混合励磁磁悬浮开关磁阻电机转矩建模与分析

针对传统磁悬浮开关磁阻电机的输出转矩小及转矩与悬浮的耦合问题,提出一种四相16/14/8极混合励磁双定子磁悬浮开关磁阻电机。介绍了该电机的拓扑结构、转矩原理与悬浮原理,并优化了转矩绕组的励磁方式,运用有限元法比较分析了该电机与同参数不加永磁体电机的电磁特性,包括电机的转矩特性以及解耦特性,仿真结果验证了该电机自解耦结构的合理性及能有效提高输出转矩。在麦克斯韦应力法基础上,根据电机工作时的磁通分布建立了等效磁路图,采用分段函数拟合铁芯磁化曲线,推导出了考虑磁饱和的转矩数学模型,有限元仿真分析验证了转矩模型与仿真结果较吻合,最小相差约1.4%,最大相差约26%。

基于定转子开窗的混合励磁双定子BSRM振动抑制

无轴承开关磁阻电机(BSRM)由于容错性高、损耗小、效率高等优点在工业领域已得到广泛应用,但电机运行时振动会限制其在某些领域的应用。以混合励磁双定子BSRM为研究对象引入一种在定转子齿部开窗的方法,通过改变外定子或转子铁心磁阻大小,可以减小气隙中的磁密大小,达到减小电磁振动的目的。采用电磁有限元法与正交试验法优化窗口的位置和尺寸,验证转子开窗对外定子径向力和转矩的影响,最后通过模态叠加法验证转子开窗对振动响应的影响。结果表明,该方法对混合励磁双定子BSRM电磁振动有较好的抑制效果但对电机转矩有一定影响。

单绕组磁悬浮开关磁阻电机的原理与解耦控制

针对瞬时悬浮力与瞬时转矩非线性、强耦合的特点,研究了一种新型单绕组磁悬浮开关磁阻电机的运行机理,提出瞬时悬浮力与平均转矩分相产生的双相导通解耦控制策略。构建单绕组磁悬浮开关磁阻电机相周期内悬浮力与转矩的全角度数学模型,基于悬浮力有效产生区间内平均转矩为零的特点,提出双相导通运行策略,并以提高悬浮力响应速度及电机动态运行性能为目标,给出了电流斩波幅值和关断角的优化控制方法。针对12/8极实验样机,开展相关的仿真与实验研究,结果表明了双相导通解耦控制策略的有效性与优越性,闭环系统具有良好的动静态性能。

磁悬浮开关磁阻电机建模与参数优化设计

针对磁悬浮开关磁阻电机参数设计问题,提出一种基于最小二乘支持向量机与粒子群优化算法的电机结构参数优化设计方法。采用三维有限元仿真建立样本空间,构建悬浮力、电磁转矩与绕组间互感的最小二乘支持向量机非参数模型;并基于该非参数模型,选择满足额定电磁转矩为约束条件,悬浮力最大且绕组间互感最小为优化目标,采用粒子群优化算法获取电机的最优结构参数。仿真结果表明:最小二乘支持向量机非参数模型精确度高,采用该优化设计方法设计的磁悬浮开关磁阻电机具有悬浮承载力强、耦合小、易于控制的优点,并且该优化设计方法算法简单、操作方便。

单绕组磁悬浮开关磁阻电机无径向位移传感器控制

为实现单绕组磁悬浮开关磁阻电机的高性能径向位移自检测,研究一种基于自适应相关向量机的无径向位移传感器控制策略。基于相关向量机回归理论,将电机在有位移传感器运行条件下获得的磁链、电流、转角和位移作为样本数据,通过对样本数据的训练与学习,构建电机转子径向位移的非线性相关向量机预测模型。针对电机不同运行状态下的样本特性,提出了优化相关向量机模型参数的自适应算法,以进一步提高预测模型的泛化能力和估计精度。针对三相12/8极实验样机,设计闭环控制系统,开展相关的仿真和实验研究。结果表明所设计控制策略在仿真和实验条件下均能正确地估计出单绕组磁悬浮开关磁阻电机的转子径向位移,且实时性较好、预测精度较高。

混合励磁双定子磁悬浮开关磁阻电机电磁特性分析

针对传统电励磁双定子磁悬浮开关磁阻电机受内定子尺寸限制,不能产生较大悬浮力的问题,提出一种新型混合励磁双定子磁悬浮开关磁阻电机,将电励磁与高性能稀土永磁材料相结合,提高径向承载能力。在分析该电机结构与工作原理的基础上,构建等效磁路并进行分析计算,获得悬浮力计算模型;利用有限元方法仿真分析电机的静态电磁特性,如悬浮力特性、电感特性、转矩特性、偏心特性、永磁体对电磁性能的影响,并与传统电励磁双定子磁悬浮开关磁阻电机的悬浮力特性进行比较,仿真结果验证了所提出电机在结构上能够实现悬浮力与转矩的解耦,同时具有较大的径向承载能力。

一种减小磁悬浮开关磁阻电机损耗的新方法

为满足飞轮储能、生物、医疗等应用领域对磁悬浮电机低功耗运行、温升小的性能要求,提出一种减小磁悬浮开关磁阻电机(BSRM)运行损耗的新方法.基于麦克斯韦应力法,建立转子偏心时的悬浮力与转矩模型,利用有限元方法验证该模型的有效性与精确性.分析转子偏心对悬浮电流与转矩的影响,构建电机铜损耗与铁心损耗模型,并建立了控制系统,利用Matlab软件对BSRM在不同转子稳定平衡位置下的铜损耗、铁心损耗和平均转矩进行仿真比较.结果表明,当转子稳定平衡位置偏心50μm时,BSRM铜损耗和铁心损耗分别降低15.5%和10.8%,同时平均转矩增加4.8%;在BSRM稳定悬浮运行区间内,通过转子的偏心控制可以实现BSRM稳定可靠的低损耗运行.

一种磁悬浮开关磁阻电机径向力数学模型

通过计算每一定子极面下的磁通量,建立磁悬浮开关磁阻电机径向力数学模型,该模型考虑了偏心位移对径向两个自由度径向力的耦合影响与漏磁通的影响。以一台样机为例,开展有限元仿真试验,仿真结果证明了该数学模型的正确性与有效性,为电机的悬浮控制系统设计提供了可靠的理论基础。

磁浮开关磁阻电机径向力的有限元分析

基于磁浮开关磁阻电机径向力与电流的数学模型,应用有限元方法分析了径向力与转子位置角、径向力与径向绕组电流之间的非线性函数关系,以及不同方向径向力之间的耦合关系。仿真结果验证了所用数学模型的有效性,并为精确描述磁浮开关磁阻电机的数学模型、控制系统的进一步设计提供了依据。

一种开关磁阻电机模型参数的LS-SVM辨识方法

为了获取开关磁阻电机(SRM)的精确模型,将SRM的建模问题转化为一种非线性约束优化问题进行模型参数辨识研究,对传统的最小二乘支持向量机(LS-SVM)回归算法进行改进,提出了惩罚因子自选取的LS-SVM参数辨识算法,并给出了算法的具体实现步骤。设计磁链检测装置获取样机的磁化曲线,利用该实验数据并根据所提算法来辨识SRM模型参数。针对一台12/8极SRM实验样机开展了仿真与实验研究,仿真与实验结果的对比表明该辨识模型精度较高,能够较好地反映SRM的实际工作情况,同时验证了本文的研究方法合理有效。

微粒群优化相关向量机的开关磁阻电机转子位置自检测

将电机在有位置传感器运行条件下采样获得的磁链、电流和转角作为样本数据,基于相关向量机回归理论,通过对样本数据的训练与学习,构建开关磁阻电机转子位置的非线性相关向量机预测模型。为提高预测模型的拟合精度和泛化能力,训练过程中采用微粒群算法优化相关向量机的核函数参数。以1台三相12/8极样机为例,开展仿真研究,结果表明:该预测模型能够正确地检测出开关磁阻电机的转子位置,并且检测精度较高。

磁悬浮开关磁阻电动机转子径向偏心时的仿真

磁悬浮开关磁阻电动机结合了开关磁阻电动机和磁轴承的特点,通过电磁力控制转子径向位置。分析了磁悬浮开关磁阻电动机悬浮力和旋转力的产生原理。基于开关磁阻电动机转子的四个特殊位置,利用二维有限元方法分析了转子位于中心位置与有径向偏心时的电机内部磁场,给出了磁场分布图、径向悬浮力与径向偏心矩的关系曲线、旋转力与径向偏心矩的关系曲线,为进一步描述磁悬浮开关磁阻电动机悬浮力与旋转力的模型提供了依据。

基于有限元法的磁悬浮开关磁阻电机数学模型

当电机高速运行时,为避免机械磨损,采用电磁力进行悬浮支撑,而磁轴承占用轴向空间,限制临界转速。磁悬浮开关磁阻电机利用电机定子与轴承机械结构的相似性,在原有的电机定子绕组上附加一套径向力绕组,通过一定的控制策略,同时实现电机的旋转和悬浮。该文在利用有限元软件Ansoft/Maxwell 2D分析磁悬浮开关磁阻电机磁场的基础上,结合等效磁回路法并根据虚位移定理,推导出磁悬浮开关磁阻电机在考虑α、β轴方向径向偏移及其耦合时的径向力和转矩的数学模型,并用有限元分析结果验证了该模型的正确性和有效性。

磁悬浮开关磁阻电机多目标优化设计

研究了一种基于极限学习机(extreme learning machine,ELM)与带精英策略非支配排序遗传算法(improved non-dominated sorting genetic algorithm,NSGA-II)的单绕组磁悬浮开关磁阻电机(single winding bearingless switched reluctance motor,SWBSRM)多目标优化设计方法。结合有限元分析(finite element analysis,FEA),分析了SWBSRM悬浮力、转矩随各结构参数变化的一般规律,得到ELM非参数模型。针对该训练模型并结合NSGA-II进行全局寻优,获得使悬浮力、转矩同时更优的结构参数数值组合。通过对比优化前后电机输出悬浮力、转矩大小,验证了以ELM、NSGA-II为基础的SWBSRM结构多目标优化设计的有效性。

内嵌式永磁同步电动机弱磁控制分段线性化研究

在对内嵌式永磁同步电动机数学模型进行分析的基础上,详细研究了弱磁控制过程,提出了分段线性化的弱磁控制策略。根据电动机弱磁各阶段运行的特点,将弱磁控制分为三个区域,对每个区域分别线性化,得到了各区域工作点的直轴、交轴电流和控制方程。线性化后的弱磁控制策略节省了电动机工作点计算时间,提高了系统实时性能,可实现最大转矩输出。结果表明,分段线性化弱磁控制策略使内嵌式永磁同步电动机在宽调速范围内获得了更好的调速性能,电动机可控性和可靠性增强。

一种动圈式磁悬浮永磁平面电机实时电流分配策略

研究永磁平面电机三相线圈在Halbach型永磁阵列中所受推力/转矩的数学模型,针对磁悬浮平面电机具有6个运动自由度的特点,提出了产生悬浮力和水平推力的实时电流控制策略。该策略根据期望的悬浮力和水平推力可以方便地确定线圈阵列中各线圈中的电流,避免了矩阵求逆运算,运算简单、便捷,可以满足运动控制实时性需要,而且每个单元中三相线圈电流之和等于0,从而简化了驱动电路,减低了硬件成本。在此基础上,分别对悬浮力和水平推力电流分配方式进行了有限元仿真,仿真结果验证了电流分配策略的正确性。

新型飞轮储能备用轴承磁力数值分析

针对因轴承摩擦导致的飞轮储能装置能量损耗问题,将原有的机械备用轴承用永磁轴承取代。分析1/2永磁环间隙的磁场能量和磁导,根据稀土永磁材料线性B-H曲线和磁通连续原理,推导出永磁备用轴承磁力数学模型。考虑实际飞轮装置转轴偏心问题,对数学模型进行了修正。经有限元验证,数学模型计算值和Ansoft试验值基本吻合,得到磁力与相关结构参量的关系:轴向磁化的永磁备用轴承径向磁力近似与永磁环的平均径向宽度成正比,与永磁环轴向长度成正比,随动静磁环径向间隙、径向偏心增大而减小。解决了磁力数值计算复杂的问题,使得永磁备用轴承设计和优化简便易行。

单绕组磁悬浮开关磁阻电机结构优化设计

探索单绕组磁悬浮开关磁阻电机的结构优化设计,研究了一种基于极限学习机与粒子群的设计方法。该方法在有限元仿真分析的基础上给出各结构参数对悬浮力影响的一般规律,并选择定子极弧、转子极弧作为优化对象,利用仿真数据进行极限学习机的模型训练,给出了样本空间设计,对模型的训练效果进行了定性定量的描述,并与支持向量机进行了训练效果对比,最后选用粒子群算法对电机训练模型进行寻优以提高悬浮力输出。结果表明,基于极限学习机的训练模型精度高、模型回归速度快,粒子群算法能快速准确地寻取最优解。

混合动力汽车超级电容能量控制研究

超级电容的高功率密度特性可作为混合动力汽车辅助电源。研究了超级电容数学模型,给出了超级电容荷电状态估计方法,在分析升降压双向直流功率电路基础上,提出了超级电容能量存储系统控制策略,在超级电容荷电状态允许范围内,该控制策略满足混合动力汽车启动、加速、制动要求,实验证明该能量存储系统能适应各种负载变换情况。

8/6极单绕组磁悬浮开关磁阻电机建模与分析

针对传统双绕组磁悬浮开关磁阻电机绕组数量较多,电机结构复杂的特点,研究了一种8/6极单绕组磁悬浮开关磁阻电机,每个定子极上只有一套绕组且相互独立。分析了电机的运行机理和导通策略,基于等效磁路法推导了绕组自感和互感模型。为克服建模困难,提出了一种基于辅助函数的数学建模新方法,运用查表法建立了电机径向力和转矩的数学模型,大大提高了模型的实用性。用有限元分析验证了数学模型的准确性,为电机的进一步研究奠定了理论基础。