屏蔽電機主泵是第三代核反應堆中的關鍵設備，其轉子穩定性至今仍存在問題，已成為核電發展的技術瓶頸。位于主泵轉子與定子屏蔽套間的間隙流動具有特殊的幾何比例和運行條件，用于分析此類間隙流動的傳統理論模型在運用到屏蔽電機主泵時遇到了困難，需要建立新的模型以更準確描述間隙流動的動力特性。間隙流動受入口預旋等多因素影響，各因素綜合作用規律尚不明確。同時，間隙流動的傳熱特性直接影響其動力特性和整機的溫度分布情況。本課題擬通過理論分析、數值模擬和實驗研究相結合的方法，探索間隙流動的流動規律，研究多種因素對間隙流動的動力特性的影響，研究間隙流動傳熱特性，建立準確描述間隙流動動力特性的理論模型和分析方法，揭示間隙流動與轉子系統的相互作用機理與耦合動力學特性，掌握間隙流動對轉子系統穩定性的影響規律，為屏蔽電機主泵轉子系統穩定性設計和安全運行提供科學依據。

屏蔽電機主泵是核動力裝置一回路的核心設備，是反應堆的心臟，其安全穩定運行是反應堆安全的保障。準確的轉子動力學分析結果和快速準確的優化設計方法對屏蔽電機主泵轉子系統設計至關重要。為了使屏蔽電機主泵的轉子動力學特性和安全性能得到準確的分析和預測，有必要對屏蔽電機內部的間隙流動以及間隙的設計方法進行系統性的研究。 本研究主要包括間隙流動流動特征研究，多因素影響下間隙流動動力特性研究，間隙流動傳熱特性研究，及屏蔽電機主泵間隙流動-轉子耦合動力特性研究四個部分。研究發現屏蔽電機主泵轉定子間隙流動會給系統帶來較大的負剛度（約為軸承的10%）和附加質量，該間隙流動的存在增大了軸承負載并降低了轉子系統的臨界轉速（下降約18%）。 通過基礎研究，項目組提出了屏蔽電機主泵轉定子間隙以及飛輪間隙的設計方法，填補了國內在該領域的空白，能為后續大型屏蔽電機主泵的轉子系統設計及海洋核動力平臺所需的屏蔽電機主泵的設計提供堅實的技術支撐。 2100433B

《風電并網對電力系統穩定性的影響與控制》內容主要介紹雙饋感應風電并網對電力系統穩定性影響與控制，構建了雙饋感應風電機組以及控制部分的數學模型，在此基礎上分析了不同類型風力發電機并網對電力系統穩定性的影響，研究了相關控制器、FACTS裝置等控制策略對風電并網后互聯系統穩定性的改善。各章節都基于算例系統進行了研究分析，得到了一些有益的結論。《風電并網對電力系統穩定性的影響與控制》既反映了風電并網對電力系統穩定性影響與控制的新技術、新成果、新趨勢等前瞻性內容，又與實際相結合，為我國風力發電技術的不斷突破提供了一定的理論依據與技術基礎。

轉子齒數研究背景

永磁電機與電勵磁式電機相比，結構簡單，運行可靠性高，維護成本相對較低。永磁體提供磁動勢使得永磁電機的功率密度比傳統電勵磁電機的功率密度高。同時，永磁電機沒有勵磁繞組，可以有效減小電機的銅耗。因此，永磁電機在工業各個領域有著廣泛的應用。現有永磁電機多采用轉子永磁式結構，將永磁體貼于轉子表面或內嵌于轉子中提供旋轉磁場。根據不同的應用場合決定永磁體的放置方式。由于轉子式永磁結構使永磁體處于運動狀態，導致永磁體對轉子有較大的離心力，這對永磁體的安裝和固定提出了更高的要求；其次，轉子旋轉過程中溫升過高，對永磁體的工作造成影響，嚴重時會使得永磁體發生不可逆退磁。磁通切換電機可以解決傳統永磁電機存在的問題。其永磁體和電樞繞組均置于定子側，避免了轉子離心力和溫升過高對永磁體造成的影響。磁通切電機的聚磁效應使其功率密度比普通永磁電機功率密度高，在電動汽車和航空等領域有著較好的應用前景。研究在傳統磁通切換電機的基礎上，提出一種新型的混合充磁的磁通切換電機，并分析全了不同轉子齒數對磁鏈和反電動勢的影響。為便于比較，以12/10型和12/11型混合充磁式磁通切換電機為研究對象。

轉子齒數拓撲結構和運行原理

研究提出的混合充磁式磁通切換電機的定子側結構如圖3所示。定子結構依舊采用U形定子軛，相鄰U形定子軛之間嵌有切向充磁永磁體；與普通徑向磁通切換電機相比，混合充磁式磁通切換電多了沿徑向充磁的永磁體和徑向永磁體外側的環形定子軛。

在沒有徑向充磁永磁體時，電機為傳統徑向結構的磁通切換電機，其定子及定子中的磁路如圖4所示。圖4中的切向磁路即為磁通切換電機定子側的主磁路。由于U形定子軛外部漏磁的存在，使得電樞繞組匝鏈的主磁鏈減少，其感應電動勢也會相應減小。

研究所提的混合充磁式磁通切換電機的定子側中的磁通路徑如圖5中(a)所示，電機的磁力線分布如圖5中(b)所示。其中切向磁路由切向充磁永磁體產生，是混合充磁式磁通切換電機的主磁路；徑向磁路由徑向永磁體產生，作為輔助磁路，主要有兩個作用：一是可以在一定程度上減小定子外側的漏磁通，使切向充磁的永磁體得以充分利用；二是切向磁路的存在增加U形定子軛中的磁通密度，進而U形定子齒中與電樞繞組匝鏈的磁鏈增加。

轉子齒數研究結論

提出了一種混合充磁式磁通切換電機，分析了其拓撲結構的特征，基于有限元計算方法對比分析了12/10型和12/11型電機的磁鏈和反電動勢，得到如下結論：

1)混合充磁式磁通切換電機的繞組結構具有互補性；

2)轉子齒數的變化會改變一相電樞繞組中各個繞組的相位差，改變了磁鏈中各次諧波之間的相位差，進而對電機的諧波特性造成影響；

3)轉子齒數的變化會導致一相電樞繞組匝鏈的磁鏈幅值變化，進而影響電機的功率密度；

4)為了充分利用磁通切換電機繞組的互補性，轉子齒數改變時，電樞繞組的排列方式也需要作適當調整。 2100433B