基于MATLAB/Simulink的变频电机系统能耗实用模型

变频电机系统能耗分析需要对系统各环节建立准确的损耗计算模型。针对目前有限元模型建模繁琐、计算量大的现状,在考虑了变频电源谐波对铁耗电阻影响的基础上,建立了计及铁耗等效电阻的异步电机数学模型及PWM变频器主电路损耗模型,提出一种基于MATLAB/Simulink的变频电机系统实用模型,实现了变频电机系统各环节损耗准确分析。通过对不同工况下变频器、电机和系统总效率的仿真分析,揭示了传统忽略变频器能耗的损耗分析方法对系统最佳运行点估算存在一定误差。为了验证模型正确性,对一组5.5 kW变频电机系统进行了试验对比,验证了文中模型能够正确有效地模拟变频电机系统运行。研究成果为进一步研究系统能耗最优控制策略提供了重要理论支撑。     

变频电动机耦合电容分析与计算研究

脉宽调制(PWM)变频驱动器在提高交流传动系统效率的同时,产生的高次谐波导致共模电流显著增加。其中电动机定子绕组与定子铁心之间的耦合电容是共模电流的主要通路。准确计算定子绕组与定子铁心之间的耦合电容对于预测共模电流具有重要意义。由于电机绕组内部导线排列不规则,准确进行解析计算较为困难,将其简化为集中导体后,会导致计算精度变差。在绕组全散线模型的基础上,提出了一种简化散线建模方法,能在计算精度不变的情况下,有效地减小模型的复杂度。通过对比解析计算、全散线模型、简化散线模型和测量值,验证了该方法的有效性。     

管道强制电流阴极保护电位计算的等效电阻法

针对受一个阴极保护站保护的埋地钢质管道,提出了管道电位和电流计算的等效电阻方法,并用解析方法推导出管道覆盖层破损后电位和电流的计算公式。等效电阻方法将所研究管道划分成若干管段,用一个电阻表示管段对轴向电流的阻碍作用,一个电阻表示对径向电流的阻碍作用,从而将管道强制电流阴极保护系统表示成一个等效电阻电路。利用网孔电流法求解该电路的网孔电流,并计算出管道各节点上的电位。计算结果表明,等效电阻方法得到的结果与解析法的计算结果完全吻合。该方法特别适合于管径和（或）过渡电阻发生变化的情况。     

基于改进磁密计算的开关磁阻电机径向力解析建模

现有的麦克斯韦应力法计算开关磁阻电机(SRM)径向力的过程中,气隙磁通密度的求取过于简化。由于麦克斯韦应力法的积分路径较简单,气隙磁通密度的准确度直接影响了径向力求取的精度。综合等效磁路法和麦克斯韦应力法,精确计算了SRM气隙磁通密度,给出了单相激励下定子径向电磁力的表达式。在角度位置控制 (APC) 方式下,推导了转子运转过程中定子径向电磁力的解析表达式。在有限元软件上进行了仿真,对比分析了解析计算得到的径向力在时域和频域的分布,解析结果和有限元仿真结果相比表明,即使在2倍额定电流下误差也能维持在10%以内。     

基于波形重构法的永磁电机电磁振动噪声计算研究

提出了基于波形重构法的径向气隙磁密和径向电磁力波解析计算方法,简化了永磁电机电磁振动和噪声(EVAN)的计算过程,解决了永磁电机径向电磁力波计算较为复杂的难题。首先介绍了波形重构法计算永磁电机EVAN的理论依据。然后,以1台永磁电机为例,详细介绍了运用波形重构法计算永磁电机电磁振动噪声的具体步骤。最后,对电机EVAN进行多物理场有限元仿真,将波形重构法计算结果与有限元仿真结果对比,在误差允许范围内二者的计算结果具有一致性,由此验证了波形重构法计算电机EVAN的准确性。     

轴向磁通磁场调制型电机的解析分析

提出了一种新型二维解析分析方法用于计算轴向磁通磁场调制型电机的气隙磁场分布和电机特性。对电机每个子域列出拉普拉斯方程或泊松方程并结合边界条件,求解出每个子域的矢量磁位,进而得到气隙磁场分布、空载反电势、电磁转矩和轴向磁拉力的解析表达式。为了评估解析方法的计算精度,对二维解析分析结果和三维有限元仿真结果进行了比较,结果表明二维解析计算结果的计算误差在10.3%以内。由于解析分析在保证计算精度的前提下大大缩短了计算时间,因此该方法适用于轴向磁通磁场调制型电机初始设计阶段电机参数的确定。     

一种基于SNM降阶技术的整体叶盘结构失谐识别方法研究

本文以谐调叶盘有限元模型解析模态和失谐系统的实验测量模态作为基础信息,提出了一种整体叶盘结构失谐识别方法。该方法基于SNM降阶技术,大大降低了识别过程的计算花费以及对基础信息的要求;采用了子矩阵型技术使得失谐参数定义更加的自由,并使得该方法具有模型修正的功能;利用最可能向量技术处理实验测量模态振型,有效的限制了测量噪声、非线性等因素对识别过程的影响。最后以一个真实叶盘结构的数值仿真分析证明了该方法的正确及有效性。     

着陆缓冲气囊的无反弹设计方法研究

着陆缓冲气囊发生反弹将造成系统姿态不可控、二次冲击等危害,针对排气型着陆缓冲气囊系统易发生反弹的问题,提出了一种着陆缓冲气囊的无反弹设计方法。首先给出了6种不同形状气囊的缓冲过程变形假设,并基于牛顿第二定律和热力学方程建立了气囊系统的动力学解析模型;然后采用该模型以无反弹为约束条件对着陆缓冲气囊进行优化,实现了气囊的无反弹设计。运用此方法对圆柱形气囊进行无反弹多目标优化,得到了有效载荷最大冲击加速度更小、触地速度更小,且缓冲过程无反弹的气囊模型;优化前后气囊模型的解析计算结果与有限元仿真结果一致性好,表明所建解析模型合理,精度较高,验证了所提方法的有效性。     

变频交流发电系统双定子绕组异步发电机低载波比控制

随着多电全电飞机的发展,变频交流(VFAC)电源发电系统已广泛应用于大型民用飞机之中。VFAC系统的主发电机具有功率大、基波频率高的特点,而大功率器件的开关频率通常不高于5kHz,因此,如何在有限载波比下保证输出电压波形质量及动态性能成为了研究的重点。基于双定子绕组异步电机(DWIG)VFAC发电系统,利用特定次谐波消除脉宽调制法(SHEPWM),针对不同的基波频率段选择不同的载波比,在保证波形质量的同时做到开关频率最低。针对SHEPWM无法实时控制的问题,采用磁链追踪控制(FTTC)对SHEPWM调制进行了改进,保证了系统动态性能,仿真和实验验证了方法的正确和有效性。低载波比控制方法不仅可以应用于变频交流发电系统,而且同样适用于中频变换器等场合。     

一种基于模态减缩技术的整体叶盘结构失谐识别方法

以谐调叶盘有限元模型解析模态和真实失谐结构的测量模态作为基础信息,提出一种整体叶盘结构失谐识别方法.该方法基于经典模态减缩方法(SNM)降阶技术,降低了识别过程的计算花费以及对基础信息的要求;采用子矩阵型技术使得失谐参数定义更加的自由,并使得该方法具有模型修正的功能;利用最可能向量技术处理实验测量模态振型,可有效的限制测量噪声、非线性等因素对识别过程的影响.最后以一个真实叶盘结构的仿真分析证明了该方法的有效性.      

航空变频电源下笼型感应电机矩形转子槽结构优化分析

当前大功率的航空发电机开始采用360~800Hz的变频输出方式,在航空变频电源的直接供电下,感应电机的性能受到频率变化最大的影响是在高频时起动转矩太低。针对笼型感应电机,采用解析计算的方法对矩形转子槽尺寸进行优化,在不改变稳态性能的条件下获得最大起动转矩。深槽尺寸的变化将影响集肤效应系数和槽漏感2个方面,二者对起动转矩的作用相反。通过综合2个方面的因素,建立起包含槽型尺寸和频率的动态转子参数模型,并采用该动态转子参数对传统的转矩公式进行调整,进而获得关于转子槽尺寸的起动力矩解析式,同时基于该解析式实现对起动力矩的优化。采用该解析方法对7.5kW感应电机进行深槽转子优化,并对航空变频电源驱动时的起动特性进行了仿真和样机实验,验证了该方法在矩形转子槽优化设计中的有效性。     

300 MVA脉冲发电机组滑差方式起动过程研究

介绍了300 MVA脉冲发电机组的滑差装置。对机组采取滑差方式的起动过程进行了分析和等效建模。根据机组实际起动过程电气波形,利用非线性规划模型,建立了滑差装置液体电阻等效仿真模型,并代入机组参数对起动过程进行仿真,仿真结果和实际波形吻合,验证了模型的正确性。在此基础上,为了使机组的转速达到额定转速,提出在滑差装置液体电阻低位时并入两级固体金属电阻后短接的方案,给出了两级固体金属电阻的阻值等理论参数,并通过仿真验证了方案的可行性。建立的仿真模型可以作为研究不同参数、不同控制策略下的机组起动过程动态特性的重要工具。     

飞机电网零序阻抗的数值计算

从麦克斯韦方程出发,推导了飞机电网零序阻抗参数的计算公式。对几种不同敷设方式载流导线的零序阻抗进行了计算,其结果与标准值较为接近。这种数值计算方法比传统的解析近似估算方法更为合理和准确。     

一种基于响应信息的整体叶盘结构失谐识别方法

以谐调叶盘有限元模型解析模态和真实失谐结构的稳态响应作为基础信息,提出一种整体叶盘结构失谐识别方法。该方法基于公称模态子集（SNM）降阶技术,降低了识别过程的计算花费以及对基础信息量的要求;采用子矩阵型技术使得失谐参数定义更加自由,并使得该方法具有模型修正的功能;直接利用实测的稳态响应数据作为输入参数,并且不需要施加在结构上的外力信息,提高了基础数据可靠性并有效降低了实际测量的难度。最后以一个整体叶盘结构的仿真分析证明了该方法的有效性。     

基于有限元法的无刷交流励磁机空载特性分析及额定励磁电流计算

针对无刷交流励磁机铁心结构的复杂性和铁磁材料饱和特性的影响,采用非线性有限元法,利用有限元软件Maxwell,建立无刷交流励磁机的二维模型,对空载特性及额定励磁电流进行研究分析。以1台28 kW无刷交流励磁机为例,对电机气隙磁场仿真分析并求取空载特性。计算所得的基波电势与实测结果相符,为此类电机电磁场的设计提供理论依据。在此基础上通过场路耦合的方法,用外电路来模拟额定负载工况,计算出额定工况下的励磁电流。该方法具有实用性,可为一般的交流励磁机励磁电流计算提供参考。     

返回舱入水冲击数值建模与响应分析

用仿真方法对返回舱入水冲击问题进行了研究,建立三维有限元模型。分别对返回舱以不同速度、不同质量入水的情况进行了计算,通过对计算结果的分析发现,冲击压力曲线能较好地和文献中的试验曲线相吻合,证实了仿真计算的可行性。     

变速恒频航空电源发电状态闭环系统模型

变速恒频（Variable Speed Constant Frequency,简称VSCF）电源是一种新型航空电源,它的主电路主要由变频交流发电机和变频器构成。本文按变频器的实际工作,归纳出系统四种基本电路结构,共十二种工作模式,分别建立了它们的状态方程,为数字计算机进行仿真计算提供了数学模型。所提供的模型对于系统的定量分析研究与优化设计是有意义的。     

飞机薄壁件批量铆接过程的模拟方法研究

机身壁板和机翼壁板是飞机装配过程中典型薄壁件,具有壁薄、弱刚性、曲率变化大等特点,在部装和总装阶段暴露出不同程度的铆接变形问题,且目前无法准确预测或消除.本文从铆接工艺和有限元模型两个方面,建立了面向飞机薄壁件批量铆接过程的有限元仿真简化模型,提出了基于接力计算原理,以MATLAB为二次开发平台,大型有限元软件包ABAQUS为核心求解器的批量铆接过程模拟方法,实现对铆接过程变形情况的分析与预测.通过试验验证该方法的有效性和可行性,为飞机薄壁件铆接变形的控制提供有效的理论支撑.     

基于改进主元分析的故障诊断方法研究

提出了一种主元分析与模糊聚类相结合的故障诊断方法,该方法首先用主元分析方法降维、提取故障特征,并计算出T2值和Q值,若超过阈值说明有故障发生,则用模糊聚类识别故障,具有诊断时间短、准确性高的优点.通过对田纳西-伊斯曼过程的仿真表明了该方法的有效性.     

切深对椭圆超声振动切削机理的影响

以椭圆超声振动切削为研究对象,通过理论分析,有限元仿真和切削实验,研究了切深变量对其切削过程中机理的影响。指出在微小的切深条件下,刀尖钝圆影响不可忽略,其切削过程表现出微细切削特性。一方面,基于微细切削理论,建立了正交椭圆超声振动切削运动学和力学模型,将切削区分为后刀面回弹区、刀尖犁切区、刀尖剪切区和前刀面摩擦区四个区域,并依次对四个区域内不同切深条件下各个切削分力进行计算分析。另一方面,对切削过程进行有限元仿真和切削实验。其结果表明:当切深小于最小切削厚度时,切削过程主要为刀具后刀面的回弹挤压与摩擦和刀尖钝圆的犁切作用,不产生切屑,切深抗力大于主切削力;当切深大于最小切削厚度并逐渐增大时,刀尖剪切和切屑与前刀面的挤压与摩擦作用逐渐凸显并成为主要切削方式,此时主切削力逐渐超过切深抗力并迅速增大。