一种新型的双凸极起动/发电机的研究及实践

介绍一种可以适应于航空低压直流、变速恒频、高压直流电气系统的新型双凸极起动 /发电机系统 ,并对其电动及发电机理进行了理论研究 ,给出起动 /发电机的相应控制策略 ,在此基础上研制了 18k W样机并进行了原理试验研究 ,试验结果表明 :双凸极电机起动 /发电系统的方案具有结构简单、可靠及控制方便等优点 ,适合作航空用起动 /发电机     

飞机用开关磁阻起动/发电系统负载影响研究

组合起动/发电(IS/G)系统是多/全电飞机(M/A EA)的关键子系统,而开关磁阻电机(SRM)被认为是实现飞机IS/G系统的首选机型。研究了负载对开关磁阻起动/发电(SR S/G)系统电能质量及稳定性的影响。针对多电飞机电气系统的特点,所涉及的负载被划分为三类:传统负载、特殊负载和恒功率负载,给出了突加、突卸负载时SRM的输出电压和相电流曲线。同时,对恒功率负载下系统的稳定性进行了理论分析和仿真验证。     

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。     

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。     

航空多级式无刷同步起动发电机联合模型研究

建立准确的电机模型是深入研究航空多级式无刷同步起动发电机的基础。多级式无刷同步起动发电机的带载起动控制和发电调压控制主要由励磁机、旋转整流器和主电机组成的两级式系统实现。单一的对励磁机或主电机进行建模分析无法反映出二者的耦合关系,需要建立囊括励磁机、旋转整流器和主电机的两级式起动发电机联合模型。为了优化系统稳态和瞬态运行状态下电机模型精度,本文考虑磁场饱和以及主电机阻尼绕组因素影响,建立了一种基于VBR模型的同时考虑凸极因子变化和阻尼绕组影响的多级式起动发电机联合模型。通过与有限元模型的对比分析表明,所建模型提高了系统在稳态和瞬态过程中的仿真精度,验证了模型的有效性,对深入进行航空多级式无刷同步起动发电机的仿真分析具有重要意义。     

盘式对转永磁风力发电机设计与分析

针对现有风力发电系统普遍存在的工作风速范围较窄、风能利用率较低等问题,设计了一种盘式双转子对转永磁风力发电机,双转子对转运行。在介绍该电机的结构与运行原理的基础上,推导了电机功率尺寸方程,给出了该电机的初步设计方法。利用有限元软件对电机进行了三维建模和动态仿真分析,得到其磁路特点和电磁性能,验证了所提设计方法的有效性。     

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。     

定子双绕组异步发电机漏电抗计算的研究

漏电抗的准确计算是电机设计中十分关键的问题。基于静止励磁调节器的双绕组异步发电机定子绕组漏抗计算比传统的三相电机更复杂。首先给出了定子双绕组异步电机通用数学模型及等效电路,采用解析法对不同绕组结构的定子双绕组异步电机漏电抗计算进行了系统地分析,导出了相应的计算公式。最后,利用所得计算公式设计了一种静止励磁调节器控制的定子双绕组异步发电机,并对其定子漏电抗参数、性能指标及运行特性进行了计算。     

飞机气冷交流发电机高度定额功率图表

参照美国军用规范MIL—G—6099A、MILG—21480A,我部制订了HB5623—81《飞机400赫交流发电系统通用技术条件》。该标准规定,发电机制造厂应向用户提供气冷发电机的高度定额功率图表(以下简称图表)。图表系几组带参变量的函数曲线。它不是一个设计要求,而是生产厂对电机冷却数据的实测结果。图表表示了飞机在各种飞行条件下发电机可靠运行的能力,据此用户能合理地使用发电机,或者设计出更有效的发电机冷却系统。对于发电机制造厂,图表试验是对气冷发电机进行热评价的有效方法。它的研究综合了电机特性,空气动力学、热力学等广泛领域内的问题,对于深入研究气冷发电机很有价值。     

“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。     

航空起动/发电系统的发展趋势与研究现状

探讨了航空电源系统的发展趋势。概括总结了"多电与全电飞机"中的大功率发电机制造、绝缘材料与有源器件以及耐高压大功率载流开关器件等关键技术的现状和发展。并就各起动/发电系统的特点、国内外研究现状和存在的问题进行了较为全面地分析与比较。最后,对航空起动/发电系统的趋势及技术进行了简要的总结。     

高压变频器试验用同步发电机组的设计特点

介绍了高压变频器试验用同步发电机组电磁设计和结构设计等方面的特点,基于二维时域有限元法对该同步发电机组两个电机的谐波分布、气隙磁场时间分布、起动过程中阻尼环电密时间分布等电磁特性进行计算和分析。通过同步发电机机组样机型式试验验证了设计方案的可行性,为该类高压同步发电机机组在高压变频器领域进一步应用奠定基础。     

基于MATLAB频谱分析的永磁电机噪声分析方法

设计开发了一款200 kW新能源车用永磁同步磁阻电机。对样机进行测试,发现在转子转速2 600 r/min时,电机发出尖锐的电磁噪声。采用录音设备录制了电机运行噪声,并用MATLAB软件对噪声进行了频谱分析,通过对比电机相关零部件共振频率以及电机运行噪声频谱分析结果,分析了可能发生共振的零部件,并对该零件结构进行了优化设计。优化后电机运行时的电磁噪声下降到了合理范围,验证了基于频谱分析的电机噪声声源分析的可行性和准确性。     

多电飞机起动发电系统关键技术研究

多电飞机是下一代先进战斗机的重要特征,具有质量轻、可靠性高、维护性好、生存能力强等特点,但是电气负载功率剧增对发电系统提出了更高的要求。针对提升飞机二次能源系统功率密度,可靠性、安全性,开展基于270 V高压直流起动发电系统关键技术研究,采用系统工程方法论,开展典型多电飞机起动发电系统的运行概念设计、需求分析及架构设计,开展起动发电机热设计及高压锂电池技术研究。通过不同的使用场景,开发多电飞机起动发电系统架构仿真模型,搭建仿真环境,验证了起动发电系统方案可行,为多电飞机起动发电系统设计提供技术支撑。     

异步电机起动/发电系统起动向发电的转换研究

用异步电机与电力电子变换器结合构成的起动/发电系统作航空电源是一个很有意义的课题。对异步电机起动/发电系统中起动向发电的转换进行了研究,提出充分利用系统中变换器可快速控制定子磁链转速的特点,改变电磁转矩的方向,实现起动到发电的转换。详细介绍了转换过程控制方案,该方案可实现起动到发电的平滑转换,且在进入发电状态后直流母线电压由起动电源电压自动增长到所需的发电电压,最终稳定发电。最后给出了仿真与实验结果。     

基于粒子群算法的核屏蔽感应电机多目标优化设计

屏蔽感应电机是核反应堆冷却回路的动力源,提高该电机的效率和降低电磁噪声具有重要的意义。将有限元法和磁路法相结合,设计了1台20 kW核屏蔽感应电机。利用有限元软件对其进行额定工况运行状态下噪声和损耗仿真分析,确定影响电机效率和电磁噪声的主要参数;选取影响电机效率和噪声的主要参数为优化变量,电机电磁噪声和效率为优化目标,输出功率为约束条件;采用正交试验表获得样本空间;通过响应面法建立优化目标及约束条件的优化模型,最后利用粒子群算法对优化模型进行求解。有限元仿真结果表明:优化后电机效率提高了2.6%,电磁噪声降低了5.2 dB。     

车用液冷机壳电机定子绕组热性能直接设计法

电动汽车驱动电机极力追求高密度轻量小型化,不断推进电机的冷却散热与热传导技术的进步与发展。为此,开展车用驱动电机的电-磁-热一体化设计方法研究,通过构建一种工程化定子热路模型提出了定子绕组热性能直接设计法及其关键热参数,并直接融入电磁设计中,强化热性能设计的同时也弥补了传统电磁设计热负荷AJ值评估热性能的缺陷。通过快速评估电机的热传导能力和绕组温升,可评估比较不同设计方案的热性能,得到电-磁-热一体化设计的最佳解决方案,从而提升电机持续运行的输出转矩。采用定子绕组热性能直接设计法,改进设计了一台液冷机壳车用永磁同步驱动电机样机,显著降低了定子绕组温升。样机温升试验验证了定子绕组热性能直接设计法及其关键热参数评估热性能的有效性。     

少稀土组合励磁永磁无刷电机设计与分析

基于采用稀土永磁和非稀土永磁组合励磁的磁钢结构,提出了一种并联磁路型的少稀土组合励磁永磁无刷电机。介绍了该电机的拓扑结构及运行原理,并在此基础上结合电机功率尺寸方程和励磁源等效方法,给出了电机的初始设计方法并优化确定了相关的设计参数。利用有限元方法深入分析了电机在空载和额定负载条件下的电磁性能。加工了1台5 kW样机,搭建试验平台进行了相关的试验,结果表明了该电机拓扑结构和优化设计方法的有效性。     

航空直流起动发电机输出轴断裂故障分析

简述了某航空直流起动发电机输出轴在设计上为保护发动机安全而采取的措施,分析了引起直流起动发电机输出轴薄弱环节断裂的因素,确定了某小型发动机用起动发电机输出轴断裂的原因。根据该故障原因,制定了解决方案,并付诸试验验证。验证结果表明:排查分析得到的导致电机轴薄弱环节断裂的原因正确,制订的解决措施合理,效果令人满意。