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控制棒驱动机构用电磁轴承本体电磁结构设计研究

于天达 彭航 吴昊 杜华 李维 唐健凯 宋立伟

于天达, 彭航, 吴昊, 杜华, 李维, 唐健凯, 宋立伟. 控制棒驱动机构用电磁轴承本体电磁结构设计研究[J]. 核动力工程, 2021, 42(5): 206-212. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.05.0206
引用本文: 于天达, 彭航, 吴昊, 杜华, 李维, 唐健凯, 宋立伟. 控制棒驱动机构用电磁轴承本体电磁结构设计研究[J]. 核动力工程, 2021, 42(5): 206-212. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.05.0206
Yu Tianda, Peng Hang, Wu Hao, Du Hua, Li Wei, Tang Jiankai, Song Liwei. Study on Electromagnetic Structure Design of Electromagnetic Bearing Body for Control Rod Drive Mechanism[J]. Nuclear Power Engineering, 2021, 42(5): 206-212. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.05.0206
Citation: Yu Tianda, Peng Hang, Wu Hao, Du Hua, Li Wei, Tang Jiankai, Song Liwei. Study on Electromagnetic Structure Design of Electromagnetic Bearing Body for Control Rod Drive Mechanism[J]. Nuclear Power Engineering, 2021, 42(5): 206-212. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.05.0206

控制棒驱动机构用电磁轴承本体电磁结构设计研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2021.05.0206
详细信息
    作者简介:

    于天达(1985—),男,高级工程师,现从事反应堆结构设计研究工作,E-mail: yutianda2008@163.com

  • 中图分类号: TL351+.5

Study on Electromagnetic Structure Design of Electromagnetic Bearing Body for Control Rod Drive Mechanism

  • 摘要: 电磁结构设计是控制棒驱动机构用电磁轴承本体设计的核心环节。为了获得合理的电磁结构,针对不同磁通分布形式进行了电磁结构选型,建立了用于电磁分析的解析模型和有限元模型;然后采用有限元仿真分析的方法确定了电磁轴承的工作点,并对电流刚度和位移刚度等电磁轴承关键性能参数进行了深入分析研究;最后采用有限元仿真分析结果与解析计算结果对比的方式进行了互算验证。验证结果表明,控制棒驱动机构用电磁轴承本体电磁结构设计合理,各项性能指标均可满足设计要求。

     

  • 图  1  技术路线

    Figure  1.  Technology Roadmap

    图  2  径向电磁轴承结构型式

    Figure  2.  Structure of Radial Electromagnetic Bearing

    图  3  定子铁芯剖面图

    Figure  3.  Profile of Stator Core

    图  4  有限元模型

    Figure  4.  Finite Element Model

    图  5  磁极布置方式

    Figure  5.  Magnetic Pole Arrangement

    图  6  不同偏置磁动势下的力-电流曲线

    Figure  6.  Force vs. Current Curves under Different Bias Magnetic Motive Forces (MMFs)

    图  7  不同偏置磁动势下电流刚度变化趋势

    Figure  7.  Current Stiffness Trending under Different Bias MMFs      

    图  8  不同偏置磁动势下的力-位移曲线

    Figure  8.  Force vs. Displacement Curves under Different Bias MMFs

    图  9  转子处于平衡位置磁力线分布图及磁通密度云图

    Figure  9.  Diagram of Magnetic Field Line Distribution and Magnetic Flux Density Cloud When Rotor is in Balance Position

    图  10  电磁力-电流曲线

    Figure  10.  Electromagnetic Force vs. Electric Current Curve

    图  11  不同控制电流气隙磁通密度的周向分布

    Figure  11.  Circumferential Distribution of Air Gap Magnetic Flux Density under Different Control Currents

    图  12  工作区气隙磁通密度随控制电流变化曲线

    B1—正向气隙磁通密度;B2—负向气隙磁通密度

    Figure  12.  Variation Curve of Air Gap Magnetic Flux Density with Control Current in Working Area

    图  13  不同转子偏移量下力-电流曲线

    Figure  13.  Force vs. Current Curves under Different Rotor Offsets    

    图  14  转子发生偏移磁力线分布图及磁通密度云图

    Figure  14.  Diagram of Magnetic Field Line Distribution and Magnetic Flux Density Cloud When Rotor Offset Cccurs

    图  15  电磁力-位移曲线

    Figure  15.  Electromagnetic Force vs. Electric Current Curve

    图  16  不同控制电流下力-位移曲线

    Figure  16.  Force vs. Displacement Curves under Different Control Currents

    图  17  电磁力计算结果对比

    Figure  17.  Comparison of Electromagnetic Force Calculation Results

    表  1  参数化扫描设置

    Table  1.   Parametric Sweep Settings

    变量下限值上限值步长
    ix/A−220.5
    dx/mm−0.30.30.1
    下载: 导出CSV
  • [1] 于天达,杨方亮,陈西南,等. 控制棒驱动机构用同步磁阻电机低速运转平稳性研究[J]. 机械设计与制造工程,2016, 45(12): 91-96. doi: 10.3969/j.issn.2095-509X.2016.12.022
    [2] 邓强,彭航,谢细明,等. 基于多学科协同仿真的控制棒驱动机构动力学分析研究[J]. 核动力工程,2019, 40(S2): 78-81.
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-08-11
  • 修回日期:  2021-03-09
  • 刊出日期:  2021-09-30

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