基于Simscape航空三级式起动/发电机建模仿真研究

基于现有航空三级式起动/发电机仿真建模方法，提出基于Simscape电力系统域的励磁机、旋转整流器和主电机统一域建模方法，给出建模过程，在所建立的子系统模型上搭建航空三级式起动/发电机从起动到发电过程的仿真系统，该系统可工作在起动状态和发电状态，实现起动到发电状态的转换。仿真结果表明，所给出的建模方法可行、建模结果正确，能够支持相关领域的仿真研究。     

旋转整流器式无刷励磁系统电流线性放大器特性分析

对旋转整流器式无刷发电机的励磁系统的电流线性放大器特性进行了分析。运用了ａｂｃ坐标系统下的电机数学模型对励磁机带桥式整流系统进行了仿真,并进行了实验验证。结果表明：变速运行时,通过合理设计励磁机参数,可基本实现电流线性放大器特性。     

航空无刷同步电机起动发电系统电动运行励磁特性

对航空无刷同步电机起动发电系统电动运行的励磁特性进行了理论分析,提出了交直流混合励磁方案,建立了系统的MATLAB/SIMULINK仿真模型。仿真结果表明,主发电机励磁电流平均值随励磁机励磁频率的升高而减小,且主发电机励磁电流脉动率随转速升高有唯一极小值点,该点可作为交直流励磁的切换点。     

同步发电机-半导体整流系统的通用数字仿真方法

给出了一种同步发电机－半导体整流系统的通用数字仿真方法,该方法可以确定每一时刻半导体器件的通断状态,从而能够正确地仿真该系统的瞬态和稳态工况,并能简便地进行半导体器件故障运行状态分析。该方法可用于建立含单级半导体整流器同步发电机、无刷交直流发电机等部件的系统的仿真软件,具有程序编制简便、流程清晰、计算精度高、计算速度快等特点     

3 MW同步发电机阻尼绕组设计与超瞬态电抗性能验证

当一款发电机定转子主要尺寸定型后,转子的阻尼绕组性能是影响发电机超瞬态电抗的最主要因素。在不同的工况下,用户对发电机的超瞬态电抗的性能有不同的要求。通过阻尼绕组的调整基本可实现超瞬态电抗的调整。通过对1台3 MW无刷同步发电机转子阻尼绕组采用不同材质或不同的阻尼条数的设计方案,对超瞬态电抗值进行计算和分析,并通过低电压突然短路测试方式验证了不同方案对超瞬态电抗值的影响,以获得最佳的阻尼绕组设计方案。     

多电飞机大功率高压直流起动发电机系统研究与实现

起动发电（SG）一体化是多电飞机（MEA）和全电飞机（AEA）机载主电源系统的重要特征与关键技术。高压直流电源（HVDC）系统输出不受交流电频率约束，电机可工作在更高转速从而提高功率密度，且易于并联提高供电可靠性，已经成为飞机电源系统的重要发展方向。提出三级式高压直流起动发电系统架构，阐述了其组成和工作原理，分析了发电和起动模态下永磁发电机（PMG）、励磁机（ME）和主电机（MG）的运行特性，以及发电模态下励磁机的恒流源和电流放大器特性；研究了起动模态下主电机的转矩产生机理和影响因素以及励磁机单相交流励磁特性。研制成功120 kW/270 V高压直流起动发电机系统，构建起动发电一体化实验平台，完成了发电及发动机模拟起动运行实验，实验与仿真结果一致，为大功率高压直流起动发电系统在新一代飞机上的应用奠定了理论和技术基础。     

变频交流发电系统双定子绕组异步发电机短路瞬态分析

航空变频交流电源发电机突然短路是一种常见的故障情况,其瞬变过程值得展开深入研究。针对用于航空变频交流发电系统的双定子绕组异步发电机(DWIG),分析了两套绕组同时发生对称突然短路的情况,运用解析法给出了短路电流的衰减规律,最大短路电流计算公式及到达时刻。研究结果表明,DWIG在短路时定子绕组中将产生两个直流衰减分量和一个旋转衰减分量,分别对应两套定子绕组和转子的影响,其瞬态电抗的形式与带阻尼绕组的同步电机直轴超瞬变电抗类似,并与瞬态电流的峰值成反比关系,分析表明DWIG短路电流的峰值小于同步发电机。所得的结果能够有助于深入理解DWIG的瞬态特性,获得的解析公式有助于对发电机突然短路电流进行估算,辅助发电机电磁设计,可以为发电系统保护单元和控制器的设计提供理论参考。     

同步发电机动态性能的数字机研究

本文采用P变换阵将同步发电机的时变动态方程,转换成所谓尸派克方程。由此建立了单台发电机的状态方程。在航空无刷交流发电机中,由于调压器的非线性作用及交流励磁机的延滞,使主同步发电机的激励函数U_F（t）可归纳为带滞后（t_E）的指数曲线(等效时间常数T_ff)。 用数字机对上述状态方程按解析法、四阶龙格库塔法、指数矩阵(e^AT)法、网络拓扑法等四种方法,分别打印出八种同步发电机动态曲线。分析了四种算法的计算精度及稳定区域,确定其应用范围,并得出一定的结论。     

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。     

刷式密封流动传热特性数值方法

开展了刷式密封流动传热特性数值方法研究,分别建立了刷式密封多孔介质、稳态实体与瞬态流固热耦合求解模型,设计搭建了刷式密封泄漏流动特性实验装置,在实验验证数值方法准确性基础上,对比分析了3种数值方法的差异性,研究了刷式密封流动传热特性,揭示了刷式密封的封严与传热机理。研究结果表明:在研究工况下,刷式密封多孔介质、稳态实体、瞬态流固热耦合模型泄漏量计算值与实验值的对比误差分别为9.8%~17.1%、8.1%~10%、6.92%~9.01%。刷式密封多孔介质模型计算速度较快,但需通过实验修正孔隙率,湍流模型对稳态实体模型流动传热特性结果影响较大,瞬态流固热耦合模型考虑了流场、刷丝及摩擦热三者间相互耦合作用,计算精度较高,但所需计算时间较长;同一压比下刷丝束温度从上游至下游逐渐增加,刷丝束最高温度随压比的增加而增大。气流流经刷丝间隙形成的节流效应致使泄漏气流能量耗散是刷式密封封严的主要原因,泄漏气流与刷丝表面间的对流换热是刷式密封摩擦热耗散的主要形式。      

稀土钴永磁交流电机中的辅助发电机

 1.前言 30KVA变速恒频用稀土钴永磁交流电机中,主发电机是稀土锚永磁的“实心式”转子,由横向结构的磁钢和磁极压入套环组成盘式组件,三个盘式组件组成主转子。其漏磁通占主磁通的20％以上,在主转子侧面设置捲绕的环形电枢铁芯,利用主磁极端部的漏磁通来发电的辅助发电机,功率大于600VA,象无刷交流发电机中的小永磁发电机一样,作控制保护装置的电源用。供起动用的位置检测器是差动变压器式。电机结构见图1。     

某型直升机发电机带不对称负载时的模型分析

直升机电磁式无刷同步发电机系统带不对称负载时,系统的性能分析对飞机电网来说非常重要。而常用仿真平台MATLAB软件中,电磁式无刷交流同步发电机模型不能用于不对称负载的仿真分析,针对这一问题,本文提出了一种基于abc/dq0变换的新型同步电机仿真模型,有效解决了系统带不对称负载时的建模问题。基于所建模型进行了一系列仿真分析,仿真结果验证了该模型的正确性和可行性,为直升机发电机系统分析与设计提供了有效方法。     

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。     

航空交流发电机等效热网络模型

三级式航空交流发电机的热交换是一个复杂的物理过程,为了定量计算电机内的温升分布,必须建立其等效模型。以B747发电机为例,介绍了三级式航空交流发电机的内部发热源、基本传热途径,分析了航空交流发电机的发热过程,建立了三级式航空交流发电机各部分等效热网络模型,根据电机的内部结构,构建了整个航空交流发电机的等效热网络模型,并用实例验证了模型的正确性。     

电磁式无刷交流同步发电机的MATLAB/PSB建模

 针对电磁式无刷交流同步发电机建模分析的困难 ,提出一种在MATLAB环境中为此类电机构造PSB模型的方法 ,即利用PSB中的测量元件模块和受控电源模块沟通电机的数学模型与电路拓扑模型 ,从而实现了高效率、高质量的“电路—电机—控制”系统的混合仿真。这一建模方法有效地解决了带电力电子装置的复杂电机控制仿真问题 ,并可方便地推广到各种机电混合系统的建模分析中。     

起动发电机在中国大型客机上的应用

变频交流（AC）发电机在三级式恒频交流同步发电机的基础上发展而来，其宽的变速工作范围给发电机系统带来了新的特点，而变频交流起动发电机又是在变频交流发电机基础上进一步发展的，其运行条件及工作特性更为复杂。首先介绍变频交流发电机的结构特点，并给出其设计关键点以及变频工作对发电系统的影响；进一步针对变频交流起动发电机新增的起动功能，重点分析起动工作时励磁机的两种工作方式，并给出建议的工作方式。通过分析现有变频交流起动发电机及其起动发电系统，指出进一步提高其功率密度和效率是完全可能且必要的，从而为其在中国未来大型客机上的应用和发展提供参考与建议。     

基于VBA的Maxwell二次开发在无刷交流励磁机电磁计算中的应用

针对无刷交流励磁机复杂的结构特点,将Maxwell 16.0作为开发平台,使用Visual Basic for Application(VBA)程序开发语言,对该电机的建模、添加材料、施加激励、剖分以及后处理进行二次开发。对无刷交流励磁机建模中的定子绕组、磁极、转子槽、电枢绕组实现参数化,具有一键求解、自动剖分和后处理的自动出图等功能。基于Excel的开发平台,设计可视化界面,加强人机的信息交互,减少重复性的步骤,提高设计人员的效率,缩短电机的设计周期。     

各级差异化多级刷式密封级间压降均衡性数值与实验研究

分析多级刷式密封级间压降分配特性理论,提出新型各级差异化多级刷式密封结构,基于流固耦合方法建立新型多级刷式密封三维实体计算模型,设计搭建新型多级刷式密封泄漏流动特性实验装置,数值与实验研究在不同工况条件下,结构参数对新型结构多级刷式密封级间压降均衡性和泄漏特性的影响规律。研究结果表明：传统结构多级刷式密封各级级间压降占比均衡性标准差为8.41,新型结构各级级间压降占比均衡性标准差最大为4.69,最小为2.07。相较传统各级相同结构,增大下游级有效流通面积的新型各级差异化多级刷式密封可有效改善级间压降的不均衡性。提高后挡板保护高度使得新型结构各级级间压降占比均衡性标准差最小,各级级间压降占比较接近,可明显改善新型结构多级刷式密封级间压降均衡性。减少刷丝束厚度和增大刷丝束与转子面间隙使新型结构多级刷式密封的泄漏量增大明显。     

航空发动机组态建模技术研究

基于组态的方法设计了航空发动机部件模型库、仿真实时数据库以及前台组态系统和后台运行管理系统,构建航空发动机组态建模平台,并在此平台上实现了多种结构发动机模型的稳态仿真和瞬态仿真,其结果达到了一定精度,验证了航空发动机组态建模技术的可用性.      

航空电机及控制器的温度场仿真分析

对一种航空用高功率密度无刷直流电机,建立电机和控制器一体的三维热仿真模型。根据电机系统内部热交换及传热学相关理论,确定系统内散热系数与热边界条件,利用有限元分析软件ANSYS Workbench对建立的热仿真模型进行温度场仿真与分析,得到了不同环境温度变化情况下电机和控制器的温度场分布和温度对时间变化的曲线。经与试验得到数据进行对比分析,验证了仿真的准确性。这对电机和控制器的设计与温度场计算提供了依据。