非理想运行条件下双馈感应发电机转矩脉动抑制方法综述

在非正弦和不平衡运行条件下,双馈感应发电机会面临显著的转矩脉动问题,严重威胁系统的安全稳定运行,因此有必要采取转矩脉动抑制措施。近些年,诸多学者针对该问题进行了广泛研究,并取得了一系列的科研成果,但鲜有对其进行总结归纳的文献。为此,该文首先介绍了双馈感应发电机系统结构,分析了非正弦和不平衡运行条件下转矩脉动成因,并明确了转矩脉动抑制的主要目标。其次,从硬件结构改进法和控制策略改进法两方面对现有技术方案进行归类总结,并从七个维度进行综合对比分析。最后,从软硬件协同抑制、参数鲁棒性提升、谐波损耗抑制和故障穿越四个方面对双馈感应发电机转矩脉动抑制方法的未来发展趋势进行了展望。

基于矢量控制的电励磁双凸极电机失磁容错运行转矩脉动抑制策略

电励磁双凸极电机(doubly salient electro-magnetic machine,DSEM)在航空和电动汽车等领域具有广阔的应用前景,这些领域对可靠性有更高的要求。DSEM通过励磁绕组实现他励,其励磁故障是影响DSEM电动运行可靠性的重要方面。针对DSEM驱动系统的励磁故障,该文提出一种基于矢量控制的DSEM失磁容错运行转矩脉动抑制策略。首先,根据瞬时功率不变原则建立DSEM失磁后极坐标系下的转矩数学模型,该模型建立磁阻转矩与电流矢量的幅值和相角之间的关系。随后,基于该模型,以铜耗最小化为目标确立电流矢量的相角,通过控制电流矢量的幅值抑制转矩脉动,将所得的电流矢量变换后得到三相参考电流,进行闭环控制。最后,针对1台18/12极DSEM,通过实验验证所提方法的可行性和有效性。

基于恒转矩控制的磁阻型球形电机转矩脉动抑制研究

与永磁球形电机不同,磁阻型球形电机的设计灵感来源于开关磁阻电机,双凸极结构的存在会导致它产生较大的转矩脉动,从而影响电机的稳定运行。为了抑制磁阻型球形电机的转矩脉动,从控制角度出发,提出一种恒转矩控制方法,通过对其自旋、倾斜和任意方向运动的分析研究,实现了磁阻型球形电机在自旋、倾斜和任意方向运动时的转矩脉动抑制。主要工作如下:首先,分析磁阻型球形电机的运动过程与通电情况,提出一种求解驱动电流的方法——转矩电流拟合多项式法;然后利用恒转矩控制方式实现了对磁阻型球形电机自旋、倾斜和任意方向运动时的转矩脉动抑制;最后,分别通过仿真和试验对不同位置的转矩脉动抑制进行了验证,验证结果表明了所研究方法的有效性。

多扇区插值预测算法的BLDCM转矩脉动抑制策略

无刷直流电机具有高可靠性、高效率等优点,但由于自身结构特点以及驱动特点,在运行过程中会产生较大的转矩脉动。针对该运行问题,构造了一种新型电压矢量扇区划分开关表,用于无刷直流电机的直接转矩控制。区别于传统的直接转矩控制只对电机电压矢量进行六扇区划分,提出将传统的扇区开关表扩展为十二扇区的方法。该策略通过将电压空间扩展为十二个扇区后,对应的有效电压矢量也增加至十二个,这使得转矩在每个扇区内可以选择更精准的电压矢量。改善了换相区域内电压矢量选择不准确所造成的转矩脉动这一问题,并通过生成三维插值特性曲线验证。最终实现电机控制性能的提高,达到高效率的直接转矩控制策略目的。最后,将该方案在仿真软件上进行测试,结果验证了所提出策略的准确性、有效性。

结构优化与直接瞬时转矩控制下的开关磁阻电机转矩脉动抑制

绕组换相时的转矩跌落是造成开关磁阻电机转矩脉动大的主要原因之一。针对该问题,本文在分析普通开关磁阻电机转矩脉动成因的基础上,研究了一种结构性优化与直接瞬时转矩控制相结合的转矩脉动抑制方法。通过增设内定子以及辅助绕组,构造一种周向错角开关磁阻电机,由内定子上的辅助绕组提供辅助转矩,以补偿外定子上主绕组在换相期间的转矩跌落。之后设计了直接瞬时转矩控制策略,根据转矩偏差信号以及扇区信号来直接切换功率变换器的工作模式,具有快速响应和转矩精确控制的优点。最后,在场-路耦合联合仿真环境下,搭建该电机六相绕组的直接瞬时转矩控制电路,对比分析了启动、加减速以及增、卸负载三种工况下的转矩特性以及转速特性。仿真结果表明,改进后的电机具有很好的转矩脉动抑制功能,且运行特性良好。

无刷直流电机转矩脉动抑制策略的仿真研究

无刷直流电机(Brushless Direct Current Motor,BLDCM)作为一种广泛使用的电机装置,在换相过程中会造成母线电流波动,产生较强的转矩脉动,影响电机运行稳定性。本文对无刷直流电机产生换相转矩脉动和续流转矩脉动的原因进行分析,针对采用传统PWM调制出现的换相转矩脉动和续流转矩脉动过大的问题,采用了一种基于传统PWM调制优化后的改进型PWM调制策略,该调制策略能够有效的抑制换相转矩脉动和续流转矩脉动。MATLAB/Simulink仿真结果表明改进型PWM调制策略和传统的PWM调制相比在转矩脉动抑制上有更加优良的表现。

自适应回路在压裂泵流体脉动抑制中的应用

针对液压驱动式压裂泵流体脉动问题,分析了其脉动机理,通过对基于蓄能器-增压缸组合的传统脉动抑制回路进行理论研究,提出了一种基于蓄能器-增压缸组合的自适应脉动抑制方法,并对自适应脉动抑制特性进行理论分析,研究了系统稳态压力等参数的变化对其脉动抑制效果的影响。利用MATLAB/Simulink软件建立脉动抑制回路数学模型,对两种抑制方法进行对比仿真研究,结果表明:相比较基于蓄能器-增压缸组合的脉动抑制方法,自适应方法具有更好优的抑制效果,其脉动压力幅值是传统方法的45%~86%左右,且具有一定的自适应性、良好的稳定性和灵活性。

基于转矩分配函数的开关磁阻电机转矩脉动抑制研究

传统开关磁阻电机转矩脉动抑制方法直接进行开关角寻优未对抑制区间进行划分,造成电机转矩脉动抑制效果较差。提出基于转矩分配函数的开关磁阻电机转矩脉动抑制研究。通过划分抑制区间,提高转矩的稳定性和可靠性,基于转矩分配函数进行开关角寻优,实现开关磁阻电机转矩脉动抑制。实验结果表明该方法转矩返回率较低,对于抑制转矩脉动具有一定的效果。

一种合成电流控制的无刷直流电机转矩脉动抑制系统

具有非换相相电流反馈的无刷直流电机的传统双闭环调速系统,因非理想梯形波反电势和非理想方波相电流存在较大转矩脉动,该文引入正比于瞬时转矩的合成电流变量,并推导出每个扇区下的合成电流与非换相相电流之间的关系式,通过控制所需合成电流的对应非换相相电流,达到抑制转矩脉动的目的。此外,为了减小换相转矩脉动,采用一种基于PWM-on的新型调制方式。该调制方式在换相期间,三相将进行配合调制,通过计算给每一相分配不同的调制占空比,使开通相和关断相的电流变化率相等。所提转矩脉动抑制方法通过相应的Matlab仿真和数字信号处理驱动实验,验证了其可行性和有效性。

基于鲁棒迭代学习控制的永磁同步电机转矩脉动抑制

为了提高永磁同步电机转速伺服系统的性能,抑制转矩脉动对控制系统的影响,提出了滑模控制与迭代学习控制相结合的鲁棒迭代学习控制方法(RILC)。设计了迭代学习控制器抑制周期性转矩脉动,提出了滑模控制器提高系统的抗扰动性能,保证系统强鲁棒性及响应快速性。实验结果显示,电机以900r/min的速度运行时,采用鲁棒迭代学习控制可将速度脉动6次谐波幅值由0.89降低到0.56;加入0.5N·m的负载扰动后,转速波动最大值为22r/min,比PI-迭代学习控制法得到的值减小了1.8%。电机以60r/min运行时,采用鲁棒迭代学习控制可将速度脉动6次谐波幅值由4.87降低到0.45;加入0.5N·m的负载扰动的,转速波动最大值为24r/min,比PI-迭代学习控制法得到的值减小了23%。得到的结果表明,鲁棒迭代学习控制方法可有效抑制转矩脉动,同时可提高永磁同步电机转速伺服系统的鲁棒性和动态响应性能。

风力机的风剪塔影模拟及功率脉动抑制

为了开展风机变流器的实验室模拟研究,设计基于双馈发电机的动态风机模拟器,提出一种在发电机侧进行转矩指令动态补偿的模拟方案,并建立整个双馈风力发电系统对拖模拟平台。对风机的风剪、塔影效应进行定量的分析与模拟,详细地研究由于风剪、塔影效应引起的三次转矩脉动量对双馈风力发电系统的影响。提出一种发电机侧转矩脉动抑制的控制策略,对三次转矩脉动量进行抑制。仿真和实验结果证明了控制策略的有效性和可行性。

无刷直流电动机双闭环调速系统的转矩脉动抑制研究

主要阐述了具有速度/电流双PI控制器的无刷直流电动机(BLDCM)调速系统的转矩脉动抑制技术。传统无刷直流电动机双闭环调速系统因非理想梯形波反电动势和非理想方波相电流存在较大的转矩脉动,为此,提出一种相电流整形和新半桥PWM方式相结合的方法。其中,基于线反电动势常数的相电流整形技术能够解决因非理想梯形波反电动势引起的转矩脉动,通过分析相电流换相过程得到的新半桥PWM方式能够解决因非理想方波相电流引起的换相转矩脉动。通过四象限运行时的Matlab仿真和DSP驱动实验,验证了所提双闭环调速系统的转矩脉动抑制方案的可行性和有效性。

SRM转矩脉动抑制的控制策略分析

开关磁阻电机运行中转矩脉动比较明显,由此引起的电机噪声及转矩波动制约了其在高性能控制领域的应用。优化电机的结构设计及采用合适的控制技术是抑制开关磁阻电机转矩脉动的2种主要方法。在对开关磁阻电机转矩脉动产生机理分析的基础上,从控制的角度综述了开关磁阻电机转矩脉动抑制的若干解决方案的要点,分析了各种控制方法的优缺点,从而对进一步研究提出建议。

开关磁阻电机转矩脉动抑制技术

利用直接转矩控制技术对开关磁阻电机的转矩脉动可以进行有效抑制。开关磁阻电机双凸结构和磁路的严重饱和所造成的严重非线性,导致其固定参数在常规控制下不能很好适应工况变化,且带来转矩脉动较大的问题。针对这一问题,提出一种基于模糊PI建立开关磁阻电机直接转矩模型的方法来提高系统动态响应,并抑制转矩脉动。通过精确建立开关磁阻电机的非线性模型,以及使用有限元仿真软件分别计算出电机的磁链、电感和转矩的静态特性,搭建了开关磁阻调速系统的非线性数学模型。仿真与实验结果表明,该调速系统具有良好的动、静态性能,改善了转矩失控现象,有效降低了转矩脉动,同时提高了控制系统稳定性。

基于DITC的开关磁阻电机转矩脉动抑制仿真研究

基于直接瞬时转矩控制(DITC)理论,介绍了开关磁阻电机的DITC方法及其数学模型,并在此基础上,采用Matlab/Simulink进行了开关磁阻电机DITC系统转矩脉动抑制的仿真研究。仿真结果表明DITC控制结构简单、不需要进行电流控制,直接从参考转矩和当前输出转矩进行比较得到每一相的开关状态,能有效地抑制开关磁阻电机的转矩脉动。系统实验也验证了开关磁阻电机转矩脉动抑制仿真研究的正确性。

一种新的直接转矩控制转矩脉动抑制方法

针对永磁同步电机(permanent magnet synchronous,PMSM)直接转矩控制(direct torque control,DTC)系统中存在定子磁链和电磁转矩脉动较大的缺点,提出了一种改进的抑制转矩脉动、减小谐波电流的方法。将模糊控制与PID控制器相结合,取代传统的PI控制,并在直接转矩控制基础上加入谐波电流注入补偿环节,将空间矢量控制与直接转矩控制相结合,有效补偿三相电流谐波,针对谐波电流提取困难,提出了一种新的谐波电流提取方法。在此基础上重新建立了永磁同步电机新的SVM-DTC控制框图。通过仿真软件MATLAB对永磁同步电机传统直接转矩控制和改进后的直接转矩控制系统进行了仿真研究,并利用实验平台进行了实验验证。仿真和实验结果表明,改进后的系统有效抑制了磁链和转矩的脉动、减小了谐波电流,且能满足控制系统快速响应的要求,具有良好的动静态性能。

基于最优电流矢量的无刷直流电机换相转矩脉动抑制方法

由于逆变器母线电压、绕组电感及电势因素的影响,无刷直流电机的换相转矩脉动严重影响其在高精度场合的应用。为此,提出一种基于最优电流矢量的无刷直流电机驱动方法。首先,在两相静止坐标系下分析方波驱动方式的换相过程,并从矢量的角度给出电机高速、低速换相转矩脉动的产生原因;然后,推导出最优电流矢量表达式,该矢量可同时满足瞬时功率恒定和电流矢量幅值最小。该方法将电流矢量作为控制对象,通过保证电流矢量的幅值和角度等于给定量,实现电机的无换相转矩脉动运行。与方波驱动方法相比,该方法不区分正常导通区间和换相区间,简化了调制方式,提高了控制方法的可靠性。通过实验验证了所提驱动方法的可行性和有效性。

基于转矩分配的开关磁阻电机转矩脉动抑制的研究

转矩脉动是开关磁阻电机亟待解决的问题和研究难点之一,其限制了速度控制性能和位置测量精度的进一步提升。基于转矩分配的开关磁阻电机转矩脉动抑制的理论研究已取得较大进步,但由于电机磁路的非线性,使得在实际应用中转矩很难准确反馈。本文根据电机的实际规格和尺寸,采用Maxwell3D计算出在不同转子位置和相电流下的转矩,建立了转矩-电流逆模型;通过合理地设置开通角、换相重叠角和关断角,简化了程序设计,抑制了反向制动转矩;进而根据转矩分配函数,采用电流闭环对转矩进行间接控制。仿真和实验结果证明了该方法可以有效地减小转矩脉动。

一种三级式同步电机转矩脉动抑制方法

针对三级式同步电机在电动起动过程中,主发电机的转子励磁脉动导致输出转矩脉动较大、带载起动性能较低的问题,分析了转子励磁脉动对主发电机运行特性的影响,以及在采用矢量控制策略时,由于受到谐波电流的影响而输出的误差电压矢量的分布特点。为了提高主发电机的带载起动性能,本文提出了一种采用极坐标确定控制器调制电压矢量的起动控制方法,与传统的矢量控制策略相比,该方法在一个调节周期内不会产生电压幅值调节误差,仅会产生较小的矢量角调节误差。实验结果表明,在100 r/min转速时,传统矢量控制方法仅能拖动5 N·m的负载,新方法则能够稳定拖动40 N·m负载,说明新方法更适合电机在拖动航空发动机起动过程中低转速、大负载的运行工况。

基于AMEsim的双作用式除冰液泵脉动抑制方法研究

针对除冰加液过程中的流量脉动和振动,以双作用式大流量除冰液往复泵为研究对象,给出了工作原理和运动学模型,通过AMESim软件进行建模仿真,得到蓄能器在不同充气压力下安装位置前后的流量曲线,计算出流量脉动率,并分析了改变配流球阀质量后的流量输出和脉动情况,最后通过实验验证仿真分析的合理性.结果显示,当蓄能器压力略低于平均工作压力时,脉动抑制效果较佳;减小阀芯质量不仅可以减小流量脉动,还能改善阀芯的启闭特性.实验结果验证了仿真模型的可靠性,为民航除冰工艺装备设计提供依据.