感元件与连接导线，使棒体在SMA通电升温后产生的空间弯曲变形能在断电后自如恢复，由此构成紧凑型机电一体化双程可逆致动元件。在详细阐述电机运行原理基础上，设计了基于六片应变片的曲率传感器，实现精密位置控制。进行内嵌单根SMA丝弹性棒的受力分析后，推导了形变分析数值计算方程。同时，运用叠加原理得出了近似算法并与数值计算方法进行对比研究。最后，将ESSMAA直接用作拟人手拇指主动指节，结合平面弯曲SMA电机，构建了三指六指节机械手样机，单机与多机实验验证了ESSMAA及机械手的良好运行控制品质。

无轴承薄片电机磁体形状优化设计及系统实现28-32

摘要：无轴承永磁薄片电机引起了工业界的关注。这种电机集电机与磁轴承于一体，并利用被动磁悬浮与主动磁悬浮相结合的方法简化了结构、降低了成本。因其独特的结构，无轴承永磁薄片电机的径向悬浮性能对其各自由度悬浮性能有较大的影响，同时其集成度高，对损耗有较严格的要求。该文从这2个方面出发提出了一种基于有限元分析的表贴式永磁无轴承薄片电机永磁体形状的优化设计方法。仿真与实验证明，永磁体经优化设计后，其转子磁场谐波含量非常小，损耗小，悬浮力脉动小，易于获得良好的悬浮性能。

基于有限元法的磁悬浮开关磁阻电机数学模型33-40

摘要：当电机高速运行时，为避免机械磨损，采用电磁力进行悬浮支撑，而磁轴承占用轴向空间，限制临界转速。磁悬浮开关磁阻电机利用电机定子与轴承机械结构的相似性，在原有的电机定子绕组上附加一套径向力绕组，通过一定的控制策略，同时实现电机的旋转和悬浮。该文在利用有限元软件Ansoft／Maxwell 2D分析磁悬浮开关磁阻电机磁场的基础上，结合等效磁回路法并根据虚位移定理，推导出磁悬浮开关磁阻电机在考虑α、β轴方向径向偏移及其耦合时的径向力和转矩的数学模型，并用有限元分析结果验证了该模型的正确性和有效性。

大型异步电动机定子振动与模态分析41-45

摘要：预测电机的振动和噪声需准确计算电机定子结构的固有频率及定子的响应特性。文中利用3D有限元软件研究了定子模态和固有频率，分析了定子叠片结构、绕组对大型异步电机定子固有频率和振动模态的影响；用有限元分析和实验测量确定正交各向异性叠片结构和绕组的材料属性，并与实测结果进行了比较。研究表明，对于大型异步电机，定子绕组对固有频率影响很大，其弹性模量远低于实体铜，有效部分绕组和端部绕组不能简单地以附加质量形式计算固有频率；端部绕组质量和刚度对固有频率的影响大体相互抵消，所以端部绕组对固有频率的影响相对很小。

12／3相双绕组异步发电机定子槽漏感的计算46-51

摘要：为计算12／3相双绕组异步发电机多达上百的相间槽漏感，在槽比漏磁导求取和绕组与线圈边连接关系确定方面采用了新的分析方法。通过对定子圆底槽各层的分片处理，由数值方法推导了层间槽比漏磁导计算公式，并给出了相应的计算结果。仿照图论结合回路电流法分析电路网络的过程，列写了表示线圈边支路电流与一相绕组回路电流问的关联矩阵，用规范统一的编程方法计算各相绕组间的槽漏感，并对其中几个电感值进行了定性分析。所用分析方法通用性强，对绕组连接复杂多相异步电机定子槽漏感参数计算优势明显。

18kW异步电机高压直流起动发电系统设计与实现52-58

摘要：采用异步电机的起动／发电双功能电源系统将是战机、战车和汽车等移动电源系统的一个有竞争力的发展方向。结合18kW270V高压直流起动／发电系统的研究工作，该文介绍了异步电机与变换器控制结合的起动／发电系统综合设计方案，通过两路三相变换器的功率开关的通断实现电机起动时△接法、发电时Y接法的转换运行，解决了起动时低压蓄电池供电和发电时输出高压的矛盾。分别阐述了异步电机起动运行和发电运行的控制策略，对比了异步电机“Y”、“△”2种接法下的转矩控制技术的特点，并简要介绍了宽转速范围内提供恒压电功率技术。这些关键技术使系统大大提高了发电的动静态品质和起动性能。最后给出系统仿真及样机试验结果。

永磁无刷直流电动机场路耦合运动时步有限元分析59-64

摘要：提出一种适用于永磁无刷直流电动机的场路耦合运动时步有限元分析方法，解决了电机在非正弦供电时的场路耦合分析问题。电路中考虑了开关元件换流重叠过程和绕组中点的电位波动。给出了控制电路与电磁场方程耦合的时步有限元单元分析方法，采用改进的有限元运动边界处理方法——插值运动边界法解决转子运动问题。应用上述模型对1台无刷直流电动机的进行分析，计算结果和样机的实测波形吻合。该方法也适用于其他非正弦供电电机的场路耦合有限元分析。

无轴承永磁同步电机转子偏心位移的直接控制65-70

摘要：无轴承电机运行时由于负载扰动使其转子产生的径向偏心影响了其稳定悬浮性能，因此如何采取直接有效的方法控制转子偏心位移、使转子稳定悬浮成为无轴承电机研究的重点。文中对无轴承电机中的麦克斯韦力进行详细研究后，根据径向偏心位移和径向悬浮力之间的关系，基于可控径向悬浮力产生的机理，采用转子磁场定向，对转子偏心位移的控制提出了一种全新的控制方法：无轴承永磁同步电机转子偏心位移的直接控制，并设计了相应的控制系统。仿真结果表明，该方法有效地提高了无轴承电机稳定悬浮运行的动、静态性能，实现了对转子偏心位移的直接控制。

独立运行双馈发电机矢量控制技术研究71-76

摘要：根据双馈发电机的数学模型，对系统耦合量的处理方式进行研究，在强迫定向的定子磁场定向控制策略的基础上，针对独立运行双馈发电机系统的控制目标建立相应的励磁控制模型，并分析和比较了并网型和独立运行双馈发电机系统在构成以及控制策略上的异同。实验结果与理论分析均表明，双馈发电机独立运行时，定子输出电压以及定子磁链标准唯一取决于等效的定子磁化电流，与负载大小无关，而定子出口输出功率唯一取决于负载大小：而负载一定时，定子输出电压、定子磁链以及定子出口输出功率等都取决于等效的定子磁化电流。

交直流三自由度混合磁轴承结构与有限分析77-81

摘要：为简化三自由度磁轴承结构，缩小其尺寸，降低其制造与运行成本，提出一种新型的交直流三自由度混合磁轴承。该磁轴承轴向单自由度采用直流电控制，径向两自由度采用1个三相逆变器提供控制电流，由1块径向充磁永磁体同时提供轴向与径向偏置磁通。介绍交直流三自由度混合磁轴承结构及悬浮力产生机理，用等效磁路法对该磁轴承的磁路进行了推算，导出了其轴向、径向磁力数学模型，设计了实验样机，并对实验样机的磁路用ANSYS8．1软件进行了有限元分析。理论研究和有限元分析表明：交直流三自由度混合磁轴承结构合理紧凑、承载力大、效率高、成本低。

基于拓扑优化的单边核磁共振永磁磁体研究82-85

摘要：为了在单边核磁共振仪器外产生梯度恒定的磁场，提出利用基于拓扑优化和有限元法的优化设计方法。通过伴随变量法推导出永磁系统中拓扑设计灵敏度的解析表达式，在连续性拓扑灵敏度分析的基础上，利用罚函数法来优化单边核磁共振仪器永磁磁体的磁化方向。数值结果表明，提出的优化方法能使单边核磁共振仪器外产生梯度恒定的磁场。

摩擦焊接用电磁振动头的仿真分析与实验研究86-90

摘要：振动摩擦焊接是近些年发展迅速的一种新型无缝焊接技术。在设计了一种新型的双边激励的电磁式振动头的基础上，采用将磁场简化为磁路进行分析计算的方法建立振动头的简化数学模型，并根据变分原理及非保守系统拉格朗日方程得出系统的运动方程。在考虑了气隙变化对绕组电感和电磁力幅值的影响后利用Simulink仿真分析了该振动头的动态特性。对不同频率下绕组电流波形的仿真结果表明，在发生谐振的时候，系统气隙的周期变化会在电流中产生很多谐波，并在谐振点附近可以获得足够的振幅。实验结果验证了仿真分析的正确性，证明了该振动头的设计方案可以满足振动摩擦焊接的工程实际需要。

75m三相交流高温超导电缆的研制91-96

摘要：成功研制的75m长10．5kV／1．5kA三相交流高温超导电缆是目前世界上少数几组并入实际电网试验运行的三相交流高温超导电缆之一。超导电缆芯采用均流方法设计，在自主开发的专用绕线机上绕制：低温杜瓦管采用柔性波纹管和真空绝热结构；电缆的绝缘设计和加工实现了与常规电缆电绝缘工艺的兼容：低温制冷系统采用减压降温方式；在线监测系统采用光一电转换技术实现高电压隔离。该超导电缆的交流载流能力大于3500A，自2004年12月起，已累计在配电网中运行达7000h。

单断口和三断口串联真空灭弧室绝缘击穿统计特性97-102

摘要：建立了由3个真空灭弧室串联后组成的三断口真空灭弧室模型。通过施加工频交流高压和冲击高压，重点研究在相同的总开距下，与单断口真空灭弧室模型相比，三断口真空灭弧室模型的静态击穿电压增益特性和静态击穿统计特性，包括三断口真空灭弧室在工频交流电压下的静态电压分布特性。试验研究表明，不同的串联布置方式表现出不同的断口电压分布特性。断口电压分布特性越均匀，则击穿电压增益倍数越高。击穿统计特性试验研究表明，三断口真空灭弧室相比单断口真空灭弧室具有更低的击穿概率。试验结果与理论分析相吻合，证明了理论模型的有效性。