圆筒型永磁直线同步电机矢量控制系统仿真

针对圆筒型永磁直线同步电机(TPMLSM),提出了一种基于空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)的矢量控制系统,采用速度、电流双闭环的控制方案,实现对TPMLSM的控制,并进行了仿真研究。Magnet建立TPMLSM有限元模型,Simulink构建基于SVPWM的双闭环矢量控制系统,利用Magnet与Simulink联合仿真接口,建立Magnet与Simulink联合仿真模型。仿真结果表明所采用的控制方法正确可行,控制系统具有良好的控制性能。

超声机床无接触供电装置结构参数对感应耦合系数影响研究

针对超声加工机床用无接触电能传输系统,提出一种具有新型铁心拓扑结构的旋转变压器,借助有限元法分析了变压器铁心的主要结构参数及初、次级绕组布置方式对旋转变压器耦合性能的影响。并通过互感电路模型对其所需的补偿电路参数进行计算。仿真结果表明,采用该新型铁心拓扑结构可较为明显地提高旋转变压器的耦合系数,而其功率因数和输出特性可通过合理的补偿措施进一步提高,从而改善整个无接触供电系统的性能。

分数槽集中绕组永磁同步直线电机磁场解析计算

分数槽集中绕组永磁同步直线电机(Fractional-slot Windings Permanent Magnet Synchronous Linear Motors,FW-PMSLM)采用端部不重叠的集中绕组,具有磁阻力小、推力波动小、端部绕组短、用铜材料省、损耗小等优点,适合于长行程、高精度驱动场合。本文以15槽16极FW-PMSLM为例,考虑电枢电流分布函数和永磁体电流密度等效,建立分层解析模型。运用傅氏级数法推导出气隙和磁极区域中磁场的解析公式,分析FW-PMSLM电枢磁场和励磁磁场的分布。针对传统卡氏系数法在计算FW-PMSLM磁场的不足,提出采用分布卡氏系数函数来计及铁心开槽对分数槽电机磁场的影响,将解析分析与有限元分析结果进行比较,验证本文所提分布卡氏系数函数法解析求解FW-PMSLM磁场的有效性。利用该方法分析不同极弧系数、不同初级齿宽以及不同气隙长度时的电机推力以及这些因素对推力解析计算精度的影响,利用不同气隙下的实验结果验证推力解析计算精度。为分数槽永磁直线电机的工程计算和优化设计提供依据。

表面-内置式永磁转子同步电机等效磁路法特性分析

针对有限元法计算分析电机的复杂性和耗时长等特点,采用等效磁路法分析一种表面-内置式永磁转子同步电机工作特性。建立电机开路状态表面式与内置式永磁体串并联励磁结构等效磁路模型,根据表面-内置式永磁转子磁路结构特点,得到开路状态简化等效磁路模型,计算电机励磁磁场分布、电枢绕组反电势和磁通链;分别建立电机电枢反应下直轴和交轴简化等效磁路模型,求解电机负载磁场分布、电枢反电势和输出电磁转矩;建立电机有限元模型,分析求解电机开路和负载状态电磁特性;建立试验平台,进行试验样机空载和负载测试试验。对比分析简化等效磁路模型、有限元模型计算结果和试验样机测试结果,验证了所提出的等效磁路模型的正确性与合理性。

实验教学中实施创新创业教育初探

根据高校"创新创业教育"理念以及实验教学的现状,本文从加强对实验教学的重视、设立多层次多类型科研计划、培养学生的主观能动性和自主学习能力以及提高教师综合素质五方面,对实验教学创新创业教育改革进行初步探索。

永磁同步直线电机的粒子群PID空间矢量控制

由于永磁同步直线电机(PMLSM)在运行过程中存在着参数变动和负载干扰等问题,因此传统PID控制器无法满足高精度伺服控制系统的要求。针对以上问题,提出一种基于粒子群参数全局寻优的在线自整定PID控制器,并通过MATLAB/Simulink对永磁同步直线电机和其空间矢量控制系统进行建模和仿真实验。仿真结果表明,采用粒子群优化算法的PID控制系统在指定速度1 m/s和加入200 N的负载时,比传统PID控制器具有更好的动态响应性能,能有效抑制推力波动而且对负载扰动具有很强的鲁棒性,其实验结果也证明了其可行性和有效性。

两自由度直驱电机的研究现状及发展

两自由度直驱电机具有直接驱动的特点,即不需要中间传动机构即直接驱动负载作直线、旋转或螺旋运动,大大减小设备体积,显著提高效率。两自由度直驱电机在需要复杂运动的动力系统如数控机床、机器人、雕刻机、汽车生产线、搅拌机、球形阀等设备中,具有非常广阔的应用前景,受到学术界和工业界的广泛关注。目前典型的两自由度直驱电机大都属于感应电机、永磁电机或磁阻电机类型。设计理论采用"场化路"的解析法或有限元法,建立数学模型以及求解电磁场方程分析。本文通过参考国内外最新文献,分析了两自由度直驱电机的设计理论、控制方法和应用技术等方面的研究现状及发展概况,针对现有两自由度电机技术,提出一种新型的两自由度直驱感应电机(2-DOF DAIM)拓扑结构,阐述其工作原理及优点,讨论了未来两自由度直驱电机的发展方向。

Halbach交替极永磁同步直线电机特性分析

提出一种Halbach交替极永磁同步直线电机(HCP-PMLSM),利用有限元法对隐极、交替极和Halbach交替极三种次级结构永磁同步直线电机的空载电动势、电磁推力、磁阻力及推力波动等电磁特性进行计算与对比,并优化了HCP-PMLSM的磁极尺寸,以进一步提高其推力。针对HCP-PMLSM推力波动偏大的问题,提出一种次级双边错齿结构HCP-PMLSM对推力波动进行抑制,并分析了HCP-PMLSM的自感、反电动势、推力和推力波动等电磁特性。最后,制作了双边错齿结构HCP-PMLSM样机,并进行了实验,实验结果验证了理论分析的正确性。

一种表面-内置式永磁转子同步电机三维全域温度场分析

针对表面-内置式永磁转子同步电机(SIPMSM)具有结构紧凑和功率密度高的特点,准确计算SIPMSM各部件的温度分布非常重要。采用电磁场-温度场耦合分析的方法对SIPMSM的三维全域温度场进行计算。建立SIPMSM的电磁场和温度场有限元模型,分析在同步运行速度下负载和永磁体退磁对SIPMSM三维全域温度场的影响,也分析了在额定负载下运行速度对SIPMSM三维全域温度场的影响。通过仿真与实验结果的对比分析,验证了样机模型的合理性和计算结果的正确性。

异步起动表面-内置式永磁转子同步电机特性分析及优化

提出一种异步起动表面-内置式永磁转子同步电机(LSSIPMSM),LSSIPMSM通过定子旋转磁场和转子起动铜层间的相互作用产生异步起动转矩。采用解析和有限元法相结合的方法对LSSIPMSM进行性能分析及关键参数优化,研究了起动铜层厚度、永磁体厚度等参数对起动性能和同步运行性能的影响,从而确定最优的铜层厚度和永磁体厚度。建立LSSIPMSM的电磁场有限元模型,分析LSSIPMSM在永磁体不同退磁状况下的起动性能和同步运行性能,并通过三维温度场有限元模型分析了不同退磁状况下的温度场分布。通过仿真结果的对比分析,验证了LSSIPMSM具有较好的动态性能和稳态性能。

一种永磁同步电机电流直接反馈矢量控制

为了避免经典矢量控制的复杂坐标变换,提出一种通过电流直接反馈而消去Clarke坐标变换的简化矢量控制方法,并在永磁同步电机(PMSM)的控制中进行研究。搭建简化的基于电机定子电流直接反馈的矢量模型(M2)和基于转子磁场定向电流直接反馈的矢量控制系统(M3)。通过仿真与经典矢量控制系统(M1)进行对比分析研究,仿真结果表明:M2和M3均具有经典模型M1的特性,而且M2在启动、变负载、变转速情况下均具有最快的响应速度,因而适合于对响应速度有严格要求的场合;M3的响应速度较慢,但其转速、转矩的动态超调最小,稳态性能也较好。综合以上分析可知,改进的电流直接反馈矢量控制较经典模型不仅略去了Clarke坐标变换,而且其速度和转矩响应均有所改善,使系统性能得到提高。

永磁电机齿槽转矩综合抑制方法研究现状及展望

由于永磁电机固有的结构特点,存在齿槽转矩,影响电机的低速性能和高精度定位。系统阐述了永磁电机齿槽转矩的研究现状,分析了齿槽转矩的产生机理和分析计算方法,归纳总结了齿槽转矩抑制方法,深入分析了各种方法的优缺点和适用场合,最后展望了永磁电机齿槽转矩的研究重点、难点以及研究方向。

表面-内置式永磁转子同步电机多目标优化设计

针对表面-内置式永磁转子同步电机(SIPMSM)优化目标多并且彼此之间相互制约的特点,引入一种统计学方法——田口法实现SIPMSM的多目标优化设计。选取齿槽转矩、电磁转矩波动、转矩永磁体质量比和力能指标等特性作为优化目标,并确定了对目标特性影响较大的优化参数和参数影响因子取值范围。建立参数影响因子和优化目标的实验正交矩阵,利用有限元法进行求解,分析参数的影响因子对SIPMSM目标性能的影响比重,从而确定使SIPMSM综合性能最佳的参数组合。通过对比优化前后的目标特性,结果表明优化后SIPMSM的综合性能得到极大的提高。

两自由度直驱感应电机优化设计及特性分析

针对两自由度驱动技术多采用两个或者多个旋转电机以及中间传动装置的复杂性,提出一种两自由度直驱感应电机新结构,可以实现直线、旋转及螺旋运动。采用解析算法,初步确定电机的主要参数;采用有限元参数化建模方法对实心转子导电材料、导电层放置位置以及导电层厚度等进行优化。仿真结果表明,转子采用钢铜复合次级材料,钢层外置铜层内置时,电机运行特性最佳。分析了旋转运动部分和直线运动部分堵转(堵动)及突加负载情况的电机特性,分析结果表明该电机性能达到设计要求。

转子材料和气隙对实心转子直线弧形感应电机性能影响

做直线运动、旋转运动或螺旋运动的两自由度直驱电机在机械工具、机器人等领域有广阔的应用前景。研究了一种两自由度直驱感应电机的旋转运动部分的转子导电材料和气隙对电机性能的影响,采用传统电磁设计理论和有限元相结合的方法确定实心转子弧形感应电机的参数,并且提出了设计过程中的两个关键因素,分析了转子材料和气隙厚度对实心转子弧形感应电机性能的影响。通过应用不同转子导电层材料和气隙厚度进行计算机仿真,得到在空载及负载条件下运行的转速曲线和转子损耗曲线。结果表明:在使用钢铜复合次级材料时转速波动较小,转子损耗较小;在一定范围内,气隙厚度越大,电机的转速波动越小,转子损耗越小。

表面-内置式永磁转子同步电机的永磁体优化

针对表面-内置式永磁转子同步电机的结构特点,采用有限元法对表面-内置式永磁转子同步电机的表面式永磁体进行优化。建立表面-内置式永磁转子同步电机不同充磁方式和结构的有限元模型,计算其瞬态磁场,研究额定负载下的气隙磁密分布。分析其不同充磁方式和结构对空载反电势正弦特性、齿槽转矩、转矩波动和功率因数的影响,求解出表面-内置式永磁转子同步电机最佳的充磁方式和结构。分析结果表明,优化后的表面-内置式永磁转子同步电机的性能得到有效改善。

分数槽低速大转矩永磁同步电机设计

设计了一种30槽32极分数槽低速大转矩永磁同步电机(FS-PMSM),分数槽绕组采用上下左右四层绕线方法,突破了常规的单、双层绕组方法,通过有限元方法对电机电磁转矩进行分析,发现选择合适的槽电势偏移角不但可以增加一定的电磁转矩,而且可以有效减小转矩波动。在综合考虑电机转矩性能和气隙磁密正弦性的基础上,采用钕铁硼永磁与铁氧体永磁相结合的方法,对电机转子磁极结构进行优化,减少了钕铁硼永磁体的用量,降低了电机造价;对空载反电势进行谐波分析,优化后的磁极结构能减少反电势中的谐波含量。对电机进行二维动态仿真,结果表明方案设计合理,能够表现良好的性能,对此类电机设计与优化具有较高的参考价值。

直驱永磁同步电机均匀退磁性能分析和故障诊断

均匀退磁是永磁同步电机的一种常见退磁故障类型,通过对永磁体不同退磁程度下的电机性能的分析,提出了反电动势(Back-EMF)回转半径法来诊断直驱永磁同步电机(DDPMSM)均匀退磁故障。利用时间延迟嵌入(TDE)技术得到其反电动势的差分相空间图形的坐标数据,并建立了反电动势回转半径的模型。对一台不同运行速度和不同故障程度下的DDPMSM反电动势回转半径进行了仿真计算,得出退磁故障程度与回转半径成线性关系,并用最小二乘法拟合了退磁程度与回转半径和速度相关的数学方程。仿真结果证明,所提出的DDPMSM均匀退磁故障诊断方法的可行性和有效性。

表面-内嵌式电机永磁体设计及特性分析

针对表面式永磁电机具有弱磁调速范围小,功率密度低;内嵌式永磁电机存在转矩脉动大,漏磁凸出缺陷,本文提出一种新型表面-内嵌永磁转子同步电机新结构。在满足永磁同步电机的性能达到最优的条件下,建立电机的有限元模型,分析了改变永磁体的极弧系数和磁化方向的等方式对电机转矩波动、效率、功率因数等性能的影响,比较分析得出比较合理永磁体情况下的新型混合式永磁同步电机模型。

数值解析混合法分析永磁直线同步电机性能

针对数值法或解析法研究永磁直线同步电机(permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)性能时存在的不足,采用数值解析混合法研究PMLSM磁场,把电机的磁场划分区域,针对各区域特点分别采用纯解析法和数值法,气隙区包括永磁体无网格剖分,采用解析法获得此区的磁场解析表达式;初级齿槽区采用有限元法研究电枢不同励磁形式、齿槽及端部半填槽对磁场的影响。解析和有限元法通过两者的边界条件相耦合,建立并求解电机的磁场,获得空载电势与磁链参数,分析工作在SPWM-VI下PMLSM的动态性能,提出PMLSM空载电势实验的一种新方法,仿真和实验结果进行比较分析,验证了数值解析混合法分析PMLSM性能的正确性及快速性。