扁线电机仿真

寂如流年 · 发表于 2020-4-20 11:57

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求一份数据尽可能详细的扁线电机仿真案例

来自安卓APP客户端

zengxiaodong · 发表于 2020-10-22 10:32

Skin and proximity effect analysis.pdf (3.47 MB, 下载次数: 250)

zengxiaodong · 发表于 2020-10-30 08:16

第19页的表格，我加了评论，欢迎拍砖。
无标题.png

补充内容 (2020-10-31 21:09):
线圈换位，与临近效应风马牛不相及！著名的罗贝尔绕组就是大型电机里面的一种换位绕组。

补充内容 (2020-10-31 21:11):
分数节距，与分数槽绕组无关!指的是短距（或长距）绕组。

zengxiaodong · 发表于 2020-10-31 06:58

本帖最后由 zengxiaodong 于 2020-10-31 07:42 编辑

外国砖家也是想当然、拍脑袋！

无标题.png

zengxiaodong · 发表于 2020-10-31 10:45

本帖最后由 zengxiaodong 于 2020-10-31 20:50 编辑

为了显示槽内磁力线，故意把磁力线根数设置得很多很多。

一方面排列各点交直流电阻之比，一方面排列槽内各点漏磁磁密。然后得出漏磁磁密越大，交流电阻越大的结论！
可以负责任地告诉大家，这样的推理是完全错误的！漏磁磁密分布没有错，各点交流电阻增加系数也没有错，错的是这两者之间其实是没有半毛钱的关系。

槽内涡流损耗直接的原因是局部感应电势分布的不均匀，而局部感应电势似乎与磁密的时间变化率有关，但是磁密变化率为零，却也可以有感应电势！想想高中物理学中匀强磁场里面一段直导线平移运动的例子，所以确切地说，局部感应电势真正的源泉是矢量磁位Az的时间变化率！

其实，对于电动机而言，槽口侧磁密大但是其局部感应电势反而小，正因为槽口侧感应电势小，才导致该局部阻碍（电势）小，从而才会有更大的电流和更多的损耗！

zengxiaodong · 发表于 2020-10-31 15:50

在另外一个帖子中，我讨论了电动状态下面的涡流效应，本帖讨论发电状态的涡流特征！

关于扁线电机讨论-西莫电机圈0.pdf (2.89 MB, 下载次数: 322)

补充内容 (2021-6-5 09:52):
https://bbs.simol.cn/thread-191627-2-1.html

补充内容 (2021-6-5 10:01):
https://bbs.simol.cn/thread-191627-2-1.html

zengxiaodong · 发表于 2020-10-31 21:13

本帖最后由 zengxiaodong 于 2020-10-31 21:28 编辑

以prius2010电机为例，进行发电状态的仿真，考察槽内的一条径向路径，把Az映射到这条路径上。

zengxiaodong · 发表于 2020-10-31 21:18

首先得到Az路径映射结果的动画

槽内矢量磁位动画（发电）.gif

左侧是靠槽口的起点，右侧是靠槽底的终点。可见与电动状态区别不大！仍然是槽口“切割磁力线”弱于槽底。

zengxiaodong · 发表于 2020-10-31 21:22

仅起点和终点的矢量磁位随时间变化的情况

zengxiaodong · 发表于 2020-10-31 21:24

仅起点和终点的矢量磁位Az对时间微分的情况

zengxiaodong · 发表于 2020-10-31 21:26

在起点和终点间，再均分取3个点，一共5个点的Az对时间微分

zengxiaodong · 发表于 2020-10-31 21:50

本帖最后由 zengxiaodong 于 2020-10-31 21:53 编辑

矢量磁位Az对时间求导，其值与该点的感应电势成正比。所以，上两楼的波形可以认为就是槽内对应点的感应电势波形。

发电状态与电动状态相同的特征总结如下：

1、槽口磁密大，槽底磁密小；

2、槽口切割磁力线效应弱于槽底，因此槽口感应电势小于槽底；

3、考虑到交变的特征，在一个周期里面，大部分时间符合第2点，少部分时间是相反；

4、越靠近槽口，则感应电势随空间的变化越剧烈，而越靠近槽底，感应电势随空间的变化越平缓；也就是槽口涡流效应比槽底明显。

发电状态与电动状态不同之处是：

由于电动状态时感应电势是阻碍电流变化，而发电状态时感应电势是驱动电流的原动力。
这两者的本质区别就导致了完全不同的结果，那就是发电状态时靠槽口侧电流小于靠槽底侧！

zengxiaodong · 发表于 2020-10-31 22:28

这个关于发电机槽内导体涡流效应的结论，可以改写教科书，可谓是一下子就颠覆了电机界陈世坤等老一辈奋斗的几十年的研究成果！

zengxiaodong · 发表于 2020-11-1 10:22

zengxiaodong 发表于 2020-10-30 08:16
第19页的表格，我加了评论，欢迎拍砖。

罗贝尔绕组，换位问题值得讨论一下。为什么必须换位？因为不换位就不能解决涡流问题，即使槽内导体分割成互相绝缘的小面积线束也不行！

zengxiaodong · 发表于 2020-11-5 18:06

补充一个Prius2010的相量图，电动、发电状态的功率因数都很低！

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zengxiaodong · 发表于 2020-11-6 20:56

电动状态和发电状态，线圈磁链（电压）的相位几乎反相了（146度电角度），这是由于转子磁极位置大幅度移动的结果。

也就是说，电枢反应的效果特别强烈，这也是导致功率因数低下的原因。

zengxiaodong · 发表于 2020-11-7 19:54

本帖最后由 zengxiaodong 于 2020-11-7 20:06 编辑

根据槽内磁力线的运动方向，我们可以知道导体产生涡流损耗的方式，并采取针对性的措施。

对于窄而深的槽形，磁力线基本上近似于沿径向运动切割（磁力线本身的方向近似切向），因此为了减少涡流损耗，应减少导体径向方向的尺寸，例如增加导体层数，下面是4层导体的扁线电机模型。假设无法增加层数，很自然就想到每根导体能否做成互相绝缘的叠片形式呢？

无标题.png

从图形中可以看出，每根导体由11层扁铜片叠压形成，每片径向厚度极大减少了，因此，涡流损耗与原来整体扁线相比几乎可以不用考虑了！真的是这样吗？

答案是否定的！

我们以靠槽口的这根导体为例来加以说明，最内最外两层扁铜片打上了剖面线，很显然这两根导体切割磁力线产生的感应电势是相差最大的，因此，一旦在端部把11层扁铜片焊接到一起，这些扁铜片之间会产生环流，这个环流产生的额外铜耗，一点也不会比整根铜导体时的涡流损耗小！

所以，问题没有得到丝毫的缓解，也就是仅仅采用分割导体的方式是于事无补的，要有明显的改善，还需要进一步采用换位技术。

zengxiaodong · 发表于 2020-11-7 21:15

中文名称：罗贝尔换位
英文名称：Roebel transposition
定　　义：大型交流电机定子绕组线圈因采用多股并绕方式，为降低股线间的循环电流引起的附加损耗，需要对股线进行编织换位，汽轮发电机广泛采用的这种换位方式称为罗贝尔换位。
应用学科：电力（一级学科），汽轮发电机（二级学科）

zengxiaodong · 发表于 2020-11-7 21:46

本帖最后由 zengxiaodong 于 2020-11-8 10:32 编辑

提供一篇2014年的硕士论文，供参考。

——关于汽轮发电机定子绕组换位方式与环流损耗分析计算0.pdf (2.98 MB, 下载次数: 41)
这篇论文的重点讨论的是端部效应，用三维有限元进行了分析，感觉问题复杂化了。

zengxiaodong · 发表于 2020-11-8 14:19

在《关于扁线电机讨论》这个帖子中，我给出了电动状态的磁力线动画，为了对应，下面给出发电状态下的磁力线动画

可见，除了磁力线偏斜方向不一致外，看不出有什么其他的明显区别，这从前面Az路径映射结果也可以得出类似的结论。

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[Maxwell] 扁线电机仿真

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