脉冲磁流体发电技术研究进展

本文总结和阐述了现有脉冲磁流体发电机的类型及其国内外研究进展,同时对磁流体发电过程中的关键技术和科学问题(近电极压降、边界层分离、Hartmann效应、发电系统建模、性能分析、高磁雷诺数、强电磁效应、阻抗匹配等)进行了综述总结,以期掌握磁流体动力学行为及能量转化机理,提升发电机性能,并介绍了在航空航天领域的三种主要应用方式：磁流体能量旁路、超燃冲压发动机驱动的磁流体发电及表面磁流体发电。最后，对脉冲磁流体发电技术研究的发展趋势进行了总结和展望,旨在对其实用化进程提供指导和借鉴意义。     

双定子混合励磁磁通切换电机及其电磁性能分析

提出了一种带有导磁桥的双定子混合励磁磁通切换(DSHEFS)电机。通过建立混合励磁电机数学模型,分析了混合励磁电机的优势所在;并通过建立等效磁路模型,总结了具有或不具有导磁桥的两种DSHEFS电机特性。基于二维有限元分析,对DSHEFS的电磁性能进行了评估,结果表明,其不仅具有优异的磁场调节能力,而且还具有更高的输出转矩。     

混合励磁电机的技术现状及新进展

在永磁电机的基础上,增设电励磁绕组,以辅助调节永磁磁场,形成混合励磁电机,融合了永磁电机和电励磁电机的优点,应用前景广阔。介绍了混合励磁电机的调磁原理;从电机原型的角度,分析了混合励磁电机的发展思路;以励磁方案为着眼点,提出了一种混合励磁电机的分析方法;结合混合励磁电机的电磁特性,研究了混合励磁电机应用于汽车、风力发电和航空航天等领域的控制方案和系统结构;提出了混合励磁电机技术的研究思路,展望了混合励磁电机的发展趋势。     

移15°双十二相隐极同步整流发电机数学模型的研究

分别在abc坐标系和dq0坐标系下建立了移15°双十二相隐极同步整流发电机的基本数学方程,推导了电机电压、磁链、输出功率、电磁转矩和转子运动方程。在MATLAB/Simulink中建立了移15°双十二相隐极同步整流发电机的仿真模型。对两路输出进行了不平衡负载仿真和试验。仿真与试验结果相比基本一致,验证了移15°双十二相隐极同步整流发电机数学模型的正确性。这为双十二相同步整流发电机运行性能和励磁控制系统的研究奠定了基础。     

磁极组合型无铁心永磁直驱风力发电机转子结构设计

Halbach阵列用在电机上有很多好处,但却造成成本上升,研究了一种适用于无铁心永磁直驱风力发电机的径向磁场磁极组合型Halbach阵列,阐述了该新型磁极的结构与优点。借助二维有限元分析方法,找到了利于实现Halbach阵列单边磁屏蔽能力磁极组合方式,并且优化了软磁材料的尺寸,确定了电机的极弧系数。与常规Halbach阵列相比,优化后的组合磁极型电机在保证一定气隙磁密的基础上,减少了永磁体用量,降低了电机成本。     

开关磁阻起动发电机静扭矩特性仿真与试验验证

开关磁阻起动发电机(SRM/G)的静扭矩特性表征了其扭矩输出能力,在设计阶段需进行较为准确的计算,以优化电机性能和降低后续试验成本。为快速获得比较准确的SRM/G静扭矩特性,提出了一种基于ANSYS有限元法求解电机磁化曲线族和磁共能的非线性模型。相比于传统常用的线性或非线性模型,该模型无需对磁化曲线进行反演,不规避微分计算,既能提高计算速度也能获得较好的计算结果。设计了静扭矩特性试验台,并通过试验测定了实际静扭矩特性,验证了该模型的准确性,为SRM/G静扭矩特性计算及优化设计提供了重要参考。     

基于FEM的双馈发电机定子匝间短路表征因子研究

为了研究电机定子匝间短路故障时电磁特性的表征,基于Ansys Maxwell建立双馈发电机有限元模型,实现空载、并网和不同程度定子绕组匝间短路故障3种工况的模拟仿真。根据表征量理论计算方程式,基于能量角度定量分析3种工况下的气隙磁密畸变的振动、电流和温度特性。通过对比各表征量优缺点及诊断可行性分析,最终确定电流作为反映定子绕组匝间短路故障时气隙磁场的表征因子,而振动和温度作为故障检测的补充和验证,为发电机故障诊断的信号特征选择提供了理论基础。     

不对称电网故障下双馈风力发电机的比例-积分-谐振滑模控制器设计

针对不对称电网故障下,双馈风力发电机的控制策略进行了研究。讨论了电网故障时转子侧变流器(RSC)和网侧变流器(GSC)的控制目标,合理安排了电网严重故障时的控制优先级。基于比例-积分-谐振滑模控制原理设计了机侧和网侧变流器协同控制方案。通过MATLAB/Simulink仿真软件搭建了所设计控制方案的仿真模型。仿真结果表明,在电网正常运行的情况下,与传统的矢量控制策略相比,比例-积分-谐振滑模控制策略对输出功率、电流变化的响应更迅速,具有更好的动态性能和抗扰动能力;在电网不对称故障下,能够有效地抑制电磁转矩振荡和直流母线电压波动,提高了双馈式风力发电机的低电压穿越能力。     

混合励磁无刷爪极发电机的仿真与实验

车载取力发电系统主要采用电励磁无刷爪极电机作为发电机,针对电励磁无刷爪极发电机励磁损耗大、功率密度低的问题,将“混合励磁”的原理引入爪极电机,进行混合励磁无刷爪极发电机的设计与验证。首先,阐述了混合励磁电机的磁场调节原理,并论述了其结构特点和磁通路径。然后,结合三维有限元仿真,对比分析了混合励磁无刷爪极发电机和电励磁无刷爪极发电机的磁场调节特性和全转速范围内的带负载能力。最后,进行了样机的制造和实验验证。实验结果表明,混合励磁无刷爪极发电机具有励磁电流小、功率密度大、低速性能好等优点,为其在车载取力发电系统上的工程应用提供了理论支持和实验依据。     

双三相永磁同步发电机多目标优化设计

为实现双三相永磁同步发电机(PMSG)的低固有电压调整率、高发电效率和低成本的特性,研究了侧重于降低固有电压调整率的多目标优化设计方案。采用解析法建立单元电机磁链模型,以永磁体磁化方向长度、永磁体所跨弧长和单元电机相绕组匝数为设计变量,分析上述参数对固有电压调整率、发电效率等评价指标的影响,并提出了基于权重系数的多目标优化函数。分别用标准遗传算法(SGA)、差分进化算法(DE)和基于以上2种算法的混合遗传算法(HGA)优化设计参数并进行对比。试验结果表明,HGA优化效果与设计目标具有良好的一致性,与初始设计参数相比,优化后的电机输出能力以及稳压能力均有所改善。     

改进型SVM在轴向磁轴承转子位移自检测中的应用

磁轴承采用位移自检测技术能够减少磁轴承体积、降低成本和提高可靠性。提出了一种基于混合核函数最小二乘支持向量机(LSSVM)预测模型的磁轴承自检测技术。介绍了轴向主动磁轴承的工作原理并推导了其悬浮力的数学模型;在混合核函数LSSVM回归原理的基础上,建立了控制线圈电流与转子位移之间的非线性预测模型,并优化了LSSVM参数,实现了无位移传感器控制。构建了轴向主动磁轴承系统自检测仿真模型,针对所提自检测方法进行了仿真研究,仿真结果表明该模型能够准确预测转子轴向位移。进一步的试验结果表明,该方法具有良好的轴向位移自检测性能,实现了轴向主动磁轴承无位移传感器下稳定悬浮运行。     

排除TL—10000型弹簧试验机数字漂浮的新方法

TL－10000型弹簧试验机由山东省济南第二试验机厂生产。它是我国生产弹簧试验机的厂家之一，规格和型号很多。试验机大多采用S型应变片式传感器，它较其它形式的负荷传感器具有输出信号强，稳定性好等优点。该型弹簧试验机的读数系统，也就是负荷的指示部分由传感器输出信号，经过放大器，力值由数字板显示出来，准确直观，颇受用户好评。我区域有1台该型号的试验机，该单位弹簧试验多，试验量大，且负荷力值接近10kN。使用中发现零漂和力值显示漂越来越大，厂家来人也没有彻底解决。我们通过实际检查测试发现，零漂和力值显示的漂移根源…     

基于多源信息融合-相关向量机的风力发电机故障诊断

为了能够全面准确地识别风力发电机的故障类别,考虑信号源振动和电流之间的相关性,提出了一种基于信息融合和改进相关向量机相结合的故障诊断方法。通过直驱风力发电机试验台实测数据,提取具有较高敏感度的特征参数作为诊断样本,建立基于振动和电流的改进相关向量机诊断模型进行初步故障诊断。利用信息融合建立多信号源故障诊断模型,获得最终风机故障诊断结果。试验表明,与基于单一信号的故障诊断方法相比,该方法具有更高的准确性,能很好地识别具有机电耦合特性的风力发电机故障类型。     

定子匝间短路时双馈异步发电机电磁转矩的研究

定子绕组匝间短路故障会引起双馈异步发电机气隙磁场的畸变,从而导致电磁转矩的变化,因此电磁转矩可作为故障特征之一。基于能量法分析定子绕组匝间短路故障前后电磁转矩的变化特征,建立了双馈异步发电机的多回路数学模型,并对其正常和不同程度匝间短路时的电磁转矩进行仿真计算。对仿真结果进行频谱分析,得到了定子绕组匝间短路故障前后电磁转矩谐波分量的变化规律,验证了理论分析的正确性。定子绕组匝间短路故障和电磁转矩的关联特征可以作为诊断定子绕组匝间短路故障的依据。     

基于改进控制策略与动态无功支撑相结合的高电压穿越方法研究

针对双馈风力发电机高电压穿越问题,利用Laplace变换对电网电压骤升时电磁暂态过渡过程进行分析,得出定子电流不仅含有直流分量,还包含有工频交流成分,并通过仿真频谱验证了理论分析的正确性。不同于常规研究中只在转子电压方程考虑定子磁链的动态变化,而忽略了其对功率外环的影响,分析了定子磁链动态变化对有功、无功解耦的影响,在此基础上对功率外环进行传统矢量控制策略的改进。此外,考虑并网规范对机组无功电流支撑的要求,控制换流器输出与电网电压骤升幅度相匹配的无功电流,帮助故障电网快速恢复。仿真结果表明,该方案不仅能够保证电网电压骤升时双馈机组不脱网运行,而且也满足并网规范对机组无功电流输出的要求,实现高电压穿越。     

一种混合励磁同步发电机的气隙磁密分析及其电压谐波抑制

为改善混合励磁同步发电机的气隙磁密分布,采用三段式气隙长度对转子进行了优化,对比了优化前后的气隙磁密。为抑制电压谐波,在完成转子结构优化的基础上,进一步采用短距、分布电枢绕组以及定子斜槽等措施。最后对样机电压波形进行了实测和质量分析,结果表明:采用三段式气隙长度与定子斜槽相结合,可将电压波形的总谐波失真(THD)抑制在5%的范围内。此外,探讨了偏心距法在切向/径向混合励磁电机中应用的可行性,并对比了分别采用偏心距法和三段式气隙长度法时的气隙磁密。     

模块化定子永磁风力发电机及其控制

针对海上风能开发和利用,提出和设计了一种新型结构的永磁风力发电机。所提出的电机由多个空间均匀移相的模块化定子永磁发电机(MSPMG)组成,每个MSPMG是独立的单相双凸极电机,每个定子模块包含永磁、齿极和线圈,减小了模块间的磁耦合和线圈互感。通过分析MSPMG的电磁特性和发电原理,基于变分原理推导出MSPMG的最优功率控制策略,利用单相H桥全控整流电路实现了对电枢电流的控制。有限元分析证明MSPMG各个模块间的磁路耦合很小,运行状态相互独立,因此该电机具有很强的容错运行能力。基于软件仿真证实了所设计电机及其控制策略的正确性和有效性。     

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。     

基于改进型同步逆变器技术的微电网变换器

针对风光储等分布式电源接入配电网(微电网)造成系统“低惯量、欠阻尼”进而导致的稳定性问题,对模拟同步发电机外特性的虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)技术进行了研究。在下垂控制的基础上,通过对电磁方程和机械方程的设计,使得电力电子装置的变换器具有同步发电机的转子转动惯量和阻尼特性,同时具备一次调频调压的能力。同时,对VSG输出功率的动态和稳态特性的矛盾性,提出一种改进型VSG方案。最后,利用MATLAB/Simulink仿真工具,验证所提模型和控制策略的正确性与有效性。     

“汽电双驱”系统电机瞬态性能仿真研究

以上海电机厂有限公司“汽电双驱”项目中三相异步电动机/发电机为依据,基于以Ansoft软件,利用场路耦合法对系统中异步电机的瞬态性能进行分析。该电机为6 800 kW,750 r/min。针对其3种不同的工况,即空载起动、风机负载起动、大负载起动,分别进行分析计算,模拟系统中电机由电动机状态切换成发电机状态的过程,获得该三相异步电机在不同状态下的瞬时起动电流、电磁转矩、气隙磁密等电气参数,进而分析该异步电机的瞬态性能和相应的电磁场分布。