环形和分布绕组永磁游标直线电机性能对比分析

针对分布绕组永磁游标直线电机端部重叠导致端部过长、质量过重、电机效率过低的问题,提出一种环形绕组永磁游标直线电机。首先,介绍了永磁游标直线电机的工作原理和基本结构;然后,基于有限元分析,将环形绕组永磁游标直线电机的平均推力、推重比、效率、功率因数等性能与分布绕组永磁游标直线电机进行比较;结果表明,相较于分布绕组,环形绕组永磁游标电机的绕组长度缩短了18.7%,端部漏抗降低了41.5%、推重比提高了19%,电机效率提高了4.2%,同时减少了电机铜耗与体积,更具有工程应用价值。

五相U型永磁凸极直线电机对比分析

针对直线电机垂直提升系统(LMVHS)无绳化直驱运行,对高容错性、大推力密度的新型直线电机的迫切需求,提出一种五相U型永磁凸极直线电机(FU-PMSPLM),初级设置五相绕组以提高电机容错运行能力,次级永磁体采用U型结构以提高永磁利用率。首先,从降低漏磁角度,分析了U型磁极结构演化机理,并给出电机主要结构参数;其次,采用有限元法对比分析了电机次级永磁体采用U型与Halbach结构的电磁特性,并基于磁动势不变原则,以A相缺相故障为例,与三相U型永磁凸极直线电机(TU-PMSPLM)对比分析了容错性能;最后,制作实验样机并进行实验验证,样机实测与仿真结果基本一致。研究表明,等永磁体用量时,次级采用U型结构较Halbach结构,气隙磁通密度幅值增大13.89%,平均推力提高7.54%,推力波动降低25.07%;FU-PMSPLM较TU-PMSPLM具有更好的缺相运行能力。

基于状态约束的PMLSM固定时间控制策略研究

针对永磁同步直线电机(PMLSM)速度与电流双闭环控制系统,提出基于状态约束的永磁同步直线电机固定时间控制策略。构造非对称障碍Lyapunov函数约束系统的速度跟踪误差,不使用复杂切换项设计固定时间滤波器,克服传统反步控制中的“微分爆炸”问题;构造固定时间干扰观测器对电机的负载扰动进行观测,将扰动补偿到控制系统中增强鲁棒性。理论分析证明系统在固定时间内有界收敛,能够将速度误差约束在合理的区间。基于Matlab仿真实验在给定速度0.5 m/s突加负载时,速度跟踪精度超过98%,相比较固定时间控制策略提高2%;扰动观测器的跟踪范围偏差不到1%,具有较高的观测精度。仿真和实验结果验证了本文控制策略的有效性。

永磁同步电机匝间短路故障短路线圈定位方法

为了研究基于电机外部电信号的直驱永磁同步电机早期匝间短路故障检测及定位方法,提出一种基于探测线圈阵列的DDPMSM的ISF短路线圈定位方法。首先,提出一种基于电机绕组分布及连接方式的探测线圈阵列;其次,分析了探测线圈工作机理,建立了考虑短路线圈位置的探测线圈反电势矩阵;然后,利用所建立的探测线圈反电势矩阵,分析用于ISF短路线圈位置的故障特征量。提出了利用探测线圈反电势差值进行ISF故障检测和故障线圈组的定位,利用探测线圈反电势残差进行短路线圈的定位,提出基于上述定位特征量的ISF定位方法。仿真和实验结果验证了所提出方法的正确性和有效性。最后,以样机为例,将所提出的定位方法与现有故障定位方法进行比较,进一步证明方法的准确性和灵敏性。

永磁—凸铁复合极直线同步电机多目标优化

提出一种永磁—凸铁复合极直线同步电机(PM-SICPLSM),电机次级为U型分段永磁结构,具有聚磁强、漏磁小的特点。为提升电机整体性能,以推力波动和平均推力为优化目标。首先,通过灵敏度分析得出影响显著的优化参数;然后,构建响应面数学模型;最后,在约束条件下通过多目标粒子群优化(MOPSO)算法求解响应面模型,得出电机永磁最优结构参数。利用有限元法对优化前后的电磁推力、空载反电势及气隙磁密等电磁特性进行对比,经响应面模型和MOPSO结合优化后的PM-SICPLSM不仅增大平均推力还提高了永磁利用率。

储能电池组多阈值自适应聚类群组均衡控制

为降低储能电池组内各单体间不可避免的一致性差异,提出一种多阈值自适应聚类群组均衡控制方法。首先,引入结构简单、控制简单、均衡功能完善的单电感储能均衡拓扑,并分析了其均衡原理和控制信号占空比设计过程;其次,提出一种多阈值自适应聚类群组均衡控制方法,在引入自适应聚类均衡思想的同时,基于一致性差异较小的相邻单体建立群组均衡控制方法,实现均衡能量在包含不同个数相邻单体的电池群组间转移;最后,通过仿真实验,验证了所提多阈值自适应聚类群组均衡控制相比于基于极差的“单对单”均衡控制,在初始荷电状态(state of charge,SOC)分布中间高、两边低,两边高、中间低,均匀分布的情况下,在保证均衡效率的前提下,均衡速度分别提高了40.4%、24.6%和17.5%,并且均衡结束后各单体SOC相比于电池组平均SOC的离散程度更小。本工作创新了大数量单体构成的储能电池组的均衡思路,有助于改善储能电池组内各单体的一致性差异,提高其能量利用率及循环寿命,促进储能电池组的应用。

基于环轭型探测线圈的永磁同步电机局部退磁故障定位方法

退磁故障的精准定位对于预防电机系统发生灾难性故障和制定系统运行维护策略至关重要。针对多极数永磁同步电机(PMSM)退磁故障情况复杂,退磁故障定位难的问题,本文提出一种基于环轭型探测线圈的PMSM局部退磁故障定位方法。该方法只需在定子侧安装3个环轭线圈以获取包含退磁故障信息的信号;基于3个环轭线圈的感应电势,运用信号的基本运算构造退磁定位信号并按一定的规则对其进行分区;利用分区后的退磁定位信号的波形识别退磁故障类型,确定对应区域退磁永磁体的状态;利用一个机械周期的信号确定所有永磁体的状态,进而实现退磁永磁体的精准定位。首先介绍了退磁定位信号的构造与建模方法。然后,利用所建立的分区数学模型研究退磁定位信号在预设故障类型下的波形。最后,提出基于退磁定位信号分区的局部退磁故障精准定位方法。仿真和实验结果表明所提出的方法能对任意多个永磁体退磁故障(退磁程度不低于10%)进行精准定位。该研究为PMSM故障定位提供新方法,为故障后的运行策略制定和维护策略制定奠定基础。

高温超导磁悬浮力三维测量系统设计

高温超导磁悬浮因其独特的无源自稳定优势,在高速轴承、轨道交通和飞轮储能系统等领域有着广阔的应用前景。为了探究高温超导磁悬浮系统的悬浮特性,设计了一种适用于测量磁悬浮轴承悬浮特性的高温超导磁悬浮力三维测量系统。首先,基于伺服驱控的三轴联动直线模组与三轴力传感测量单元设计了测量系统硬件部分,利用LabVIEW设计了数据采集单元,以实现数据连续采样及其图像化。其次,在恒载和永磁悬浮系统下,对高温超导磁悬浮力三维测量系统的测量精度进行校验。最后,建立了超导体-永磁悬浮系统有限元模型,仿真并测量了高温超导体在零场冷和场冷条件下的悬浮力特性,仿真与测量结果保持基本一致。结果表明,该测量系统具有测量精度高(0.5%),三维空间定位准确(±0.02 mm),被测对象相对运动时三轴力同步测量(最大悬浮力500 N,导向力200 N)等特点。

基于RLS的锂电池全工况自适应等效电路模型

为提高电池模型参数辨识的准确性和模型的适应性,文章对双极化(DP)电路模型展开研究。首先,根据模型参数不同的时变特性,通过将欧姆电阻的辨识过程分离,减少需要辨识的参数数量,进而降低待辨识参数之间的相互影响,提高递推最小二乘法(RLS)辨识精度的同时减少计算量;其次,根据模型参数在线和离线辨识对不同工况的适应性,提出一种全工况自适应等效电路模型(ECM),进一步提高模型精度;最后,以模型精度和运行速度作为指标,建立模型评价方法,验证了自适应输出ECM的优越性。仿真实验表明,相比于欧姆电阻已知的R-DP在线模型、DP在线模型和DP离线模型,基于RLS的全工况自适应ECM具有更高的精度,能够在精度和速度之间实现更好的平衡。

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。

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。

U型永磁凸极直线电机结构及电磁特性

在要求大推力、长行程的应用中,如垂直提升领域,永磁同步直线电机因受布置方式、安装空间等限制,在提高永磁利用率、实现更高推力密度方面就显得至关重要。该文提出一种U型永磁凸极直线电机,其次级永磁采用U型结构,能够充分利用永磁体,提高电机的空载反电动势和电磁推力。首先,通过电机结构和磁路分析,建立等效磁路模型,分析其气隙磁通密度变化规律;其次,采用有限元法与具有相同初级结构和次级永磁体用量的隐极永磁同步直线电机进行对比分析;最后,研制实验样机,完成空载反电动势和静推力的测试,样机实测与仿真结果基本一致,进而验证了所设计电机的合理性。

初级永磁式直线电机的粒子群优化PID控制研究

初级永磁式直线电机(primary permanent magnet linear motor,PPMLM)具有成本低、结构简单、推力密度大等优点,但在运行中存在参数变化和负载扰动等问题,使传统PID控制无法达到系统实时控制、快速响应的高精度伺服控制要求。为了提高PPMLM调速系统动态响应能力,降低启动时的超调性能,对初级永磁式直线电机的工作原理进行分析,建立数学模型,并对传统PID控制采用粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法进行优化。设计参数全局寻优的在线自整定PSO-PID控制器,使用MATLAB/Simulink建模仿真并进行试验验证。结果表明,基于PSO的PID控制器能够使电机快速平稳地启动,具有更小的超调性能和较强的抗干扰能力,可以实现电机的快速响应。

基于复合磁性槽楔的PMLSM推力波动抑制

永磁直线同步电机(permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)存在齿槽力,影响电机的控制性能。本文提出一种基于软磁、硬磁材料混搭的新型复合磁性槽楔结构(composite magnetic slot wedge,CMSW),能有效抑制PMLSM推力波动。首先,分析了单一磁性槽楔的材料、尺寸和空间位置分布对PMLSM输出推力和推力波动的变化规律。然后,研究新型复合磁性槽楔的软磁、硬磁材料配比和位置分布,对电机输出推力、推力波动和齿槽力等电磁性能的影响。以最大推力和推力波动最小为优化目标,利用正交优化法对复合磁性槽楔的尺寸进行优化。研究表明,采用新型复合磁性槽楔可有效降低推力波动和损耗,推力波动降低79.4%,而平均推力基本不变,为PMLSM推力波动抑制提供新的技术途径。

新型磁阻式磁力悬浮系统性能研究

该文提出一种新型的磁阻式磁力悬浮系统,并分析其结构和悬浮原理。采用有限元方法分析了该系统的磁密分布情况,悬浮体受到的轴向、径向和总体悬浮力大小及其随位移的变化关系,仿真结果表明该系统能够产生足够大的悬浮力,在轴向上是被动悬浮的,不需外部控制。仿真结果验证了该系统的可行性和理论分析的正确性,为该系统的进一步研究及其工业应用提供参考。

永磁开关磁链直线电机退磁故障特性分析

相较传统直线电机,永磁开关磁链直线电机(Permanent Magnet Flux-Switching Linear Motor,PMFSLM)永磁体与绕组集成程度更高、推力波动更大,在运行过程中更易受到温度与机械作用影响,导致永磁体产生退磁问题。针对PMFSLM永磁体的退磁问题,通过建立有限元模型,分析了永磁体不同退磁状态对电机的影响,得到不同退磁状态下电机永磁磁场、气隙磁密、空载反电动势、推力、磁链等特征参数,通过对比分析得到一些易受退磁影响且变化明显的特征量,为PMFSLM的故障诊断奠定理论基础。

气隙调衡式混合励磁直线同步电机特性

针对直线电机无绳提升系统中因气隙不均匀引起的轮轨间振动、噪声和磨损等问题,设计新型的混合励磁直线电机.通过改变次级励磁电流来调节双边气隙磁场和法向电磁力,进而调节双边气隙平衡,有效地降低轮轨间压力.介绍新型电机的拓扑结构及气隙磁场调节原理,分析主要结构参数对电机性能的影响,确定样机的基本参数.研究不同负载工况下次级励磁电流对法向电磁力的调节特性,分析次级励磁电流对直线电机空载反电势和电磁推力的影响.研究结果表明,次级直流励磁电流对电机法向电磁力具有良好的调节能力,对电机推力输出基本没有影响.在相同的负载工况下,法向电磁力随次级直流励磁电流基本呈线性变化.当电机负载增大时,直流励磁电流对法向电磁力的调节能力略有降低.实验结果与有限元分析结果基本吻合,验证了本文理论分析的正确性.

一种智能热量仪的研制

在阐述热量测量原理的基础上,采用高性能单片机设计了一种微功耗并具有网络通信功能的热量仪,实际应用表明,所研制的热量仪功耗低,工作可靠,测量精度高。

一种新型转子永磁同步电机磁场分析及特性

提出一种面贴及内置两种方式混合的永磁电机转子拓扑新结构。采用有限元法分别建立内置式、面贴式及新型混合转子拓扑结构的永磁电机模型;计算3种结构电机的静态磁场,比较分析其等位线分布规律及一极距内气隙磁感应强度幅值分布;仿真了3种结构电机的空载感应电势,分析得出新型结构的永磁电机空载感应电势波形更接近正弦;计算了新型转子结构永磁电机的空载定子损耗及转矩等运行参数。

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。