“聚磁式”磁力耦合器的磁场分析

为提高设备功率与转矩密度,本文提出了一种"聚磁式"磁力耦合器,并对其进行了有限元仿真分析。分析结果表明与一般磁力耦合器相比,"聚磁式"磁力耦合器,转矩提高20%,是一种有效的紧凑性设计方案。分析结果为磁力耦合器的结构设计做支撑。     

永磁同步电机失磁故障仿真研究

为了研究失磁故障对电机性能的影响,文章以小型船用永磁同步电机为研究对象,使用Maxwell软件建立仿真模型,采用等比例改变剩余磁感应强度和矫顽力的方法模拟均匀失磁故障,研究其对气隙磁密及转矩大小的影响,并提取定子电流、反电动势信号,运用傅里叶分析法分析谐波变化。仿真结果表明,随失磁程度增加,气隙径向磁密基波增大,转矩衰减常数增加,定子电流基波幅值逐渐减小,感应电动势基波幅值逐渐增大。     

基于有限元的磁流变弹性体设备磁致特性分析

应用有限元方法得到在不同颗粒体积比浓度条件下,磁流变弹性体在成链方向的相对磁导率和磁致剪切模量随磁场强度变化曲线。设计了一个简单的磁流变弹性体阻尼器模型,并在此基础上应用上述计算所得曲线,对该阻尼在电流和线圈匝数变化时,计算出阻尼器模型的磁致剪切模量随外加电流和线圈匝数的变化曲线。计算结果表明,磁流变弹性体阻尼器模型的磁致剪切模量随外加电流的增大而增大,随线圈匝数的增加而增加,但当电流和线圈匝数达到一定值之后阻尼器模型的磁致剪切模量趋于稳定。分析了电流和线圈匝数对阻尼器性能的影响,使阻尼器在设计阶段对其性能进行评估得以实现。     

不同驱动方式下表贴式交流永磁电机转子涡流损耗研究

针对转子涡流损耗在某些表贴式交流永磁电机中引起很高的温升问题,本文采用有限元软件仿真分析了三相永磁电机在方波和正弦波驱动方式下的转子涡流损耗的变化规律。分析表明：同转速、同转矩条件下,方波驱动的转子涡流损耗要大于正弦波驱动的,且二者之差随转速和负载的增大而增大。稳定时,方波驱动产生的转子涡流损耗每个电周期有6次波动,这主要是由绕组谐波电流引起的。     

船舶液力耦合器的人工神经网络的数学建模

从船舶动力装置动态建模与仿真的实际需求，引出了其主要部件之一的液力耦合器数学建模在稳／动态特性研究中的重要性，以及利用其试验曲线(输入特性形式)作为数据源去构建准稳态数学模型的困难之处：寻找一种通用的数学表达形式，以实现①液力耦合器在额定工况及其附近的试验曲线的内插与外廷；②过渡工况液力耦合器数学模型的设计(如液力耦合器接合和脱开过程其滑差从100％向额定滑差值方向的变化)。本文介绍了人工神经网络方法在液力耦合器动态建模中的应用。文章先介绍了其数学建模的思路和要点：①选择人工神经网络算法(包括传递函数)与结构(人工神经网络隐含层数目和神经元个数)；②提高人工神经网络泛化能力的措施；③利用专业知识扩充人工神经网络训练用的数据样本。然后叙述了其数学模型在某船舶动力装置稳态、动态特性计算机仿真研究中的某些有意义的结果：①正常航行(四机双桨)稳态工况时各车令下液力耦合器的滑差；②不同螺旋桨螺距下的液力耦合器接合过程的滑差变化；③怠速→前进五的急加速过程的滑差变化。     

船舶喷砂除锈爬壁式机器人设计

设计了一种船舶喷砂除锈爬壁式机器人,用以代替人工高空除锈作业。通过静力分析仿真,确定了负载、单个磁吸附单元磁力和壁面角度之间的关系,并确定了保证不下滑和不翻转的最大负载。通过动力分析仿真,确定了电机及减速器输出的最小转矩。根据仿真结果研制了爬壁机器人样机,该机可在各工况下进行运作,且能爬越10mm高的障碍,能够满足工作要求。     

一种新型水下自主航行器无线充电系统耦合器

耦合器是水下自主航行器无线充电系统的关键部件之一,耦合系数和互感是耦合器的核心指标,提高耦合系数和互感的大小及稳定性,以增强耦合器传能水平和抗偏移性能是耦合器设计的关键。本文在分析ε形和环形磁耦合装置基础上,提出了一种优化后的无线充电系统耦合器结构。该型耦合器发射侧采用双D发射线圈,接收侧采用疏松线圈绕制的Π型磁芯,与现有结构相比,该结构通过减小气隙、增大导磁面积,提高了耦合能力,仿真结果表明,在轴向偏移±30 mm下耦合系数变化量约为0.13,在角度偏移±10°度下耦合系数变化量约为0.1,证明该型耦合器具有较高的抗偏移性能。     

船用异步电机滑差频率矢量控制技术研究

针对船用异步电动机滑差频率矢量控制延迟过高的问题,提出新型电动机滑差频率矢量控制方法。在Lab仿真系统内,对船用异步电动机进行结构仿真,提取电机气隙磁密度曲线,求取异步电动机电磁转矩,在异步电动机的三相定绕组回路中,设置A向电流固定电感,规避电机绕组电流,基于电动机电磁转矩幅值,控制船用异步电机的电流相位和电流幅值,实现异步电动机滑差频率矢量控制。实验研究表明,与传统控制方法相比,设计的矢量控制技术电流相位控制延迟减少27%,电流幅值控制延迟减少了23%,可以有效提高电动机滑差频率矢量控制延迟。     

钹式换能器的共振特性研究

论文通过ATILA有限元软件建立了钹式换能器的二维轴对称模型,研究了2kHz～180kHz钹式换能器的共振频率随空腔顶部直径、空腔底部直径与空腔顶部直径之比、压电陶瓷片直径与空腔底部直径之差变化的规律,绘制出共振频率随各结构参数变化的曲线.结果表明,共振频率随着空腔顶部直径和空腔底部直径与空腔顶部直径之比的增大而减小,空腔顶部直径越大,共振频率变化范围越小,变化越不明显,共振频率随着压电陶瓷片直径与空腔底部直径之比的增大几乎呈线性变化关系,压电陶瓷片直径与空腔底部直径之差的变化对共振频率的影响不大,以上结论为设计不同共振频率的钹式换能器提供了理论依据.     

基于滑模控制的船舶电力推进DTC系统

针对传统直接转矩控制船舶电力推进系统在电机低速运行时转矩、磁链脉动大与动态性能差的问题,引入空间矢量调制技术来解决这些问题。并且在此基础上,还针对因电机运行时参数变化包括定子电阻、转子电阻等参数变化而导致控制效果变差的问题,引入滑模控制技术来解决,通过设计滑模定子磁链观测器来提高定子磁链估算级精度,减小参数变化对估算结果的影响,从而在整体上提高了控制系统的稳定性。经过Matlab仿真验证,证明这种控制策略定子磁链的观测精度较高,可以有效地减小低速时的转矩脉动,同时还对系统内部参数变化和外部干扰都具有较强的鲁棒性。     

基于三电平SVM技术的船舶电力推进DTC研究

介绍二极管钳位型三电平在中高压大中容量的船舶电力推进直接转矩控制(DTC)技术中的应用。针对船舶在低速运行时,控制系统存在低速时性能差以及二极管钳位型三电平固有的直流侧中点电压不平衡的问题,在u-i磁链观测器模型基础上,引入一种带定子电阻补偿的磁链观测器。研究基于双PI调节的电压空间矢量调剂技术(SVM)在系统中的应用。仿真结果表明,系统具有转矩响应快速、磁链观测准确性好、转矩脉动低等优点,能有效抑制三电平的直流侧中点电压不平衡,限制输出电压变化率并降低开关损耗。     

基于滑模变结构的船用永磁同步电机直接转矩控制

电力推进在船舶动力系统中应用得越来越多,本文对船用永磁同步电机直接转矩控制进行仿真研究。针对传统永磁同步电机直接转矩控制中存在的磁链和转矩脉动较大,逆变器开关频率不稳定等问题,将滑模变结构控制策略引入。设计转矩和磁链2个滑模控制器,取代传统直接转矩控制中的2个滞环比较器,再运用空间矢量脉宽调制方法,控制电机运行。仿真结果表明这种控制策略能有效减小传统直接转矩控制存在的磁链和转矩脉动,实现逆变器开关频率恒定,并且对系统参数变化及外界扰动具有鲁棒性强的优点。     

船舶新型水润滑磁液双浮尾轴承承载能力仿真研究

为提高船舶水润滑尾轴承的承载能力,提出新型水润滑磁液双浮尾轴承方案。设计水润滑磁液双浮尾轴承结构,建立双浮轴承磁-流-固多场耦合动力学模型。提出六种磁路布置方案,采用有限元法进行计算。对比各方案磁力,优选磁斥力最大方案。在此基础上,采用有限差分法计算液膜力,与磁斥力叠加得到轴承总承载力,并分析其随轴承间隙的变化规律。研究结果表明：与传统的轴向、径向单一充磁对比,Halbach充磁的磁路方案磁力更大;新型的非完整式磁布置方式比传统的对称布置方案在竖直间隙为0.05 mm时提高磁力17倍,在竖直间隙为0.3 mm时提高磁力40倍;当轴颈与轴承孔间隙大于2.025 mm时,磁力占主导,可用于低速时脱开摩擦副,减少接触摩擦磨损;当轴颈与轴承孔间隙小于2.0216 mm时,水膜力逐渐增大,磁力起到减载作用;在工作间隙下,水膜力刚度系数比磁力刚度系数大2～3个数量级。磁液双浮轴承为提高纯磁轴承的稳定性提供了新的解决思路。     

电动汽车用内置式分数槽集中绕组电机槽口优化设计

为研究分数槽集中绕组电机定子槽口参数对电机主要电磁性能的影响，基于二维有限元法建立电机性能计算模型，以电动汽车用10极12槽内置式分数槽集中绕组永磁电机为研究对象，分析定子槽口宽度和深度对主要电磁性能的影响。结果表明定子槽口宽度比为0.65时，电机具有最大输出转矩、弱磁和过载能力，同时带载转矩波动和转子涡流损耗相对较小，为电动汽车驱动电机优化设计提供参考。     

行业追踪

·ABB公司核心技术DTC 直接转矩控制也称为”直接自控制”，它的思想是以转矩为中心来进行磁链、转矩的综合控制。和矢量控制不同，直接转矩控制不采用解耦的方式，从而在算法上不存在旋转坐标变换，简单地通过检测电机定子电压和电流，借助瞬时空间矢量理论计算电机的磁链和转矩，并根据与给定值比较所得差值，实现磁链和转矩的直接控制。     

基于数字信号处理器的船用异步电机矢量控制方法

为提升船用异步电机的控制性能,提出基于数字信号处理器的船用异步电机矢量控制方法。选取TMS320F28335型单片机,作为船用异步电机矢量控制的数字信号处理器,处理矢量控制的全部数字与算法。设定转速指令值与相应转子磁链值作为矢量控制输入值,依据转速估算值与转速指令值的差值,获取下一指令周期的电磁转矩输入值,电磁转矩输入值与电磁转矩反馈值之差设置为转矩调节器的输入值,获取电压矢量的转矩分量指令值。利用数字信号处理器运行PI控制算法完成转速估计、转矩调节以及磁链调节,实现船用异步电机磁通电流、转速以及转矩的闭环控制。实验结果表明,该方法利用数字信号处理器实现船用异步电机定子电流、转矩与转速的高效控制,船用异步电机在添加负载时,定子电流可在0.5 s内恢复稳定。     

峡江枢纽工程有限元抗滑稳定性研究*

峡江水利枢纽工程岩体完整性差、抗冲能力较弱,应采取相应工程防护措施。对11闸段墩进行计算分析后得知,11闸段墩的抗滑稳定不满足规范要求。为此,采用非线性数值方法,对11闸墩的深层抗滑稳定安全系数进行校核,并运用有限元软件SAPTIS对11闸段墩段深层抗滑进行非线性有限元分析。根据分析结果,针对该缺陷提出加厚底板方案和锚筋桩方案,并得出结论——两种方案都能够满足抗滑稳定性要求。     

潜艇应力导致的磁场变化及其对空中磁探的影响

潜艇壳体受水压作用导致潜艇磁场的变化属于铁磁质磁致伸缩的逆效应,而不同的潜航深度对潜艇磁场造成的影响也会不同。本文在归纳分析了铁磁学中磁力耦合理论知识的基础上,用气体膨胀力代替海水外压力设计了潜艇模型在不同航向上的升降压试验,并基于面磁荷模拟法,建立了潜艇模型对抗空中磁探潜的数学模型,对潜艇模型在各压力状态下的磁场进行空间延拓,定量分析了磁场随压强的变化规律。研究结果表明:不同磁化状态下相同应力对潜艇模型磁场的影响显著不同;在模拟对抗空中磁探潜时,考虑潜深改变导致的潜艇模型磁场变化有重要意义。     

电磁感应式水下松耦合变压器的设计与仿真

水下自治机器人的电能传输是深海资源勘探中必须解决的问题。如今大部分水下机器人采用接触式电能传输方法,然而其系统的复杂密封结构使其接口会出现严重磨损并存在漏电隐患。与接触式方法相比,非接触式电能传输技术^([1])(CLPT)方法避免了电击、漏电等危险,而且不需要复杂的密封工艺。首先,建立无线电能传输系统的互感和励磁模型,然后分析其系统传输特性,建立水下CLPT模型,利用ANSOFT仿真软件,得到自感、互感及耦合系数,通过对耦合器性能参数、漏磁屏蔽等进行有限元分析,实现电磁耦合器结构[2]的优化设计。进一步仿真耦合系数与气隙、输出电压和传输效率随负载的变化规律。仿真结果表明,优化后的电磁耦合器具有良好的耦合特性,能够充分发挥无线电能传输系统的优势,通过安全高效的传输方式地为水下机器人提供足够的电能。     

新型竖直轴海洋能发电设备叶片的优化与仿真

为深入了解新型竖直轴海洋能发电设备的性能,对其叶片结构的流场特性和设备在流场中的动力收集特性进行仿真研究.建立不同结构叶片和不同数量叶片的二维模型,通过仿真计算,得到不同结构叶片的流场状态,以及叶片数分别为3、4和6时设备的合力和转矩大小.研究结果表明:在矩形叶片上开长方形孔能明显改善叶片后方的涡流,提高叶片的性能;当入口速度不变时,设备所受合力和转矩会随叶片数量的增加而增大;当叶片数量不变时,设备所受合力和转矩会随入口速度的增加而增大.研究结果可为新型竖直轴海洋能发电设备的结构设计与优化提供参考.