表贴式永磁电机永磁体涡流损耗有限元计算方法对比研究

脉宽调制(pulse width modulation,PWM)技术广泛应用于表贴式永磁电机(surface permanent magnet synchronous motor,SPMSM)控制,而在PWM电流激励下永磁体内涡流损耗较大。为快速、准确获取涡流损耗,基于电机磁场沿轴向近似均匀分布特性,提出了一种PWM激励下永磁体内涡流损耗有限元(finite element method,FEM)简化计算方法。首先,以3台永磁体轴向分段数目不同的SPMSM为研究对象,对比同工况下简化方法、2D FEM、3D FEM涡流损耗计算结果,结果表明简化方法与3D FEM计算结果误差小于3%,而计算时间远小于3D FEM;然后,基于涡流损耗随永磁体轴向分段增大而减小的特点,通过不同永磁体轴向分段数目的SPMSM,在堵转工况下分离永磁体涡流损耗,验证了简化方法计算有效性;最后,通过实测电机各相电阻计算电机直流铜耗,对实测涡流损耗差值进行修正,进一步验证了简化方法的准确性。

城轨交通飞轮储能系统阈值自适应控制研究

飞轮储能系统(FESS)根据直流牵引网压的高低控制飞轮充放电,然而直流牵引网压的剧烈波动会严重影响FESS的响应特性。针对此问题,提出了一种基于阈值自适应调节的FESS控制策略。该策略通过采用两个简单的低通滤波器获得实时网压和动态阈值,从而实现充放电阈值的自适应调节,改善FESS的响应特性和储能效率。在青岛地铁某线路实现挂网运行,通过工程应用验证了所提策略的可行性和实用性。

新型混合励磁同步电机的数学模型与等效分析

为改善高速永磁电机磁场调节困难的问题,提出一种新型混合励磁电机,转子上既有永磁极又有铁心极,磁路呈现典型的径向、周向和轴向三维特性,难以直接用解析法求取电感参数。根据新型混合励磁电机的磁路特点,提出一种等效分析方法,将复杂磁路的混合励磁电机等效为三种二维磁路电机轴向并列叠加。为了提高新型混合励磁电机电磁设计与性能分析的效率,推导了其数学模型与电感参数表达式。对一台10 k W混合励磁原理样机进行了有限元分析与实验研究,结果验证了所提数学模型与等效分析方法的正确性,为该类电机的设计和优化提供了理论支撑。

环形绕组无刷直流电机的换向过程分析及建模

环形绕组无刷直流电机(CWBLDC)是一种多相且定子绕组环形连接的电机,由于反电动势的方波度更高,其转矩密度较传统三相无刷直流电机更大,通过极、槽数合理设计的分数槽绕组能够有效地抑制电机的转矩脉动。并且,CWBLDC所需的功率元器件数目较多的特点在多相大容量舰船电力推进系统的应用中不是缺点。针对相数较多、运行过程系统网络拓扑不断变化的难点,该文以并联支路电流为模型变量,利用拓扑的周期变换特性建立CWBLDC的数学模型,通过场路耦合仿真与原理样机实验验证了建模思路与模型分析结果的正确性。所建立的数学模型有助于深入理解包括换向过程的电机运行原理,快速得到电机的稳态性能,便于确定电机设计参数较不同参数选取对电机性能的影响。

表贴式永磁同步电机对称稳态运行仿真研究

表贴式永磁电机阻抗小对输入电压十分敏感,为此需要得到足够准确的电压值才能进行电压源激励下的仿真研究。传统相量图需要较准确的电机模型及参数才能获得端口电压。为此,本文提出一种基于端口等效电路的相量图的有限元稳态仿真方法。该方法仅需计算定子电阻和端部漏感参数,然后采用电流源激励二分法获取较准确的输入电压,并通过时域有限元进行仿真验证。

环形绕组无刷直流电机的混合换向方法

环形绕组无刷直流电机(CWBLDCM)是一种新型的多相非正弦永磁电机,其转矩性能与绕组电流换向过程密切相关。该文提出了一种利用绕组自身反电动势和母线电压来改善电机转矩性能的混合换向方法,该方法有两个换向控制参数(β,γ),随着控制参数的变化,换向过程可能呈现出四种典型的换向状态。首先对各换向状态进行了分析、仿真和实验验证;然后比较了不同换向状态下的转矩性能;最后根据比较结果,提出了一种针对CWBLDC电机转矩性能的优化控制策略。

永磁电机电磁-温度-流体耦合计算模型简化方法

采用多物理场耦合计算方法能够明显提高电机温升的预测精度,但是其高昂的计算成本限制了此类计算方法的应用。针对永磁电机电磁-温度-流体耦合问题,首先,通过推导定转子坐标系下电机内部电磁场时空分布规律确定了电磁计算的最短时间;然后,根据电磁损耗分布规律得到了温度-流体场简化计算模型;最后,以一台分数槽永磁电机为算例,实现了耦合计算模型的简化。结果表明:该方法可在保证计算精度的前提下使耦合场总计算时间大幅减少。

环形绕组无刷直流电机的四象限运行分析

环形绕组无刷直流(CWBLDC)电机的结构与有刷直流电机相似,定子绕组环形连接,用可控开关替代换向器,转子为永磁体磁极。由于其结构的特殊性,传统永磁电机的驱动控制方法不适用于CWBLDC电机。该文结合CWBLDC电机的结构特点,详细分析CWBLDC电机四象限控制原理。首先介绍CWBLDC电机系统;然后分析其正转电动和反转电动的时序控制方法,并分析电机的制动过程及制动电流可控的原理;最后对分析过程进行仿真,并搭建了实验平台进行实验。仿真和实验结果表明,该文对CWBLDC电机的电动运行分析正确,制动方式有效,能实现CWBLDC电机的四象限运行。