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科学瞎想系列之一五四说说电机中的那些电感

函数同步系统性能工作

电机是一种电磁装置，其核心主要由绕组线圈和铁心等电磁部件组成，既然有线圈和铁心，就必然绕不开电感的问题。经常有同学张口闭口电机的电感如何如何，殊不知电机中的电感那讲究大了去了，自感、互感、相电感、线电感、直轴电感、交轴电感、主电感、漏电感、瞬态电感(电抗)、超瞬态电感(电抗)…这些令人眼花缭乱的电感都是怎么定义的？其物理意义又是啥？各种电感之间的关系是什么？这些电感怎么测量、怎么使用？本期就详细说说电机中电感的那些事。

2024-01-22

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科学瞎想系列之一五三说说永磁同步电机里那些角

变量工作函数设计同步

永磁同步电机里的有许许多多的角，矩角、功角、功率因数角、内功率因数角、初始角、初相角…这些五花八门的角经常把许多同学搞晕菜，它们都是谁跟谁的夹角？都有啥用途？它们之间又存在啥关系？什么时候该用什么角？本期就给大家捋一捋永磁同步电机里的那些角。

2023-11-29

2.7K0

科学瞎想系列之一五三说说永磁同步电机里那些角

变量工作函数设计同步

永磁同步电机里的有许许多多的角，矩角、功角、功率因数角、内功率因数角、初始角、初相角…这些五花八门的角经常把许多同学搞晕菜，它们都是谁跟谁的夹角？都有啥用途？它们之间又存在啥关系？什么时候该用什么角？本期就给大家捋一捋永磁同步电机里的那些角。

2023-11-29

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学瞎想系列之一五二电机设计中磁密那些事

函数软件设计算法

电机设计少不了与各种磁密打交道，气隙磁密、齿磁密、轭磁密、平均磁密、最大磁密…这些耳熟能详的术语恐怕都不陌生吧？你可能天天在用各种公式和电磁仿真软件计算这些东东，反正不是套公式就是盯着电脑屏幕看那些花里胡哨的磁密云图，但你真正了解它们的含义吗？真的了解这些物理量的定义和物理意义吗？经常遇到同学问有关磁密的各种五花八门的问题：气隙磁密到底是平均值？有效值？基波有效值？还是最大值？齿和槽一样宽时，为什么齿磁密不是气隙磁密的两倍？…本期就详细捋一捋有关磁密的那些事。

2023-09-01

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科学瞎想系列之一四九永磁风力发电机的设计特点

黑石物理服务器

作为一种清洁的可再生能源，风力发电被认为是目前最经济、技术最成熟的新能源，在过去二十年里，风力发电技术和产业得到了迅猛发展。特别是在国家提出“双碳”目标后，我国的风力发电行业再次进入一个高速发展新阶段，其主要标志是：单机组容量迅速向大型化发展、装机地点从陆上向海上发展、技术路线百花齐放、技术和产品迭代周期大大缩短… 说到风力发电，自然离不开发电机。不同技术路线的风电机组所配的发电机种类也不尽相同，其中永磁同步发电机因其体积小、重量轻、效率高等特点，被广泛应用于风力发电领域。那么风电用的永磁电机与其它(如电动汽车)领域用的永磁电机有何区别？在设计上又有哪些特点？许多同学希望专门讲一讲永磁风力发电机设计方面的知识，应这些同学们的请求，本文就永磁风力发电机的设计特点作一系统论述。 1 风力发电机组技术路线概述在风力发电领域，虽然技术路线百花齐放，各主机厂商和相关科研单位都试图尝试一些新的技术路线，但截止到目前的二十余年来的实践表明，有两大类机型优势明显，成为当今主流机型：一类是采用全功率变流装置对发电机输出电功率进行控制，实现变速恒频恒压并入电网；另一类是通过部分功率的变流装置控制，实现全功率的变速恒频恒压并入电网。不同的技术路线，所采用的发电机类型也不尽相同。前者以“永磁发电机或鼠笼异步发电机➕全功率变频器”为典型配置；后者以“双馈异步发电机➕转差功率变频器”为典型配置。两种技术路线的原理框图如图1所示。

2022-12-01

2.3K0

能量守恒不灵光了吗？

又到烧脑时间了！看看下面这道题，能量守恒在这里是不是不灵光了？想知道答案吗？花几个微信豆豆看标准答案吧。

2022-12-01

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科学瞎想系列之一四八电机绕组(24)

上期说到，单绕组多速变极理论非常复杂，设计时需要考虑的因素和校核、调整工作十分繁杂，稍有不慎，就会出现三相绕组磁势和电势不对称，使电机性能恶化。为了减轻从事这方面设计人员的工作量，降低设计风险，这里将一些经过实践验证后成熟的典型单绕组多速变极方案列举如下，供相关技术人员参考或直接采纳。以下案例来自《新编电动机绕组彩色接线图集》，图片中带括号的数字（如(6)、(7)、(8)等）为原文献中的标题序号。为了便于查找，在此整理出一个目录。

2022-12-01

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开拓性思维能力和观察能力比专业更重要！

作为一名优秀的技术人员，或者说要想成为一名优秀的技术人员，你的开拓性思维能力和观察能力其实比你的专业能力更重要！！！所学专业与要从事的工作专业不对口没关系，有许多半路出家转专业的也同样在新的专业领域干得非常出色；许多在本专业上的大碗，在其他专业领域同样不含糊！但这些人都有一个共同的特点，就是他的开拓性思维能力和平时对事物的观察能力都很棒。其实这世上的很多事物都是相通，许多事物的发展规律其数学模型是一样的，关键看你是不是有能力抽象出这些共性，看到问题的本质。用句俗话讲，就是你有没有“灵气”和“悟性”。作为一名央企的老技术人员，经常跟人力资源部门一起去招聘员工，面试时所考察的除了一些专业知识以外，更重要的是考察应聘者的开拓性思维能力和日常观察能力，这些考题不针对任何专业，下面就是一道考察开拓性思维能力和对日常事物的观察能力的典型面试题，你不妨试试。

2022-12-01

5400

科学瞎想系列之一四七电机绕组(23)

上期通过一个具体实例讲述了倍极比变极的原理和绕组的换接方法，但并没有对单绕组变极进行理论上的分析和归纳，以致于无法就任意变极比的单绕组变极方法给出一个普遍性的理论指导，因此也就无法其推广到非倍极比变极绕组中，更无法用一种普遍性的方法来分析和解决任意变极比的单绕组变极问题。本期就先不失一般性地介绍单绕组变极的理论，然后在此基础上归纳总结出任意变极比的单绕组变极方法和步骤。 1. 极幅调制原理为了说明极幅调制的变极原理，我们仍用上一篇文章中的例子，从理论上予以分析和归纳。例一：槽数Z₁=12，相数m=3，极数2p=2→4。

2022-12-01

8270

科学瞎想系列之一四六电机绕组(22)

上期介绍了双绕组变极调速电机绕组设计时的一些注意事项及分析方法。其实在变极调速中应用更加广泛的是单绕组变极，即在定子上只嵌装一套绕组，通过改变绕组的不同接法来获得两种或多种极对数。与双绕组变极相比，单绕组变极的材料利用率更高，电机的体积重量更小，不存在运行时总有一套绕组闲置造成的冷热不均等问题，但由于两种或多种不同的极对数都是通过一套绕组的不同接法来实现，这就需要在绕组设计时同时要兼顾两种甚至更多种极对数下的电机性能，使得绕组设计更加复杂。在电力电子技术不太发达的时期，单绕组变极曾经是国内外电机学者和工程技术人员研究的热点，在这方面，我国老一辈科研工作者取得了举世瞩目的研究成果，大量研究成果已在中小型异步电机系列产品中广泛应用。特别值得一提的是以华中工学院(现华中科技大学)许实章教授为首的研究团队，于上世纪八九十年代就在单绕组变极领域取得了国际领先水平的科研创新成果，创造性地提出了利用“槽号相位图”和“对称轴线法”进行单绕组变极设计的方法，走出了一条拥有自主知识产权的发展道路，出版了两本关于电机绕组理论方面的经典专著《交流电机的绕组理论》和《新型电机绕组 ——理论与设计》。以此为理论依据，先后发明并研制成功了高起动性能的谐波起动电动机、第二代双波起动的谐波起动电动机、第三代三波起动的谐波起动电动机等一大批单绕组变极科研成果。鉴于许老的绕组理论过于高深，篇幅所限这里不可能详细介绍这些顶级研究成果，有兴趣的BOSS们可以精读许老那两本著作，这里仅就有关单绕组变极调速的基本原理和基本方法予以介绍。

2022-12-01

1.4K0

一道简单的面试题许多求职者懵圈

今天跟大家分享一道面试题，想找工作的小伙伴们不妨试试，招人的单位也建议好好收藏，一题即可看出求职者是不是搞电磁设计的料。

2022-12-01

4950

科学瞎想系列之一四五电机绕组(21)

异步电动机的调速有三种方法，即：变频调速、变转差率调速、变极调速，三种调速方法各有千秋。变频调速是指通过改变输入电源的频率以改变同步转速，从而实现改变转子转速的目的，变频调速具有调速范围广、可无级平滑调速、整个调速范围内系统效率高等优点，在电力电子技术飞速发展的今天，成为最为常见的一种调速方式。但这种调速方式也具有一些缺点，最主要的就是调速设施投入较大，成本较高，需要较高专业素养的人操作和运维，在不需要大范围平滑调速的应用场合性价比较差。改变转差率的调速方式其实就是通过转子回路串电阻的方法来改变异步电机T—s曲线的斜率，从而改变转差率实现调速，这种方法的成本较低，控制简单，但调速范围小，调速损耗大、效率低，只适用于绕线式异步电机，鼠笼异步电机不适应，常用于间歇短时工作、不需要大范围调速的场合，如起重设备的驱动等。变极调速是通过改变绕组的极对数来改变同步转速，从而实现调速，由于绕组的极对数只能是整数，不能连续平滑地变化，因此变极调速也只能是一级一级地改变转速，不能平滑调速，但这种调速方法的调速范围很大，电路简单，所需设施投入较少，成本较低，特别适用于不需要平滑调速，而只在几个特定转速下运行的场合，在电力电子技术不够发达时，变极调速方式是最经济实用和易于实现的，由于其成本低、结构简单、变速时效率较高，即使是现在，这种调速方式仍然被广泛应用。考虑到其他两种调速方式都是通过电机外围设施或外电路来实现的，基本不涉及到电机本体的改变，唯有变极调速是通过电机本体的绕组结构改变实现的。作为专门讲电机绕组系列的专题文章，这里只讲变极调速的绕组结构。

2022-12-01

5580

考考你电机设计相关知识的基本功

1、电机设计中需深刻理解和掌握几个重要状态参数的概念、物理意义及其选取规律，这几个重要状态参数包括：磁负荷Bδ、线负荷A、电流密度J、热负荷AJ、电磁负荷ABδ等。其中：

2022-12-01

8230

科学瞎想系列之一四二电机绕组(18)

许多同学问一个问题，电机绕组的感应电势可以用Blv来计算，可是绕组的导体是嵌放在槽内的，而槽内的磁场B很小，几乎为0，那么用Blv来计算时，将槽内这个很小的磁密代入其中，计算出线圈的感应电势岂不是也很小，几乎为0，这显然与实际情况不符啊！是不是放在槽内的导体就不能用Blv的观点来计算了？

2022-08-30

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科学瞎想系列之一四三电机绕组(19)

上期我们讲了槽内线圈的感应电势，解答了用“Blv观点”计算槽内线圈感应电势的有关问题，明确了电机线圈中的感应电势大小与电枢开槽无关，“Blv观点”不仅适用于计算光滑电枢表面的线圈感应电势，而且也适用于计算电枢开槽后槽内线圈感应电势的计算，但用“Blv观点”计算槽内线圈的感应电势时，其中的B必须用光滑电枢时的气隙磁密值代入。与此问题类似，通电导体在磁场中会受到的电磁力的作用，电磁力的大小可用“BIL”计算。具体到电机中，如果电枢是光滑的，线圈位于光滑电枢表面，则用“BIL观点”计算线圈导体的受力，进而计算电磁转矩是非常容易理解的；如果电枢开槽，线圈的导体位于槽内，同样存在着槽内的磁密很小，“BIL观点”还是否适用的问题。如果能用，其中的B又应该用何值代入？另外同学们还经常问到一个问题，就是槽内线圈产生的电磁力是作用在槽内的导体上还是作用在铁芯上？本期就来回答这些问题！ 1 磁介质在磁场中受到的磁场力将一块磁介质(简称“磁质”)置于磁场中，就会受到磁场力的作用。在磁质的某点附近取一体积微元dV，设该体积微元所受到的磁力为dF，则定义dF/dV为该点磁质所受到的体积磁力密度，即f=dF/dV。也就是说，磁质上某点的磁力密度就是该点附近单位体积的磁质所受到的磁场力。根据相关电磁理论，磁质在磁场中所受到的体积磁力密度为： f=J×B-(1/2)H²•gradμ+f″ ⑴ 需要说明的是，上式为不失一般性的磁力密度表达式，全面考虑到了各种情况：其中第一项是考虑了磁质中包含传导电流所受到的磁场力，即通电导体在磁场中受到的磁力，也就是人们常说的“洛伦兹力”，式中：J为该点处的传导电流密度矢量；B为该点处的磁密矢量，该项表明通电导体在磁场中所受到的磁力密度为电流密度矢量与磁密矢量的叉乘，进一步推导(略)可知，如果电流方向与磁场方向垂直，则该项磁力的大小就等于BIL，作用点在载流导体上，方向可用左手定则判定；第二项是考虑了磁质中各点的磁导率分布可能不同，式中：gradμ为该点磁导率的梯度；H为该点的磁场强度，该项表明当磁质内各点的磁导率分布不均匀时，就会因各向磁阻不均匀而产生的磁力，称为麦克斯韦力，麦克斯韦力的大小与该处磁导率的梯度成正比，该项前面的负号“-”表示麦克斯韦力的方向为从μ值大处指向μ值小处；第三项 f″则表示磁质在磁场中受到应力后发生变形，于是各方向的μ值发生变化而引起的力，称为磁致伸缩力，通常在磁质内部 f″会被材料局部的弹力相平衡，属于内力，只影响磁质内部的应力分布，不影响整个磁质所受到的总合力，加之在简化的铁磁物质模型中，认为磁质变形时μ并不随之而变化，因此通常在电机中将该项忽略不计。这样在分析实际电机中的电磁力时，就只考虑前面两项——洛伦兹力和麦克斯韦力，并还可根据电机磁路的具体情况，作相应的简化。整块磁质所受到的磁场力： F=∭【V】f•dV ⑵ 式中：【V】为积分区域，即整个磁质的体积。 2 磁场通过两种不同磁介质时交界面上的磁场力对于⑴式中的第二项——麦克斯韦力，若一种磁质内部的μ为常数(处处相等)，则该磁质内部gradμ=0，这就意味着同一磁介质内部的麦克斯韦力为0，但如果磁路中存在两种磁介质，例如电机的磁路中就存在铁心与空气两种磁介质，由于铁心与空气的磁导率相差巨大，那么在铁心与空气的交界面上就存在巨大的法向磁导率梯度gradμ，因此在交界面上就会产生巨大的麦克斯韦力。因此在分析电机中的电磁力时，往往不考虑铁心内部的体积磁力密度，而只考虑两种不同介质交界面上的面积磁力密度，即磁应力，为此⑵式可写作： F=∭【V】f•dV =∬【A】σ•da ⑶ 式中：【A】为积分区域，即为包围体积【V】的闭合曲面；σ为磁应力，即单位面积上的电磁力；da为曲面A上的面积微元。根据麦克斯韦张量理论，经过一系列复杂的推导(略)，得出两种不同磁介质交界面上的磁应力： σ=(1/2μ)(Bn²-Bt²)n+(1/μ)Bn•Bt•t =σn+σt ⑷ 式中：Bn和Bt分别为交界面上法向和切向的磁密；n和t分别代表交界面上的单位法向矢量和单位切向矢量；σn和σt分别为交界面上磁应力的法向分量和切向分量： σn=(1/2μ)(Bn²-Bt²) σt=(1/μ)Bn•Bt ⑸ 3 铁心和空气交界面的磁场力如图1所示表示铁心和空气形成交界面A。设空气为介质1，μ1=μ0，空气侧的磁密为B1；铁心为介质2，μ2=μFe，铁心侧的磁密为B2；磁场为二维平行平面场。

2022-08-30

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科学瞎想系列之一四四电机绕组(20)

前面的文章主要以三相绕组为例，讲解了多相绕组的构成、电势和磁势。随着变频调速技术的发展和调速电机电机容量的增大，现代调速用的交流电机采用了更多相的交流绕组，常见的有六相、九相、甚至是十二相电机。本期就简要分析这些多相电机定子绕组构成规律及其电势和磁势。我们先以四相和六相绕组为例予以分析，然后在总结归纳这两种多相绕组构成特点的基础上，不失一般性地介绍多相绕组系统的构成规律以及它们的感应电势和磁势。

2022-08-30

1.5K0

科学瞎想系列之一四一电机绕组(17)

① 关于傅立叶分解。根据傅立叶极数有关知识，一个满足一定条件的周期函数可以分解为一个常数项和一系列不同周期(频率)的三角函数(正弦、余弦函数)项之和，其中周期最长(频率最低)的三角函数项的周期与被分解的函数周期相等，数学上常把这个周期最长(频率最低)的三角函数项称为基波；其余三角函数项的频率都是基波频率的整数倍，称其为谐波。谐波频率与基波频率之比称为谐波的次数，例如：谐波频率与基波频率之比为2的谐波称为二次谐波；谐波频率与基波频率之比为3的谐波称为三次谐波…。按照上述定义，谐波的次数均为整数。但是，在许多应用场合下，为了分析方便，而不将最低频率项作为基波，而是将需要重点分析的频率项作为基波，其余各项都作为谐波，这样就会出现低于基波频率的项，我们称之为次谐波，而且还会出现谐波的次数不是整数的情况，即出现分数次谐波。实际应用中，用哪一个频率作为基波频率，取决于分析时关注的重点和分析的简便性。由于电机主要依靠极对数为p的磁场实现机电能量转换，因此将极对数为p的磁场波称为工作波或称主波，主波的波长为2τ。在分析电机的电磁性能时，常用主波作为基波，分析起来比较方便；而在分析振动噪声时，常用一对极作为基波；在分析分数槽绕组的磁势时，还常用一个单元电机的弧长作为基波的周期。这样谐波的次数就不会出现次谐波和分数次谐波，使得计算更加简便。

2022-01-18

2.6K0

科学瞎想系列之一四〇电机绕组(16)

上期讲了绕组磁势的齿谐波和相带谐波产生的机理。本期继续进一步分析绕组磁势谐波的影响因素与谐波抑制。

2021-11-23

1.7K0

科学瞎想系列之一三九电机绕组(15)

前几期文章介绍了整数槽绕组的磁势。通过讲解我们了解到，绕组的磁势除了基波外还包括了一系列谐波，那么这些谐波磁势产生的原因是什么？机理如何？这些谐波的大小又与哪些因素有关？如何才能削弱甚至消除这些谐波呢？接下来的两期，就把这些问题掰开了揉碎了详细分析一下。本期先讲磁势谐波产生的原因和机理。

2021-10-13

1.9K0

科学瞎想系列之一三四电机绕组(11)

讲完了电势高次谐波的产生，本期讲电势高次谐波的削弱。 1 为什么要削弱电势中的高次谐波发电机电势中如果存在大量高次谐波，将使电势波形变坏，对电网造成谐波污染，供电品质恶化，产生许多不良影响。高次谐波电势的主要危害包括： ① 发电机本身附加损耗增大，效率降低，温升增高。 ② 可能引起输电线路的电感和电容发生谐振，产生过电压。 ③ 对邻近的通讯线路和设施产生干扰。 ④ 对并网运行的异步电动机产生有害的附加转矩和损耗，进而使电动机的起动和运行性能恶化。 ⑤ 对包括发电机本身在内的所有并网运行的电机，乃至其它用电负载产生振动和噪声。正因为电势高次谐波存在以上危害，相关标准和规范中都对电机的端电压波形及其高次谐波含量进行了限制，主要指标有两个：一是空载电压(反电势)的正弦畸变率(Ku)；二是电话谐波因数(THF)。两个指标的定义为： Ku=(∑Un²)^½/U1•100% ⑴ 式中：U1为基波电压有效值；Un为n次谐波电压有效值。 THF=[∑(λn•Un)²]^½/U•100% ⑵ 式中：U为线电压有效值；Un为线电压中n次谐波电压有效值；λn为n次谐波权衡系数，该系数是综合考虑电力线路对电话通讯线路的各方面干扰因素和人耳听觉等因素而实验确定的，见表1。

2021-08-05

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