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不同通风结构下高铁异步牵引电机温度场分析

电机与控制学报 2022年第2期26卷 72-81页

作者：曹君慈闫华李栋王宇李伟力北京交通大学电气工程学院北京100044

为研究通风结构对高速列车异步牵引电机散热性能的影响,依据流体动力学和传热学的理论知识,建立600 kW高速列车异步牵引电机的三维流固耦合仿真模型,并采用有限体积法对该电机流体场和温度场进行数值计算与分析。通过实验验证了原始模... 详细信息

为研究通风结构对高速列车异步牵引电机散热性能的影响,依据流体动力学和传热学的理论知识,建立600 kW高速列车异步牵引电机的三维流固耦合仿真模型,并采用有限体积法对该电机流体场和温度场进行数值计算与分析。通过实验验证了原始模型仿真结果的正确性后,修改定子通风孔孔径,并分析通风孔内风速对电机温升的影响规律,证实了缩小孔径有助于提高冷却效果。在保证定子通风孔体积不变的情况下,增加通风孔个数至定子槽数,即通风孔正对电机定子槽,该结构提高了通风孔壁面传热系数,有效降低了定子铁心、绕组和绝缘温升。在此基础上,进一步缩小出风口侧孔径,提出分段变截面的定子通风孔结构,孔内风速和风压发生阶跃式升高,电机各部分最高温度显著下降。

关键词：高速列车异步牵引电机有限体积法强迫风冷流体场温度场通风孔

不同磁极拓扑结构的轴向磁通永磁同步电机传热的研究

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电机与控制学报 2022年第5期26卷 26-36页

作者：曹君慈周柏宇李栋贾博李伟力北京交通大学电气工程学院北京100044

针对轴向磁通永磁电机转子散热困难,使得永磁体容易温度过高的问题,研究考虑实际变频器供电,永磁体分段后的电密和涡流损耗。永磁体的分段方式分别为径向等长度、径向等体积和周向等体积分段。结合降低涡流损耗的效果和经济性综合分析,... 详细信息

针对轴向磁通永磁电机转子散热困难,使得永磁体容易温度过高的问题,研究考虑实际变频器供电,永磁体分段后的电密和涡流损耗。永磁体的分段方式分别为径向等长度、径向等体积和周向等体积分段。结合降低涡流损耗的效果和经济性综合分析,优选出永磁体最优的分段数。在优选分段数的基础上,考虑了永磁体之间粘接胶的影响,研究三种分段方式对电机温度场的影响,并与永磁体未分段的电机温度进行对比。最后制作了样机,进行效率和温升实验,验证了仿真计算的准确性。研究永磁体的分段,为进一步提高轴向磁通永磁电机的效率和功率密度,对电机设计初期选用更高的热负荷提供了参考依据。

关键词：轴向磁通永磁电机永磁体分段涡流损耗电机温升温度场

高性能低谐波绕组感应电动机电磁性能的数值分析

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电机与控制学报 2010年第3期14卷 97-103页

作者：曹君慈李伟力张晓晨北京交通大学电气工程学院北京100044 哈尔滨理工大学电气与电子工程学院黑龙江哈尔滨150040 哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院黑龙江哈尔滨150001

针对普通感应电动机采用低谐波绕组后电磁场分析难度将会提高的问题,利用数值计算的方法,给出了适合低谐波绕组电机电磁性能的数值求解方法。以一台普通感应电动机为例,利用低谐波绕组理论,对定子绕组的线规和形式进行调整,设计具有高... 详细信息

针对普通感应电动机采用低谐波绕组后电磁场分析难度将会提高的问题,利用数值计算的方法,给出了适合低谐波绕组电机电磁性能的数值求解方法。以一台普通感应电动机为例,利用低谐波绕组理论,对定子绕组的线规和形式进行调整,设计具有高起动转矩的低谐波电机。通过对低谐波电机电磁性能的数值计算结果与实验结果的比较,验证了所推导的方法的准确性,提高了所设计的低谐波电机的起动性能。将低谐波电机与普通同型式的感应电动机的气隙磁场和转子齿部磁场进行比较,分析两种电机中磁密谐波成分的含量,结果表明低谐波绕组电机的各次谐波磁密大大降低。

关键词：电动机感应电动机低谐波绕组电磁场数值计算

变频驱动系统电机接地状况对轴电压影响的研究

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中国电机工程学报 2015年第S1期35卷 177-183页

作者：刘瑞芳桑秉谦曹君慈北京交通大学电气工程学院北京市海淀区100044

PWM变频驱动使电机获得良好的调速和运行性能,日益得到广泛应用。但由于变频器输出存在共模电压,导致产生轴电压及轴电流,引起轴承早期失效。轴电压是衡量轴电流危害的一个指标。电机机壳接地阻抗与驱动侧负载接地阻抗的大小会影响轴电... 详细信息

PWM变频驱动使电机获得良好的调速和运行性能,日益得到广泛应用。但由于变频器输出存在共模电压,导致产生轴电压及轴电流,引起轴承早期失效。轴电压是衡量轴电流危害的一个指标。电机机壳接地阻抗与驱动侧负载接地阻抗的大小会影响轴电压、轴电流的波形与幅值。该文围绕电机及负载的接地状况对PWM变频系统轴电压的影响展开研究。建立了考虑定转子接地阻抗的共模等效电路,利用惠斯通桥电路模型,分析和预测轴电压与接地阻抗的关系,结果表明随定子接地阻抗或转轴接地阻抗增大,轴电压呈V字型变化。设计并进行了实验,测量不同接地阻抗下的轴电压,结果与理论分析一致。表明可通过适当调整驱动侧设备接地阻抗,实现降低轴电压的目的。

关键词： PWM变频器轴电流轴电压接地轴电压抑制

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复合笼型转子感应电动机起动性能的数值计算

电工技术学报 2004年第7期19卷 26-31页

作者：李伟力曹君慈丁树业孙建伟哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院哈尔滨150001 哈尔滨理工大学哈尔滨150040

给出复合笼型转子感应电动机起动时的求解域、边界条件和假设条件。利用电磁场理论和变分法建立了复合笼型转子感应电动机起动时二维电磁场的数学模型,给出了正弦时变场单元分析过程和离散格式以及最终的总体合成方程。在电磁场的数值... 详细信息

给出复合笼型转子感应电动机起动时的求解域、边界条件和假设条件。利用电磁场理论和变分法建立了复合笼型转子感应电动机起动时二维电磁场的数学模型,给出了正弦时变场单元分析过程和离散格式以及最终的总体合成方程。在电磁场的数值计算过程中,以定子端电压为约束条件,对定子起动电流进行迭代计算,得到了额定电压下的起动电流和起动转矩,最后把正弦电磁场计算结果与实测结果进行对比,表明复合笼型转子感应电动机起动性能的计算结果满足工程实际的需要。同时,将计算结果与普通感应电动机进行比较,表明了复合笼型转子感应电动机具有良好的起动性能。通过改变复合材料的磁导率和电阻率的大小,进一步研究了复合材料磁性能和电性能的变化对起动性能的影响,对于合理选取复合性材料铜铁合金配方有一定的意义。根据复合笼型转子感应电动机一对极下的非线性时变场的求解结果,计算了10个槽的漏感,计算结果表明,起动时各槽参数并不相同。

关键词：复合笼型转子感应电动机有限元参数

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变频电动机正弦时变场的有限元分析

哈尔滨工业大学学报 2005年第5期37卷 705-708页

作者：曹君慈李伟力哈尔滨理工大学电气与电子工程学院黑龙江哈尔滨150040 哈尔滨工业大学电气工程系黑龙江哈尔滨150001

建立了变频电动机的数学模型,介绍了利用有限元法求解变频电动机内正弦时变场的方法.通过有限元法分析原始气隙下变频电动机优化前后的工作性能,与实验结果进行了对比,证明了有限元法分析电机正弦时变场的可靠性.分析不同气隙高度对电... 详细信息

建立了变频电动机的数学模型,介绍了利用有限元法求解变频电动机内正弦时变场的方法.通过有限元法分析原始气隙下变频电动机优化前后的工作性能,与实验结果进行了对比,证明了有限元法分析电机正弦时变场的可靠性.分析不同气隙高度对电机性能的影响,得出与工厂实际相符合的结论.额定电压下的起动电流和起动转矩的计算结果与实测结果的对比表明,变频电动机优化后具有良好的起动性能.

关键词：变频有限元优化设计气隙高度性能影响

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导磁导电复合笼条转子感应电动机性能计算

电机与控制学报 2015年第6期19卷 28-34页

作者：曹君慈李伟力钱荣超北京交通大学电气工程学院北京100044 中国电子科技集团公司第二十一研究所上海200233

为了研究既导磁又导电的复合材料作为高功率电机的转子材料时对其性能的影响,对37k W感应电动机进行了复合材料和普通铸铝材料的对比分析。采用二维电磁场有限元计算方法,建立了37k W感应电动机的数学模型和物理模型进行分析。在考虑工... 详细信息

为了研究既导磁又导电的复合材料作为高功率电机的转子材料时对其性能的影响,对37k W感应电动机进行了复合材料和普通铸铝材料的对比分析。采用二维电磁场有限元计算方法,建立了37k W感应电动机的数学模型和物理模型进行分析。在考虑工艺可行性的情况下,优化设计了三种适合复合笼条嵌入的转子槽型,分析复合材料放置位置对电机起动性能和运行性能的影响。同时,改变转子槽内合金材料的宽度,分析复合材料放置面积对电机起动和运行性能的影响,并与采用相同机座号的普通铸铝材料的感应电动机进行性能比较,证明了复合笼条转子应用于37k W感应电动机具有优越的起动性能和良好的运行性能,为新型感应电机设计和电工材料的选取提供一定的可行参考。

关键词：感应电动机复合笼条转子有限元起动性能

电动汽车用永磁同步电机铁心采用非晶合金与硅钢的性能比较

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电工技术学报 2018年第A2期33卷 352-358页

作者：朱健曹君慈刘瑞芳丁宇行北京交通大学电气工程学院北京100044

电动汽车用驱动电机设计制造工艺日趋成熟,从设计方面考虑电机性能的提升很难再有所突破。非晶合金是一种新型功能材料,具有高导磁率、低损耗及低矫顽力等优点,将其应用于电机定子铁心可以降低定子铁耗从而提高电机效率。为研究电机定... 详细信息

电动汽车用驱动电机设计制造工艺日趋成熟,从设计方面考虑电机性能的提升很难再有所突破。非晶合金是一种新型功能材料,具有高导磁率、低损耗及低矫顽力等优点,将其应用于电机定子铁心可以降低定子铁耗从而提高电机效率。为研究电机定子铁心采用非晶合金和硅钢对其性能的影响,本文对两台结构相同、定子铁心分别采用硅钢和非晶合金的永磁同步电机进行性能计算,对比硅钢电机和非晶合金电机的磁通密度分布、铁耗分布。随后对两台电机进行实验,得到硅钢电机和非晶合金电机的效率MAP图。结果表明,在高速区非晶合金电机相比硅钢电机具有铁耗低和效率高的优势,而在低速和大转矩下,其优势较小。

关键词：非晶合金永磁同步电机电动汽车用驱动电机效率MAP图

变频电动机正弦时变场的有限元分析及优化设计

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变频电动机正弦时变场的有限元分析及优化设计

作者：曹君慈哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

变频调速电动机系统具有高可靠性和高容错能力,具有高智能。随着国民经济的增长,电力电子技术的突飞猛进,在机床、冶金、电力、牵引、化工、纺织、供水、造纸、建材和农业等行业大量开始应用变频电动机,节能效果显著。本文首先建立变频... 详细信息

变频调速电动机系统具有高可靠性和高容错能力,具有高智能。随着国民经济的增长,电力电子技术的突飞猛进,在机床、冶金、电力、牵引、化工、纺织、供水、造纸、建材和农业等行业大量开始应用变频电动机,节能效果显著。本文首先建立变频电动机的数学模型,对逆变器供电时的谐波进行了分析。然后给出了电机电磁场的求解域、边界条件和假设条件。从待解的磁场边值问题出发,利用变分原理将问题转化为等价的变分问题,给出了正弦时变场单元分析过程和离散格式以及最终的总体合成方程。在电磁场的数值计算过程中,以定子端电压为约束条件,对定子负载电流进行了迭代计算,得到了工频下变频电动机稳态运行时的电流。然后对稳态时的电机性能进行了计算,把正弦电磁场计算结果与实测结果进行了对比,表明变频电动机稳态性能的计算结果满足工程实际的需要,证明了有限元法分析电机正弦时变场的可靠性。同时,分析不同气隙高度对电机性能的影响,提高电机的整体性能,得出与工厂实际相符合的结论,并计算了不同气隙下的7个转子槽的槽漏感,计算结果表明,各槽槽漏感并不相同。最后对变频电动机的转子槽形进行了优化设计,计算了优化后电机在不同气隙下的稳态性能和转子各槽槽漏感。与优化前电机相比,随着气隙的变化,稳态性能和各槽槽漏感变化趋势一致。

关键词：变频电动机有限元法气隙长度槽漏感