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兆瓦级高速永磁电机新型转子冷却结构研究

电机与控制学报 2024年第5期28卷 38-47页

作者：蔡蔚牛金花唐跃哈尔滨理工大学电气与电子工程学院黑龙江哈尔滨150080

兆瓦级高速永磁电机转子侧无强迫冷却措施时转子侧温升高、永磁体失磁风险高,基于此问题,提出一种新型的加强筋转子轴向通风结构,该结构能够提高转子侧的壁面对流散热系数、提升转子侧的散热能力、降低电机温度。以一台1 MW、18000 r/mi... 详细信息

兆瓦级高速永磁电机转子侧无强迫冷却措施时转子侧温升高、永磁体失磁风险高,基于此问题,提出一种新型的加强筋转子轴向通风结构,该结构能够提高转子侧的壁面对流散热系数、提升转子侧的散热能力、降低电机温度。以一台1 MW、18000 r/min的高速永磁电机为例,建立该电机的三维全域流固耦合求解模型,基于计算流体力学和有限元法对电机流体场与温度场进行分析,揭示电机在额定工况下的流体与温度分布规律。将新冷却结构与传统冷却结构的散热性能及温升变化进行对比,验证新型冷却结构在提升电机散热性能方面的有效性。最后,分析入口风速对电机最高温度的影响,得到适合该冷却结构的入口风速范围,为外部风压设备的选择提供理论支撑。

关键词：兆瓦级高速永磁电机电机损耗转子通风冷却流体场温度场冷却结构优化

基于虚拟阻抗优化的VSG暂态功角稳定自适应控制策略

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电机与控制学报 2024年第1期28卷 35-48页

作者：孙久亮蔡蔚郭庆波哈尔滨理工大学电气与电子工程学院黑龙江哈尔滨150080

在电网短路故障发生的情况下,虚拟同步发电机系统不仅会发生暂态功角失稳,同时还可能会出现过流。为了提升虚拟同步发电机的暂态功角稳定性及故障电流限制性能,首先建立了包含电压和电流控制环、虚拟阻抗及功率控制环结构的虚拟同步发... 详细信息

在电网短路故障发生的情况下,虚拟同步发电机系统不仅会发生暂态功角失稳,同时还可能会出现过流。为了提升虚拟同步发电机的暂态功角稳定性及故障电流限制性能,首先建立了包含电压和电流控制环、虚拟阻抗及功率控制环结构的虚拟同步发电机系统的总体控制结构,给出了虚拟阻抗功率模型建立的理论依据。对无功功率控制环路恶化暂态功角稳定性,提出了设置电压增量自由控制支路来实现提高暂态功角稳定性的方法。其次,在无功功率控制环路及电压增量自由控制支路的共同作用下,对“不考虑切除故障”和“考虑切除故障”两种不同的运行工况,提出了能够同时满足暂态功角稳定性和故障电流限制的虚拟阻抗优化方法。最后提出了虚拟同步发电机的暂态功角失稳控制和故障电流限制的自适应控制算法,以满足实际运行工况的需求,通过Simulink仿真模型验证了所提自适应控制策略的有效性和可行性。

关键词：虚拟同步发电机同步稳定性等面积法则虚拟阻抗故障电流限制李雅普诺夫稳定性

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转子激励对永磁同步电机电磁振动影响分析

电机与控制学报 2024年第6期28卷 36-44页

作者：郭冠宁蔡蔚邵佰成哈尔滨理工大学电气与电子工程学院黑龙江哈尔滨150080

对于电动汽车用永磁同步电机,气隙内的电磁激励会产生高频振动和噪音。通常将气隙电磁激振力施加到定子齿部,并通过理论计算或仿真得到定子或壳体外表面的振动噪音响应,而由转子激励引起的振动噪音被忽略。为研究转子激励对整体电磁振... 详细信息

对于电动汽车用永磁同步电机,气隙内的电磁激励会产生高频振动和噪音。通常将气隙电磁激振力施加到定子齿部,并通过理论计算或仿真得到定子或壳体外表面的振动噪音响应,而由转子激励引起的振动噪音被忽略。为研究转子激励对整体电磁振动噪音的贡献度,首先依据麦克斯韦应力张量法对气隙电磁力谐波进行理论分析,同时建立单电机的电磁振动仿真模型。然后以一台8极定子48槽内置式永磁同步电机为样机,通过试验模态分析和仿真分别对定子和转子的材料参数进行修正。再分别进行转子动力学和电磁激励下的整机动力学仿真,结果表明由转子偏心引起的不平衡电磁激励能够引起转子系统共振,并且在单位电磁力波的激励下,转子激励引起的响应与定子激励引起的响应在低频段具有同等的重要性。最后通过样机振动试验对上述结论进行了验证。

关键词：永磁同步电机转子偏心电磁力波模态分析临界转速电磁振动

1.1 MW高速内置式永磁同步电机新型转子拓扑设计与强度优化

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电机与控制学报 2024年第6期28卷 66-75页

作者：谢颖王泽兵蔡蔚李道璐杨艳会张燚哈尔滨理工大学电气与电子工程学院黑龙江哈尔滨150080

大功率高速永磁电机中通常采用绑扎碳纤维护套的方式来降低转子应力,然而护套厚度过大会导致等效气隙增加,电机性能随之降低。针对这一问题,设计了一种具有新型转子拓扑结构的1.1 MW、18 000 r/min的内置式高速永磁同步电机。该结构采... 详细信息

大功率高速永磁电机中通常采用绑扎碳纤维护套的方式来降低转子应力,然而护套厚度过大会导致等效气隙增加,电机性能随之降低。针对这一问题,设计了一种具有新型转子拓扑结构的1.1 MW、18 000 r/min的内置式高速永磁同步电机。该结构采用永磁体分段设计,并增设加强筋,分担转子隔磁桥处的应力,使护套厚度得到有效降低。同时,将转子外部隔磁桥处替换为非导磁填充块,阻断漏磁路径,提升永磁体利用率。最后,有限元分析结果表明,相较于初始模型,新型结构电机在等效气隙增大1.5 mm的情况下,输出转矩达到600.44 N·m,增加了16.86 N·m,并且新型转子铁心最大应力降低了496.82 MPa,转子结构的机械强度得到显著提高,可为大功率高速永磁电机转子拓扑设计提供参考。

关键词：高速永磁电机转子机械强度碳纤维护套加强筋非导磁填充块

复合材料双层球壳与环板耦合结构振动特性研究

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振动工程学报 2024年第2期37卷 258-266页

作者：史冬岩张颖何东泽哈尔滨工程大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150001 黑龙江八一农垦大学工程学院黑龙江大庆163319

以一阶剪切变形理论为基础,采用谱几何法对不同边界条件下复合材料双层球壳与环板耦合结构振动特性分析模型进行构建,其中采用人工虚拟弹簧技术模拟耦合结构的边界条件。根据耦合处的连接关系,通过布置耦合弹簧模拟器对子结构之间的耦... 详细信息

以一阶剪切变形理论为基础,采用谱几何法对不同边界条件下复合材料双层球壳与环板耦合结构振动特性分析模型进行构建,其中采用人工虚拟弹簧技术模拟耦合结构的边界条件。根据耦合处的连接关系,通过布置耦合弹簧模拟器对子结构之间的耦合关系进行模拟。应用哈密顿原理对复合材料双层球壳与环板耦合结构的特征方程进行推导,对耦合结构的固有特性和稳态响应进行求解。将所得结果与有限元结果进行对比,验证了计算的正确性。分析了几何参数、材料参数对复合材料双层球壳与环板耦合结构振动响应的影响。

关键词：耦合结构振动特性复合材料双层球壳环板谱几何法

网络化随机不确定系统基于SCP的最优线性估值器

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控制理论与应用 2024年

作者：周晗孙书利黑龙江大学电子工程学院

在随机通信协议(SCP)调度下,针对带随机参数矩阵和相关噪声的网络化线性离散时变系统,研究了依赖SCP通信概率的最优状态估计问题.采用白噪声描述系统的随机参数不确定性.当传感器经过有限带宽的通信网络传输观测数据给估值器时,为了避... 详细信息

在随机通信协议(SCP)调度下,针对带随机参数矩阵和相关噪声的网络化线性离散时变系统,研究了依赖SCP通信概率的最优状态估计问题.采用白噪声描述系统的随机参数不确定性.当传感器经过有限带宽的通信网络传输观测数据给估值器时,为了避免数据拥塞采用SCP对各观测分量进行调度,保证每时刻只传输一个观测分量.在估值器不知道收到的是传感器的哪一个观测分量而只知道各分量的通信概率的情况下,应用射影理论设计了依赖各观测分量传输概率的最优线性递推预报器、滤波器与平滑器.问题归结为求解一个简单的差分方程,一个Lyapunov方程和一个Riccati方程.分析了算法的稳态特性,给出了稳态存在的一个充分条件.仿真结果验证了所提算法的有效性.

关键词：网络化系统随机通信协议(SCP) 线性估值器随机参数矩阵相关噪声

基于信息矩阵迹的分布式容积信息一致性滤波算法

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控制理论与应用 2024年

作者：王迪郝钢黑龙江大学电子工程学院

针对非线性分布式无线传感器网络系统,本文提出了一种基于信息矩阵迹的分布式容积信息一致性滤波算法(TDCIF).本文首先分析了经典分布式容积信息一致性滤波算法(DCIF)的收敛性,并证明了所提出的TDCIF算法随着迭代次数的增加,收敛到次优... 详细信息

针对非线性分布式无线传感器网络系统,本文提出了一种基于信息矩阵迹的分布式容积信息一致性滤波算法(TDCIF).本文首先分析了经典分布式容积信息一致性滤波算法(DCIF)的收敛性,并证明了所提出的TDCIF算法随着迭代次数的增加,收敛到次优标量线性最小方差融合估计. TDCIF算法虽然在精度上低于DCIF算法,但TDCIF在迭代过程中传输的数据量更少,这使得网络通信负担大幅度减少,系统的实时性和鲁棒性得到了明显改善.最后仿真实例验证了所提出算法的有效性.

关键词：分布式容积信息滤波线性最小方差融合估计一致性

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碟盘刀具截割姿态倾角与破岩模式特征

煤炭学报 2024年第2期49卷 1183-1198页

作者：刘春生程硕刘延婷徐鹏刘若涵郝鑫黑龙江科技大学机械工程学院黑龙江哈尔滨150022 黑龙江科技大学安全工程学院黑龙江哈尔滨150022 黑龙江科技大学电气与控制工程学院黑龙江哈尔滨150022

刀具破岩模式识辨是提高截割能力的关键基础,而刀具截割姿态对破岩模式影响显著,探究截割姿态与破岩模式之间的内在关联,反演低能耗、高效能破岩的最佳截割姿态参数。基于碟盘刀具轴向向上振动时楔面作用岩石的大块崩落状态,在非线性岩... 详细信息

刀具破岩模式识辨是提高截割能力的关键基础,而刀具截割姿态对破岩模式影响显著,探究截割姿态与破岩模式之间的内在关联,反演低能耗、高效能破岩的最佳截割姿态参数。基于碟盘刀具轴向向上振动时楔面作用岩石的大块崩落状态,在非线性岩石破坏准则的基础上,根据Mohr-Coulomb准则给出了岩石拉剪耦合破坏条件,扩展延伸成三段式线性岩石破坏全域准则(拉破坏、拉剪耦合破坏、剪破坏、压剪耦合破坏和压破坏),给出了不同破岩模式下刀具楔面挤压应力的数学描述,基于楔面作用的最小能量原则提出了破岩模式识辨方法,构建了刀具倾斜姿态截割岩石的载荷模型,并通过数值模拟和实验分析了不同截割姿态倾角下刀具载荷特性和岩石破碎特征(岩石块率分布和粉尘粒度分布)与破岩模式之间的关联特性。结果表明:碟盘刀具楔面能耗表征值与姿态倾角呈正比,破岩模式由拉剪耦合破坏向压剪耦合破坏转变;振动截割时刀具楔面能耗表征值明显小于无振动截割,且多以拉剪耦合破坏为主,而无振动截割时拉剪、压剪耦合破坏近似等比存在;当轴向速度楔面分量大于进给速度楔面分量时,摩擦力转变为破岩助力,楔面能耗明显下降;碟盘刀具破碎岩石宏观形态呈大块月牙状,岩粉细观形态呈类多面体和类球状,刀具姿态倾角与岩石碎片量呈反比,与岩粉量呈正比(类球状粉尘减少、类多面体粉尘增加),表明姿态倾角增大,刀具齿刃碾挤压作用减弱,楔面挤压产生粉尘能耗增加,与破岩模式识辨过程中截割姿态对楔面能耗的影响规律相一致;碟盘刀具径向载荷与姿态倾角呈下凹规律,理论和模拟与实验径向载荷规律具有一致性,其平均误差分别为8.46%和9.55%,验证了碟盘刀具破岩模式识辨方法、倾斜姿态截割岩石的载荷模型和数值模拟的合理性。

关键词：碟盘刀具截割姿态破岩模式应力耦合破坏破碎特征

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并列切角方柱风致干扰效应的大涡模拟研究

哈尔滨工程大学学报 2024年第3期45卷 599-606页

作者：李方慧张智博张特范佳红尚靖淳黑龙江大学建筑工程学院黑龙江哈尔滨150080

针对并列切角高层建筑间的干扰影响问题,本文采用大涡模拟方法研究雷诺数22 000的均匀流场下并列切角(切角率10%)方柱的干扰效应。基于模型的网格收敛性分析及模型准确性验证,对比分析不同间距比下并列切角方柱的气动干扰效应和流场分布... 详细信息

针对并列切角高层建筑间的干扰影响问题,本文采用大涡模拟方法研究雷诺数22 000的均匀流场下并列切角(切角率10%)方柱的干扰效应。基于模型的网格收敛性分析及模型准确性验证,对比分析不同间距比下并列切角方柱的气动干扰效应和流场分布,并探寻风压干扰效应的影响规律和形成机理。结果表明:对于并列切角方柱,平均阻力系数主要呈放大效应,脉动升力系数主要呈减小效应。在并列切角方柱处于小间距(B/L=1.2)时,由于风与壁面的相互作用,产生风压力,风压力与方柱表面力叠加,对正压区域产生加强效果,表现为放大效应,对负压区域进行削弱,出现减小效应;当B/L=1.5时,结构干扰最剧烈,其中相邻立面后流场的切角处放大效明显,干扰因子最大值为2.58;当B/L≥4.0时,除相邻立面外的其他立面与切角干扰效应趋于消失;当B/L=8.0时,相邻立面仍然存在28%的放大效应。

关键词：并列切角方柱大涡模拟均匀流场气动干扰效应流场分布风压干扰效应阻力系数放大效应