基于滑模观测器的永磁同步电机谐波电流抑制

传统的永磁同步电机无位置传感器控制系统,利用电机的反电势来提取转子位置信息,但其定子电流中含有大量的谐波而产生畸变,对控制系统产生不利的影响。本文在永磁同步电机滑模观测器的基础上,通过一种谐波抑制算法,向PWM三相调制参考电压波形中添加相应的谐波成分,以抵消电机电流中的谐波。通过仿真验证,证明了这种方法的有效性,显著减小定子电流的畸变,降低转矩脉动,并提供更高的系统灵活性,提高了永磁同步电机的无传感器控制系统性能。

基于凸极效应的永磁同步电机振动分析

凸极率的改变会给齿槽转矩带来影响,同时相比较表贴式的结构,其更复杂的结构所带来的谐波也对电机的减振带来巨大的冲击。针对凸极效应所产生的问题,本文基于理论分析以及Ansys有限元仿真平台,对一台具有凸极效应的车用永磁同步电机进行研究,对不同凸极率对电机齿槽转矩以及径向电磁力密度进行对比分析。其次,对三维结构的定子冲片模态进行分析,讨论了可能产生共振的频率。最后,将径向电磁力与有限元模型相耦合,对电机的电磁力引起的振动进行谐响应分析,为车用永磁同步电机的凸极率选择和优化设计提供参考价值。

基于轴线方向不等宽度磁极结构的表贴式永磁同步电机极频振动的削弱

针对一台10极12槽表贴式永磁同步电机的极频振动问题,提出了一种轴线方向不等宽度磁极结构的削弱方案。该方案可以在保证电机转矩密度前提下,有效降低电机的极频振动。首先,根据麦克斯韦张量法,推导出电机径向电磁力的解析表达式,并建立了作用在电机定子齿部电磁力模型;同时,对样机中产生极频电磁力谐波的因素进行了分析研究。然后,通过有限元仿真分析,介绍了利用轴线方向不等宽度磁极结构降低极频电磁力的基本机理,并对优化前后的电机的电磁性能和振动加速度进行了比较分析。最后,研究结果表明,采用轴线方向不等宽度磁极结构能够有效地减弱极频电磁力谐波和振动,同时保持电机的转矩密度,证实了优化方案的有效性。

基于高频方波注入的永磁同步电机控制优化

提出一种利用高频正交方波电压注入静止坐标系的内置式永磁同步电动机无传感器控制的新方案。该方法是对传统高频旋转正弦电压注入法的改进,通过离散高频电流来建立整个信号过程。提出了一种不含低通滤波器的位置估计方法,并减小了高通滤波器引起的相移。该无传感器控制方法受到数字滤波器的不利影响会减少,可以解决当前基于静止坐标系的注入方法的常见缺点。

50kW车用永磁电机冷却结构优化与温度场分析

针对车用永磁同步电机在装配空间有限的情况下提高功率密度的问题,以一台50 kW车用永磁电机(PMSM)为研究对象,设计一种新型冷却结构,并进行了温度场仿真计算。通过有限元软件建立PMSM三位温度场仿真模型,得到电机内部绕组温度分布情况,并分析了新型冷却结构的电机温度场分布情况,与传统的冷却结构在同等条件下进行对比分析,结果表明本电机新型冷却结构设计合理。相比于传统冷却结构,新型冷却结构能更好地降低绕组端部温升,为开发大功率车用永磁电机或减小电机体积提供一定参考。

基于分段交错梯形磁极的分数槽集中绕组永磁电机局部切向力的削弱

局部切向电磁力波会通过定子齿的杠杆效应引起定子轭部径向振动,其对振动的贡献可以与径向电磁力波比拟。针对分数槽集中绕组永磁电机的局部切向电磁力波,提出了一种分段交错梯形磁极的削弱方法,该方法可在保证电机转矩密度的前提下,有效削弱局部切向电磁力引起的振动。首先,推导了作用于定子齿部的切向集中力模型,并以一台10极12槽永磁电机为例,分析了局部切向电磁力引起振动的原因。然后,基于有限元模型,分析了分段交错梯形磁极对局部切向电磁力的削弱机理,并对比了优化前后电机的径向力波、电磁转矩以及振动频谱。结果表明,分段交错梯形磁极结构对径向力、切向力均有显著的抑制作用。最后,对优化前后的样机进行振动实验,验证了优化方案的有效性。

基于分段交错不等磁极的表贴式永磁电机极频振动的削弱

针对表贴式永磁同步电机极频振动,提出一种分段交错不等磁极的削弱方法,与传统的优化方法相比,该方法可有效保证电机的转矩密度。首先,基于麦克斯韦张量法,推导作用于定子齿部的集中力模型,并以一台10极12槽表贴式永磁电机为例,分析极频电磁力谐波的产生原因。其次,基于有限元模型,分析分段交错不等磁极对极倍频电磁力谐波的削弱机理,并对比优化前后电机的关键电磁性能以及振动频谱。结果表明,分段交错不等磁极结构可在保证转矩密度的前提下,有效削弱极频电磁力谐波及振动。最后,对优化前后的样机进行振动实验,验证了优化方案的有效性。

基于极间虚齿的表贴式永磁电机六倍频振动噪声的削弱

采用极间虚齿结构对表贴式永磁电机的六倍频振动噪声进行削弱,与传统的优化方法相比,该方法结构简单,且基本不影响基波磁场和平均转矩。首先,基于麦克斯韦张量法,推导了考虑力波分量相角的六倍频电磁力谐波表达式,分析了六倍频电磁力的产生机理,并以一台8极48槽表贴式永磁电机为例,采用有限元法进行验证;接着,引入凸极磁导函数,基于磁场调制原理,分析了虚齿对磁通密度时间谐波的调制作用及对六倍频电磁力的削弱机理;然后,建立多物理场有限元模型,对比了优化前后电机的关键电磁性能以及振动和噪声频谱,结果表明,极间虚齿可有效削弱电机的六倍频电磁力和振动噪声;最后对优化后的样机进行噪声实验,与仿真结果对比,验证了理论和有限元模型的正确性。

基于动态转矩反馈的机械臂柔性系统振动抑制

针对机械臂关节伺服系统由于谐波减速器、齿皮带等柔性环节的存在使系统发生机械振动现象,建立了考虑刚度系数变化和大减速比的数学模型,分析机械谐振产生机理,提出了一种动态转矩反馈的控制策略,由扰动观测器实时观测动态转矩构成动转矩闭环。为进一步抑制振动现象,增强系统鲁棒性和抗扰能力,研究了随动态转矩实时调整的转速变增益PI控制方法。仿真表明,采用动态转矩反馈的转速变增益PI控制策略能够很好地抑制机械振动且有较强的抗扰能力和动态响应性能。

十五相感应电机建模与仿真分析

本文对十五相感应电机进行建模与仿真分析。首先,利用数学模型确定了十五相感应电机的仿真模型,并验证仿真模型的正确性,然后对十五相感应电机进行转子磁场定向矢量控制。并分析了在空载、负载、断路(单相断路、切断断路的整套绕组)状态下的十五相感应电机的电磁转矩和转速的变化。得出当某相绕组发生故障时,可以通过切断其所在的整套绕组来减少转矩脉动,增加效率。

基于集总热网络法永磁同步电机温度场分析

为了解永磁同步电机发热情况,建立一种在水冷下外转子永磁同步电机热网络模型。首先,建立了电机等效热网络模型,然后对热阻和水道对流散热系数以及材料导热系数进行计算,最后通过热平衡方程式分析其在额定工况下电机各部件温度及温升情况。并与有限元软件计算结果进行比较分析,验证所建立热网络模型准确性,为水冷条件下外转子永磁同步电机温升预测提供参考依据。

高精度数控机床用直线电机端部效应分析及神经网络补偿技术研究

针对高精度数控机床用交流永磁直线同步电机(PMLSM)伺服系统高精度快速响应的运行要求,在分析研究PMLSM的端部效应对直线伺服系统性能影响的基础上,引入神经网络补偿技术,使系统具有自学习能力,实时补偿端部效应引起的非线性时变扰动。设计了一种鲁棒性较强的基于双神经网络的前馈给定补偿IP位置复合控制策略。仿真结果表明,该方案有效地克服了PMLSM特有的端部效应所产生的推力波动对系统的影响,具有很强的鲁棒性,而且提高了系统的稳态性能。

齿槽效应对永磁直线伺服电机法向力波动的影响

单边平板型永磁直线伺服电机在运行过程中动、定子之间存在较大的法向力,法向力的波动引起的摩擦力摄动和机床振动极大地影响了机床的加工精度。齿槽效应是引起永磁直线电机法向力波动的一个重要原因。为此,采用麦克斯韦张量法推导了动子边齿无限长永磁直线电机法向电磁力的解析表达式,揭示齿槽效应引起的法向力波动的规律。通过对傅里叶分解系数的分析,指出齿顶宽度和极弧系数是影响法向力波动的两个最为主要的电机参数。利用Ansoft有限元软件仿真分析了电机在不同极弧系数和齿顶宽度下的法向力波动规律。结果表明,优化极弧系数和齿顶宽度能较好地削弱齿槽效应带来的法向力波动幅值,仿真和实验结果与解析结果基本一致,验证了法向力波动解析分析方法的正确性。

各向异性横向磁通永磁直线电机穿片漏磁分析

由于磁通三维分布结构特点,横向磁通永磁直线电机(Transverse Flux Permanent Magnet Linear Machine,TFPMLM)存在特殊的穿片漏磁。为提高等效磁路法计算精度,TFPMLM轴向漏磁的准确计算十分必要。本文结合TFPMLM磁通路径特点对穿片漏磁形成机理进行分析,推导轴向叠片各向异性穿片漏磁通解析表达式,并研究穿片漏磁与叠压系数、极弧长等电机参数之间的关系。采用有限元分析和实验验证TFPMLM轴向穿片漏磁计算方法的正确性和准确性。研究结果为横向磁通永磁直线振荡发电机设计提供了理论依据。

表贴式三相永磁同步电机极槽径向力波补偿模型及参数辨识

在电机的径向力波调制中,谐波电流注入法是行之有效的方法,实现谐波电流注入法的关键是建立谐波电流注入补偿模型及参数辨识。该文根据麦克斯韦应力张量法,首先,推导出表贴式三相永磁同步电机由电磁作用产生的极槽径向力波的时空分布模型,判断具有补偿作用的谐波电流频次;其次,推导出单频次谐波电流注入补偿模型,并采用最小二乘法和牛顿迭代法进行参数辨识;再次,推导出双频次谐波电流同时注入时产生的耦合径向力波模型,并采用最小二乘法进行参数辨识;最后,推导出多频次谐波电流注入补偿模型。通过Ansys仿真和样机实验验证模型的正确性和有效性。

永磁同步直线电机单齿切向电磁力分析

永磁同步直线电机是新一代高效高精度电子设备、数控机床等机电产品中最具代表性的先进电机技术之一。构建了永磁同步直线电机模型,不考虑边缘效应,建立了电机初级齿部所受单齿切向电磁力数学模型,并利用有限元分析软件对电机单齿切向电磁力和局部齿槽电磁力进行仿真计算。最后利用ANSYS Workbench平台对电机的模态和振动加速度进行计算,验证了切向电磁力在振动分析中的重要性。结果表明,局部齿槽电磁力波动是单齿切向电磁力产生振动的重要原因,通过合理调整电机初级齿部磁场分布,可以有效减小电机的振动,为该类电机的设计和优化提供了参考。

直线电机XY平台交叉耦合迭代学习控制

针对直线电机XY平台进行周期性轮廓加工时产生的周期性轮廓误差,设计了将迭代学习控制与交叉耦合控制相结合的交叉耦合迭代学习控制器.利用实时轮廓误差估计模型估算出轮廓误差,通过迭代学习控制器削弱周期性轮廓误差,按交叉耦合增益的关系来分配X、Y轴的补偿量,实现对周期性轮廓误差的实时补偿.理论推导与仿真结果表明,该方案不仅有效减小了直线电机XY平台的轮廓误差,而且增强了系统的鲁棒性.

近极槽永磁电动机齿顶漏磁对转矩的影响

近极槽数表贴式永磁同步电机的齿顶漏磁比较大,降低了电机的输出转矩,导致电机转矩产生脉动,分析其对转矩的影响十分必要。根据一对极下的齿顶漏磁周期数为相数的偶数倍且关于原点对称的特点,分析了一相下的齿顶漏磁的傅里叶展开式。由法拉第电磁感应定律把齿顶漏磁和三相绕组反电动势联系起来,在此基础上推导出了齿顶漏磁与电磁转矩关系的解析表达式。有限元仿真和定量分析结果表明:齿顶漏磁降低了电机的平均电磁转矩,产生了六次纹波转矩,说明了分析方法的正确性。

机床进给用直接驱动直线伺服电动机

针对现代数控机床高速、高精发展趋势 ,分析了机床进给系统应用直线电动机的优缺点。阐述了不同结构类型直线电动机的特点及其相应的应用场合。

热声发电系统最大电能输出阻抗匹配及机械谐振特性分析

为获得热声发电系统最大电能输出和声功捕获,该文以横向磁通永磁直线发电机为例,采用力–电类比法建立热声发电系统等效模型,研究电磁力、次级速度与阻抗之间的关系,推导热声发电系统等效阻尼的表达式,并分析电抗对等效阻尼的影响。在此基础上,基于最大电能输出进行阻抗匹配,并采用相量法分析阻抗匹配对机械谐振条件的影响,推导出谐振弹簧劲度系数表达式。最后,通过直线振荡系统实验平台验证阻抗匹配及弹簧谐振劲度系数理论推导的准确性,为热声发电系统直线发电机的设计提供理论指导。