摘要：磁悬浮开关磁阻电机是一个复杂的非线性强耦合系统,且运行过程中容易出现磁饱和现象,增大了数学模型建立及解耦控制的难度。针对上述问题,在利用有限元方法分析其磁场及电磁力特性的基础上,计算了一种对电机磁路线性及饱和状态均适用的新数学模型。分析了系统的可逆性,采用神经网络逆实现了转矩和两自由度径向力的解耦。使用dSPACE系统试验验证了该方法的正确性和有效性,可以弥补现有基于无磁饱和假设的各种建模及相应的解耦控制方法不适用于BSRM磁饱和工况的缺陷,也可以为电机的运行特性分析、本体优化设计以及控制策略研究提供更准确的理论依据。

摘要：短路分断是断路器的核心功能,提高断路器的短路分断能力是市场的持续需求。针对有效提升塑壳断路器(Moulded Case Circuit Breaker,MCCB)短路分断能力的方法开展了研究。利用栅片电压测量分析法可以检测灭弧栅片在短路分断时切割电弧的情况,评估各灭弧栅片切割电弧的性能以及电弧在灭弧室内的动态特性,为电弧优化提供参考数据。利用有限元仿真的方法进行电磁力计算,有利于快速验证优化设计方案而免去实际的试验验证,节约产品的研发成本,缩短产品的研发周期。蒸汽喷射控制(Vapour Jet Control,VJC)产气材料的运用也能够进一步提高产品的短路分断能力。综合运用以上设计方法,能够在不会大幅增加研发成本的基础上,快速提升MCCB的短路分断能力,工程应用价值较好。

摘要：断路器在短路分断时,有时会出现一种电弧背后击穿现象,这种现象会严重影响断路器的短路分断性能。解释了背后击穿现象发生的原理,分析了影响因素。灭弧室的栅片对电弧背后击穿现象的影响最大,具体影响因素包括灭弧栅片的面积、长度、厚度、数量和位置等。改善产品的灭弧室散热是有效的解决方法,但是在小体积的断路器中,由于没有空间,所以宜用磁吹法、气吹法和内阻法来降低短路分断时背后击穿现象造成的影响。灵活掌握断路器产品体积、成本与短路分断能力之间的关系,有利于快速设计出符合需求的小体积、低成本产品。

摘要：将开关磁阻电机定、转子位置互换,定子极上仅有一套可同时产生悬浮力和转矩的绕组,转子直驱飞轮,省去机械传动装置,得到更适合应用在飞轮储能中的单绕组磁悬浮开关磁阻飞轮电机(SWBSRFM)。SWBSRFM控制策略与开关磁阻电机有较大差异。以数学模型为基础,推导出单绕组磁悬浮飞轮电机主体尺寸计算公式。针对电机参数设计问题,结合混沌搜索的历遍性、规律性与和声搜索简单、灵活的优点,得到和声混沌搜索算法,以在较短的时间内获得电机最优结构参数。通过有限元分析飞轮电机性能,得到如下结论:SWBSRFM具有结构简单、维护方便、成本低廉、易于控制的优点,并且和声混沌搜索精确、快速、操作方便,满足设计要求。

摘要：针对单绕组宽转子极无轴承开关磁阻电机在定转子极非完全交叠区间的径向悬浮力模型空白、已有定转子极完全交叠区间径向悬浮力模型推导过程复杂且计算量大的不足,首先通过磁场有限元分析,分别确定了该电机在定转子非完全交叠区间和完全交叠区间的电磁场几何分布,计算了气隙磁密,再根据麦克斯韦应力法分别推导了这2个区间的径向力表达式,从而建立该电机在一个完整周期范围内的径向力数学模型,并通过与三维有限元计算结果的对比验证该模型的准确性。相比于利用等效磁路图推导径向力模型而言,该建模过程更简便,计算量也更小。全周期径向力模型的建立,不仅能为电机本体和控制器设计提供理论参考,还有助于提高该电机控制策略设计的灵活性,也可以提高与传统单绕组无轴承电机控制器的通用性。

摘要：研究了一种基于极限学习机(extreme learning machine,ELM)与带精英策略非支配排序遗传算法(improved non-dominated sorting genetic algorithm,NSGA-II)的单绕组磁悬浮开关磁阻电机(single winding bearingless switched reluctance motor,SWBSRM)多目标优化设计方法。结合有限元分析(finite element analysis,FEA),分析了SWBSRM悬浮力、转矩随各结构参数变化的一般规律,得到ELM非参数模型。针对该训练模型并结合NSGA-II进行全局寻优,获得使悬浮力、转矩同时更优的结构参数数值组合。通过对比优化前后电机输出悬浮力、转矩大小,验证了以ELM、NSGA-II为基础的SWBSRM结构多目标优化设计的有效性。

摘要：采用磁轴承取代传统机械轴承,可消除飞轮储能装置机械摩擦,提高转子临界转速.针对磁轴承控制系统响应快、运行稳定的要求,设计了一种变饱和柔性变结构控制器.根据磁轴承的基本结构与悬浮力模型,建立了系统的状态方程;通过有限元仿真,分析了磁轴承耦合性,确定了系统基本控制方案;将柔性变结构和变饱和项结合,当系统存在较大偏差时只通过线性控制器调节,在中等偏差时通过线性控制器和变饱和状态控制器一起调节,在小偏差时由线性控制器和变饱和状态控制器转变的线性控制器一起调节.仿真与实验结果表明,变饱和柔性变结构控制满足实时控制的要求,磁轴承控制系统具有较快的响应速度和较高的运行稳定性.

摘要：针对因轴承摩擦导致的飞轮储能装置能量损耗问题,将原有的机械备用轴承用永磁轴承取代。分析1/2永磁环间隙的磁场能量和磁导,根据稀土永磁材料线性B-H曲线和磁通连续原理,推导出永磁备用轴承磁力数学模型。考虑实际飞轮装置转轴偏心问题,对数学模型进行了修正。经有限元验证,数学模型计算值和Ansoft试验值基本吻合,得到磁力与相关结构参量的关系:轴向磁化的永磁备用轴承径向磁力近似与永磁环的平均径向宽度成正比,与永磁环轴向长度成正比,随动静磁环径向间隙、径向偏心增大而减小。解决了磁力数值计算复杂的问题,使得永磁备用轴承设计和优化简便易行。

摘要：针对传统磁悬浮开关磁阻电机中存在的悬浮力与转矩有效工作区域互相牵制的问题,研究一种宽-窄极混合定子的单绕组磁悬浮开关磁阻电机.首先从基本结构、运行原理、磁力特征等方面,将其与传统的单、双绕组磁悬浮开关磁阻电机进行比较,说明其悬浮力绕组和转矩绕组具有较好的独立性,可以提高悬浮力性能、降低转子悬浮控制的难度.然后基于麦克斯韦应力法建立悬浮力和转矩的数学模型,并以此为基础设计控制算法,所提方案通过仿真以及样机试验验证.可为电机本体优化设计以及控制策略研究提供较准确的理论依据,并且增加控制方法选择和研究的灵活性.

摘要：针对磁悬浮开关磁阻电机运行过程中容易出现磁饱和及转子偏心的问题,建立了一种新型的一体化数学模型.首先,依据电机磁场的有限元分析结果,基于麦克斯韦张量法求出了径向力及转矩关于气隙磁密的表达式.其次,根据电机的等效磁路,结合铁芯材料的磁化特性,计算了非线性气隙磁密.最后,以此二者为基础建立了磁悬浮开关磁阻电机的一体化数学模型,并以一台试验样机为例,利用有限元分析验证了该数学模型的正确性.结果表明,该模型对电机的未饱和及饱和工作状态均适用,弥补了现有基于无磁饱和假设的各种建模方法不适用于BSRM磁饱和工况的缺陷,可以为电机的运行特性分析、本体优化设计以及控制策略研究提供更准确的理论依据.