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飞轮储能装置电机温度场仿真技术研究及试验验证

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储能科学与技术 2024年第8期13卷 2589-2596页

作者：周茜茜黄勇崔可孙大南中车株洲电机有限公司湖南株洲412000

电机是飞轮储能系统实现电能-动能转换的关键部件,其体积小、功率大的设计特点以及中真空运行环境导致温升问题突出。水道的结构设计是增强散热的重要途径。本文从流动特性和冷却效率两个方面入手,对比螺旋水道、周向水道和轴向水道的... 详细信息

电机是飞轮储能系统实现电能-动能转换的关键部件,其体积小、功率大的设计特点以及中真空运行环境导致温升问题突出。水道的结构设计是增强散热的重要途径。本文从流动特性和冷却效率两个方面入手,对比螺旋水道、周向水道和轴向水道的进出口压力差、换热面积、换热系数等因素对散热的影响,综合考虑各因素最终确定电机的水道形式为周向水道。电机及其零部件的散热问题关系到飞轮储能系统能否安全运行,是飞轮储能技术发展中亟待解决的关键科学技术问题。准确计算温升是解决该难题的关键所在,对飞轮储能系统热管理的研究具有重要意义。本文对40 kW的飞轮储能系统进行了有限元热仿真,重点研究了模型简化、复杂结构等效处理、损耗分布等方面的内容,考虑传热过程中的热传导、热对流和热辐射,流体场、温度场多物理场耦合,设置初始水流量为25 L/min、温度为18℃,对电机进行温度场仿真计算。最后将计算结果与试验结果进行对比分析,误差在±3%范围内,验证了仿真计算的准确性和可靠性。该计算方法可为以后飞轮储能用电机设计作可靠参考。

关键词：飞轮储能温度场电机辐射传热

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3300 V高性能混合SiC模块研制

固体电子学研究与进展 2024年第1期44卷 13-18页

作者：刘艳宏杨晓菲王晓丽荆海燕刘爽中车永济电机有限公司西安710016

将Si基绝缘栅双极型晶体管(Insulated gate bipolar transistor,IGBT)芯片与SiC结型势垒肖特基二极管芯片按照双开关电路结构排布,开发了一种3 300 V等级混合SiC模块,对其设计方法、封装工艺、仿真、测试结果进行分析,并对标相同规格IGB... 详细信息

将Si基绝缘栅双极型晶体管(Insulated gate bipolar transistor,IGBT)芯片与SiC结型势垒肖特基二极管芯片按照双开关电路结构排布,开发了一种3 300 V等级混合SiC模块,对其设计方法、封装工艺、仿真、测试结果进行分析,并对标相同规格IGBT模块。混合SiC模块低空洞率焊接满足牵引领域高温度循环周次的要求,冗余式的连跳键合结构可以有效增强功率循环能力。采用双脉冲法测试动态性能,测试结果表明该混合SiC模块反向恢复时间减小了84%,反向恢复电流减小了89.5%,反向恢复能量减小了99%,一次开关产生的总损耗降低了43.3%。混合SiC模块消除了开关过程中电压和电流过冲现象,在高电压、大电流和高频率的应用工况下具有明显的优势。

关键词：绝缘栅双极型晶体管结型势垒肖特基二极管混合SiC模块

高速列车牵引电机脂润滑轴承温升行为及影响因素研究

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轴承 2024年

作者：晋军中车株洲电机有限公司

随着轨道交通车辆朝着高速、大功率方向发展，牵引电机轴承尺寸及转速极大提升，轴承发热量增大，给轴承配置的选型设计及使用寿命带来了新挑战。早期直流传动机车牵引电机轴承dmn值为32.2×104mm·r/min(轴承最高转速为1840r/min)，目... 详细信息

随着轨道交通车辆朝着高速、大功率方向发展，牵引电机轴承尺寸及转速极大提升，轴承发热量增大，给轴承配置的选型设计及使用寿命带来了新挑战。早期直流传动机车牵引电机轴承dmn值为32.2×104mm·r/min(轴承最高转速为1840r/min)，目前交流传动高速列车牵引电机轴承dmn值为70.7×104mm·r/min(轴承最高转速为3450r/min)，针对高速列车牵引电机典型脂润滑轴承，本文阐释了脂润滑轴承的温升行为，构建了脂轴承温升计算模型及试验装置，仿真验证了轴承dmn值(轴承节圆直径dm×转速n)、润滑脂黏度、轴承载荷与轴承温升的影响规律，研究结果为解决牵引电机脂润滑轴承温升高技术瓶颈奠定了基础。

关键词：牵引电机脂润滑轴承温升行为影响因素

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高速永磁电机定子铁心损耗的分析与计算

防爆电机 2024年第3期59卷 23-26页

作者：顾雪政 Edson Jose Koshinski 许海峰万高(南通)电机制造有限公司江苏南通226010

为了提高高速永磁电机定子铁心损耗计算的准确性。首先,通过分析高速永磁电机定子铁心的磁化特性,给出了定子铁心的磁化轨迹图。然后,根据得到的磁化轨迹图对铁耗模型进行了改进,并依据有限元法验证了该解析法的准确性。最后,对比了样... 详细信息

为了提高高速永磁电机定子铁心损耗计算的准确性。首先,通过分析高速永磁电机定子铁心的磁化特性,给出了定子铁心的磁化轨迹图。然后,根据得到的磁化轨迹图对铁耗模型进行了改进,并依据有限元法验证了该解析法的准确性。最后,对比了样机铁心损耗的测试值,给出了优化后的新铁耗计算模型。样机定子铁耗计算模型的优化为高速永磁电机系列化设计提供了有力参考。

关键词：高速电机定子铁心损耗磁化特性有限元仿真

动车组牵引电机定子绝缘故障问题分析及解决措施

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城市轨道交通研究 2024年第2期27卷 230-233,237页

作者：那春龙彭慧王玉龙中车株洲电机有限公司株洲412001

[目的]为了保证动车组牵引电机定子绝缘的可靠性,在定子制作或检修过程中,需采用对地绝缘耐压、相间耐压与匝间绝缘耐压等试验项目对定子对地绝缘、相间绝缘与匝间绝缘缺陷进行筛选。因此,需对牵引电机的定子绝缘故障问题进行分析,并提... 详细信息

[目的]为了保证动车组牵引电机定子绝缘的可靠性,在定子制作或检修过程中,需采用对地绝缘耐压、相间耐压与匝间绝缘耐压等试验项目对定子对地绝缘、相间绝缘与匝间绝缘缺陷进行筛选。因此,需对牵引电机的定子绝缘故障问题进行分析,并提出相应的解决措施。[方法]介绍了对地绝缘击穿故障、相间短路故障、匝间耐压衰减波形不重合故障的故障特征及故障原因,并分析了相应改进措施及故障定子修复方法。[结果及结论]牵引电机定子修复后,顺利通过了对地绝缘耐压、相间耐压与匝间绝缘耐压等试验项目的筛选。试验结果表明:所分析的故障原因可以准确诊断定子绝缘故障问题;所制定的改进措施,可以解决定子绝缘故障问题。

关键词：动车组牵引电机定子绝缘

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兼顾新能源消纳与频率电压支撑的电池储能系统优化规划

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电力自动化设备 2024年第7期44卷 3-12页

作者：胡泽春蔡福霖冯建洲清华大学电机工程与应用电子技术系北京100084 中国华能集团有限公司北京100031

随着新能源发电占比的逐步提升,电力系统消纳新能源发电的难度和压力增大,电网的频率和电压稳定性面临巨大挑战。通过在电网中配置电池储能系统,不仅可以提升新能源的消纳能力,还可以提升系统频率和电压的支撑能力。因此,研究电池储能... 详细信息

随着新能源发电占比的逐步提升,电力系统消纳新能源发电的难度和压力增大,电网的频率和电压稳定性面临巨大挑战。通过在电网中配置电池储能系统,不仅可以提升新能源的消纳能力,还可以提升系统频率和电压的支撑能力。因此,研究电池储能系统优化规划方法,考虑储能在电力系统正常运行时用于新能源消纳,在紧急情况下对频率和电压进行快速支撑,从而提高储能利用率,降低系统成本。建立了考虑新能源消纳的电池储能系统协同规划模型,可得到输电网中集中式电池储能系统和配电网中分布式电池储能系统的选址定容结果。提出了一种兼顾频率和电压支撑的电池储能系统规划方法,分别对储能位置、无功功率容量、有功功率容量和能量容量进行优化规划。综合考虑储能的多重功能,构建其支撑系统调频调压的约束,建立了兼顾新能源消纳与频率电压支撑的电池储能系统优化规划模型,得到电池储能系统的最终选址定容结果。基于IEEE 24节点输电网和IEEE 33节点配电网设计算例系统进行仿真分析,验证了所提方法的有效性。

关键词：电池储能系统选址定容新能源消纳频率支撑电压支撑

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自通风永磁同步电机气动噪声优化研究

中国机械工程 2024年

作者：孙艳红庞聪张伟张成邱毅郑旭浙江大学能源工程学院中车永济电机有限公司

为准确预测和优化自通风永磁同步电机（SVPMSM）高转速下的气动噪声特性，首先采用计算流体力学(CFD)和Lighthill声类比相结合的方法对电机气动噪声进行仿真计算，其中采用RNG k-epsilon和大涡模拟对电机内流场进行仿真计算，在此基础... 详细信息

为准确预测和优化自通风永磁同步电机（SVPMSM）高转速下的气动噪声特性，首先采用计算流体力学(CFD)和Lighthill声类比相结合的方法对电机气动噪声进行仿真计算，其中采用RNG k-epsilon和大涡模拟对电机内流场进行仿真计算，在此基础上利用Lighthill声类比法进行声学求解，并通过试验验证。然后建立无风道的简化模型研究风扇不同结构参数对气动噪声的影响，最后利用整机仿真模型研究风道膨胀腔结构对气动噪声的影响。结果表明，电机在4250 r/min转速下整机仿真计算的气动噪声声功率级与试验值差距为0.6 dB(A)，证明仿真模型能够有效预测电机气动噪声。通过电机优化研究发现，风扇内半径大小和叶片弯曲弧度的变化对风扇流场结果影响较小，因而气动噪声相差不大；叶片数量越多和叶片等距排布时相对数量较少、不等距排布有更好的声学特性；在电机风道中加入膨胀腔对电机噪声的低频有较好的降噪效果，膨胀腔长度为94.4 mm相比膨胀腔长度为134.4 mm有更低的声功率级，同时，风道内设置两个膨胀腔比只设置一个膨胀腔有更好的降噪效果。

关键词：永磁同步电机气动噪声计算流体动力学 Lighthill声类比

基于移动最小二乘法的DLP光机微投畸变校正方法

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激光与光电子学进展 2024年

作者：李贤张晓峰王蔚生许仁杰黄漫辉上海电机学院机械学院上海唯视锐光电有限公司

DLP3D打印光机微投时由于环境、机械结构的影响会引起投影图像失真、畸变等问题，而传统校正方法需要标定和有理论推导复杂等问题。针对这些问题，提出一种基于移动最小二乘法(Moving Least-Squares, MLS)的光机微投畸变校正方法。该方... 详细信息

DLP3D打印光机微投时由于环境、机械结构的影响会引起投影图像失真、畸变等问题，而传统校正方法需要标定和有理论推导复杂等问题。针对这些问题，提出一种基于移动最小二乘法(Moving Least-Squares, MLS)的光机微投畸变校正方法。该方法根据板式相机采集的投影像素级图像得到误差区域后，选取出控制点和计算出目标移动点。利用这两组像素坐标点计算出图像误差，结合区域控制和CUDA加速的MLS算法将控制点集合坐标像素点映射到目标移动点坐标，获取到反向畸变图，最终以反向畸变校正畸变。实验结果表明，该方法可校正DLP光机微投畸变。最终校正后畸变平均值小于0.5pixel，提升了投影质量。对光固化3D打印行业有一定的贡献。

关键词： DLP光机移动最小二乘法投影畸变校正区域控制

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基于单电流传感器的改进相电流重构技术

电力自动化设备 2024年第6期44卷 96-101页

作者：徐航肖曦谢玉龙王潇曾萍刘志刚清华大学电机工程与应用电子技术系北京100080 国网江西省电力有限公司吉安供电分公司江西吉安343000

在电机闭环控制过程中,电流传感器故障、不同电流传感器的不一致性等因素可能导致系统失稳。为提高系统的容错能力,减小故障对控制系统稳定性的影响,提出一种基于单电流传感器的改进相电流重构技术。通过移动脉宽调制的脉冲矢量来消除... 详细信息

在电机闭环控制过程中,电流传感器故障、不同电流传感器的不一致性等因素可能导致系统失稳。为提高系统的容错能力,减小故障对控制系统稳定性的影响,提出一种基于单电流传感器的改进相电流重构技术。通过移动脉宽调制的脉冲矢量来消除母线电流采样盲区,进而通过母线电流重构获得三相电流。相比于传统电流重构方法,所提改进方法重构的电流更接近真实电流值,能够减小电流总谐波,降低电磁转矩脉动,提升系统的稳态性能。通过仿真和实验对比2种重构方法,证明了所提改进方法的优势。结果表明所提改进方法能有效实现电流重构,提升系统稳态性能。

关键词：母线电流相电流重构脉冲移位单电流传感器电流信号采样矢量合成