不平衡磁拉力作用下无刷双馈电机的转子振动特性研究

无刷双馈电机长时间运行会出现转轴弯曲、轴承磨损等状况,导致气隙动偏心,并因此产生不平衡磁拉力,影响转子系统动力学特性。为了研究由不平衡磁拉力引起的转子振动特性问题,建立Jeffcott转子动力学模型,得出考虑不平衡磁拉力作用下转子系统的振动微分方程组,并对其自由振动响应进行了计算。以某型号无刷双馈电机的样机尺寸为例,分析气隙动偏心状态下电机气隙长度、转子材料及几何尺寸等对电机振动特性的影响,并利用Runge-Kutta法对振动微分方程组进行分析,结果表明:当转子动偏心率较小时,利用该转子系统的振动微分方程组计算出的解析解与数值计算结果吻合较好,转子的一阶振幅误差仅为0.2%,二阶振幅误差为2%,具有较高的精度且计算较为简便,为电机的高可靠运行提供理论支撑。

一种优化开关磁阻电机换相区控制策略的高效率转矩分配函数

转矩分配函数被广泛应用于抑制开关磁阻电机的转矩脉动。然而,输入相转矩跟踪不足或者输出相产生较大的负转矩这两种情况通常会导致电机的转矩脉动难以得到有效抑制,并降低电机的运行效率。因此,为了能够有效降低电机的转矩脉动并提高电机的效率,提出了一种新型的转矩分配函数控制策略。在提出的转矩分配函数控制策略中,电机的换相区域分为两个区域。在前一区域中,通过降低输入相转矩分配的比例,可以实现输入相实际转矩快速跟踪参考转矩,电机的转矩脉动有效降低。同时由于在输入相电感变化率较低时减少输入相分配的转矩,从而输入相的峰值电流随之降低,电机的转矩电流比提高。在后一区域中,将输出相的电流在转子对齐位置附近处减小到0,以避免产生较大的负转矩。因此,在所提出的方案下,电机的转矩脉动得到有效抑制,电机的效率也得到了提高。为了验证该方法的有效性,在一台12/8三相开关磁阻电机上进行了仿真和实验。结果表明,所提出的转矩分配函数控制策略能有效降低开关磁阻电机转矩脉动,也能有效地提高开关磁阻电机的运行效率。

不对称短路故障下永磁直驱风电机组并网控制策略研究

电网侧发生不对称故障时,永磁直驱风电机组并网电流会发生三相不平衡的问题。针对这一问题,提出一种基于自适应陷波器的网侧换流器控制策略。该控制策略基于解决机组并网电流二倍频分量的思想,在电网侧发生不对称短路故障时,将进入逆变器的dq坐标系下的二倍频电压分量去除,从而使得网侧换流器输出的电流达到三相平衡。本文首先分析了电网侧发生不对称短路故障后永磁直驱风力发电机组的动态响应;然后建立了机侧和网侧换流器的模型,并分别采用了双闭环矢量控制技术和基于自适应陷波器的控制策略;最后进行仿真分析,验证了改进后的控制策略相较于传统控制策略,有效解决了不对称短路故障下并网电流三相不平衡问题。

真空泵用屏蔽电机无传感器残压重投控制策略

针对真空干泵机组故障、生产工艺需要等原因影响真空设备产线在线运行时间的问题,研究真空干泵用屏蔽式感应电机带速重投策略,寻求重投的有利时刻以保证带速重投的成功,对电机断电后的转速和定子失电残压特性展开研究。为此,根据屏蔽感应电机空间向量模型,建立基于电压电流混合磁链观测的无速度传感器估算模型、推导电机断电期间的转速估算方法以及定子失电残压解析式。通过重点研究定子残压和虚拟重投电压间幅值特性和相角特性,确定控制系统的首次重投点和其次重投点。以4 kW真空干泵用屏蔽感应电机机组为例,通过模型仿真和失电残压实验验证了该控制方法在泵类工程中有较好的适用性和准确性,重投阶段的转速稳定时间为0.5 s以内,重投阶段的冲击电流平均减小59.18%。

无刷双馈电机研究综述与展望

无刷双馈电机具有结构可靠、变频器容量小等优势,非常适合灵活运行于防爆、易燃等特殊或极端工况,近年来受到广泛关注。该文根据无刷双馈电机的基本工作原理,明确了该类电机的命名原则与规范名称;总结了现有定转子方案的结构及性能特点,综合考虑性能指标与结构工艺,提出了转子双套绕组的发展方向;梳理了无刷双馈电机的稳态等效电路模型及基于各类数学模型的优化设计方法,针对现存难以完整考虑不同转速工况性能的不足,阐明了利用新型同步-异步相串联等效电路进行优化设计的思路;对比分析了经典及新近出现的无刷双馈电机控制系统拓扑和控制策略特点,面向典型电动、发电工况建立了完整的电机及控制系统。最后,对无刷双馈电机的上述理论研究问题及工业应用的发展方向进行了总结阐述,为该类电机的深入研究及加快推广应用提供参考和指导。

基于磁感的变压器和感应电机等效矢量磁路分析

电机学等传统电机理论对变压器和感应电机的工作机理分析多采用等效电路的方法,将实际磁量等效为电量来表示,在一定程度上让二者的分析变得复杂化。可是,传统磁路理论中仅有磁阻元件,难以定量表征磁通与磁动势之间存在的相位差和铁心中的损耗等,进而成为分析的瓶颈。为此,该文引入新的磁路参数——磁感,并利用磁阻和磁感双元件构成的矢量磁路理论,建立适用于变压器和感应电机分析的等效矢量磁路,推导了不同工况下的磁路方程,并以变压器为例,从磁路角度绘制了相量图。对变压器和感应电机在不同工况下的主要特性进行定量计算,通过实验结果验证了分析方法的有效性。相较于等效电路分析方法,该文所提的等效矢量磁路分析方法省去了匝数归算、频率归算等过程,因而概念清晰、计算简洁。该文研究不仅为电机等电磁装备的分析设计提供了全新的方法,而且有望推动《电机学》教材的改革,降低电机学相关内容的学习难度。

供电电压闪变对异步电动机转子故障在线检测的影响及应对

供电电压闪变可能对异步电动机转子故障在线检测产生不利影响,导致基于定子电流信号分析(motor current signature analysis,MCSA)的转子故障在线检测方法失效。通过理论分析,揭示供电电压闪变恶化转子故障在线检测性能的机制。提出免于供电电压闪变影响的异步电动机转子故障在线检测方法,首先,根据转子故障主特征频率分量预判转子健康或故障;继而,根据转子故障独有的辅助特征频率分量进一步确认转子健康或故障。仿真与实验结果证明了该方法的有效性。

基于参数辨识的低速永磁同步电机MTPA控制策略

在永磁同步电机运行过程中,由于铁芯材料磁导率呈非线性变化而导致电感变化,继而在最大转矩电流控制比(MTPA)控制下出现固有的计算参数与实际参数不匹配现象,严重影响了电机的动态性能和运行工况下的稳定性。针对这一现象,该文采用高频注入原理,通过对高频注入产生的响应信号解调辨识得到实时的电感参数,然后令辨识得到的电感参数参与到MTPA计算中,保证了参数辨识的准确性和电机运行的稳定性,避免了最大转矩电流控制参数与电机不匹配导致的失控问题。最后,采用DSP LAUNCHXL-F28379D为控制核心的实验平台对所提方法进行了验证,实验结果表明该方法能够有效辨识电感参数并实现最大转矩电流控制。

六自由度运动模拟平台设计与分析

针对实际道路测试周期长、成本高、容易受到恶劣天气影响等问题,设计一种能够用于车载光电跟踪系统进行模拟试验的六自由度摇摆台。模拟扰动测试,通过六自由度摇摆台提供扰动;对六自由度摇摆台进行结构设计、运动及频率特性分析。结果表明,该摇摆台能够推导其固有频率与机构刚度矩阵和质量矩阵的关系。

基于扩张状态观测器和抗饱和输入的伺服电机等效反步滑模控制

为了提高伺服电机系统的动态响应速度、抗干扰能力,解决输入饱和的问题,课题组基于扩张状态观测器(extended state observer,ESO)和抗饱和输入(anti-saturation input,ASI)辅助系统设计了伺服电机的运动控制方案。首先,建立了伺服电机的数学模型,将系统阻尼和系统不确定性归为扰动,将扰动设为系统的扩张状态;然后在等效反步滑模控制(backstepping sliding mode control,BSMC)的基础上,引入了ASI辅助系统和ESO,解决输入饱和问题,并抑制内、外干扰;采用双曲正切饱和函数替换符号函数以减小滑模控制的抖振;通过李雅普诺夫稳定性方法检验所提出控制器的稳定性。最后,将基于ESO和ASI的等效反步滑模控制与比例积分微分(proportional integral differential,PID)控制、滑模控制(sliding mode control,SMC)进行仿真对比。结果表明:相较于传统PID和SMC控制器,课题组所设计的控制器可以实现伺服电机的无超调快速响应,解决了输入饱和问题,并具有较好的抗干扰能力和减小输入冲击的作用。

用于触摸屏交互的可穿戴指端力反馈系统设计

力触觉再现技术在增强用户与触摸屏交互的真实感和沉浸感方面发挥着越来越重要的作用,设计了一种面向触摸屏图像信息感知的可穿戴指端力反馈装置。设计基于线绳牵引驱动的指端力反馈机构,将装置分为驱动和可穿戴部分,使其具备小巧、轻便、易佩戴的特点。设计测控系统,实现了输出反馈力的检测和控制。研究图像信息提取和力触觉建模算法,获取图像中物体的三维特征信息,配合力反馈装置和测控系统实现图像纹理高度、外形轮廓信息再现反馈。实验结果表明,该装置最大可以提供5.3 N的反馈力,能够帮助用户感知触摸屏中图像的高度和形状信息。

定子通风槽钢结构对提高中型高压电机散热性能分析

为降低YJK450-6、400kW中型高压电机的通风散热性能,本文对该电机不同通风槽钢结构进行了散热性能研究。首先,在现有电机的直线标准型通风结构基础上,提出单列缩放型、双列直线型、双列缩放型3种轴-径向混合通风结构形式;在SpaceClaim软件中建立电机3维温度场数值计算模型,根据基本假设和边界条件结合电机内部热量传递公式计算出电机仿真设置参数,并导入Fluent软件进行仿真模拟,其中,计算温度场所用热源通过AnsoftMaxwell平台计算的电机损耗值获取。其次,通过网格无关性和温升试验验证本文建立的电机3维温度场数值计算模型;通过仿真模拟对比分析3种轴-径向混合通风结构与直线标准型结构对电机流场和温度场的影响;采用正交试验法对轴-径向混合通风结构进行参数优化,得到最佳散热结构和参数方案;进一步探究冷却风速对双列缩放型槽钢的电机换热性能的影响;结合定子绕组温升和电机整体的温升均匀性系数,对最佳散热结构和参数方案电机进行散热效果评价。仿真结果表明:本文建立的计算模型是有效的;双列缩放型通风槽钢结构的各项散热性能指标均最好,是最优通风槽钢结构;径向风道高度为6mm且数量为13的双列缩放型通风槽钢结构为最佳散热结构和参数方案;双列缩放型通风槽钢结构两侧的平均对流换热系数随冷却风速增大而增大,且槽钢迎风面的平均对流换热系数明显大于背风面;径向风道高度为6mm且数量为13的双列缩放型通风槽钢结构电机的内/外层绕组温升分布均匀性系数比直线标准型电机分别提高88.13%、20.11%。因此,优化设计通风槽钢结构有利于电机内部空气流动和散热,可实现有效降低电机内部温升的目的。

基于电压相角调节的高速永磁同步电机弱磁控制策略

针对永磁同步电机高速运行时电流环抗扰能力差的问题,文中提出一种电压相角调节弱磁运行的谐波抑制策略。首先,通过线性化处理建立控制系统的小信号模型,进而得到系统的闭环传递函数,分析了弱磁运行的稳定性;为了克服加速过程中阻尼系数低和系统稳定性差的问题,在直轴电流调节器中引入比例微分补偿策略来实现内环反馈,以提高系统阻尼比并抑制系统谐振峰值,从而减少高速运行时的电流振荡;最后,根据等效内模控制器原理和频域分析,确定补偿器的关键参数。实验结果表明,该方法能够有效提高电流环的稳定性和控制系统的抗干扰性能,显著降低电机电流谐波含量。

基于线性自抗扰控制的永磁同步电机驱动系统多源扰动抑制研究综述

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)驱动系统在多种工况运行条件下通常会受到多源扰动的影响而使其控制性能下降。线性自抗扰控制器(Linear Active Disturbance Rejection Controller, LADRC)由于参数整定简单以及不依赖于系统的数学模型在PMSM驱动系统中已经得到了广泛的应用。文中首先阐述了PMSM驱动系统中所存在的多源扰动类型,并且对部分扰动建立了数学模型;然后,分析了传统LADRC的局限性,并针对不同类型的扰动总结了近年来所提出的新型LADRC,同时给出了部分所提方法的算法表达式;最后,归纳总结了基于LADRC的PMSM驱动系统在抗扰控制中的发展趋势。

高压电机纯环氧绝缘系统的性能研究

随着国家节能减排政策的推广,水力发电、汽轮发电和风力发电得以迅速发展,各种发电机和电动机都朝着高电压、小型化方向发展。在同功率下缩小电机体积,减少绝缘尺寸(包括匝间绝缘和主绝缘)提高槽满率是关键。而绝缘尺寸的减少与绝缘质量及绝缘可靠性相矛盾,只有科学合理的绝缘结构才能使电机既具有优良的性能,又能满足更大功率和更小体积的需要。高压电机绝缘减薄,可以提高主绝缘散热能力,降低电机温升,减少铜导线附近绝缘因温升造成的老化。另外,减薄绝缘厚度可以增加槽利用率,在同样的温升下缩小电机尺寸,铜耗和机械能耗减少。绝缘减薄是提高电机效率、降低制造成本的重要途径,但要实现绝缘减薄,需要研发新型的高性能绝缘材料并优化集成绝缘系统,在不降低电气绝缘性能的前提下,实现绝缘减薄。对电磁线、少胶云母带、环保型环氧真空压力浸渍(VPI)树脂及高阻防晕材料进行研究,并优化集成绝缘系统,进行系统性的性能评定。研究结果表明:优化后的10 kV绝缘系统匝间绝缘厚度为0.40 mm,主绝缘厚度为1.8 mm,起晕电压≥1.7 U_(N),电老化寿命≥350 h。同时,其具有优良的电气绝缘性能,满足高压电机的技术要求。

低水头永磁同步发电机磁极结构的优化设计

文章基于低水头流水发电的工况特点和并网原理,建立了永磁同步发电机的数学模型,并提出了相应的解析算法。采取场路结合的方法,分析不同磁极结构对凸极率、磁阻转矩、电感和波形畸变率等参数的影响。利用上述设计分析方法,对一台30 kW的小型低水头永磁同步发电机进行了优化设计,试验结果表明,该优化设计方案具有可行性和正确性。

同步发电机励磁功率柜风机电源回路的设计改进

同步发电机励磁功率柜风机电源供电的可靠性直接影响到励磁系统的正常工作,关系到励磁整流晶闸管的安全,甚至是发电机的安全。该文结合热电厂发电机励磁系统发生快速熔断器熔断引起机组停机的事故,通过现场检查和试验的方式,分析事故原因,确认为采用一个接触器来实现励磁柜风机主备电源切换,切换电路设计过于简单,没有充分考虑主电源瞬间断电又恢复供电时,接触器触头间的电弧会导致主备电源短路的特殊情况而引发的事故。针对事故原因,提出3个有效的设计改造方案并详细分析新方案的工作原理及特点,特别是采用2个电源开关、2个接触器的主备式风机电源设计改造方案,相比原设计方案,主备电源切换动作时间多了一个接触器动作时间,电源供电回路多串了一对接触器触头,均有利于电源切换过程中触头处的灭弧工作,能有效解决原设计方案存在的问题,并且投入少,改造时间短,可快速完成施工,此外,还提出了完善励磁功率柜风机电源回路的监视方案,可及时监视和发现风机电源电路工作中存在的问题,避免事故的发生。

基于Solidworks的重载机器人肩部的建模与静态分析

为了提高机器人的肩部有效控制能力,设计了一个165 kg重载6自由度机器人肩关节.通过设计一个谐波减速器和一对直齿齿轮以降低转速和提升转矩,利用齿轮与轴的配合完成肩关节在平面内的旋转.选择110AEA12020-SH3交流伺服电机、SHG-45-100谐波减速器以及6011和6016深沟球轴承进行肩部旋转关节旋转方案的设计,并利用有限元法对传动系统主要部件的静力学强度进行分析.结果表明,该肩部旋转关节旋转方案设计合理,轴承与齿轮的静力学性能满足实际应用需求.

基于振动监测的电机轴承故障智能诊断

电机轴承故障是电机常见故障之一。对电机轴承故障进行精确诊断是确保电机安全稳定运行的必要措施。现提出了一种基于振动监测的电机轴承故障智能诊断方法。利用振动加速度传感器监测电机轴承振动,采集电机振动加速度数据,然后对电机振动加速度数据进行时域分析和频域分析,提取与电机轴承故障相关的时域特征参数和频域特征参数,再依据电机故障故障特征参数判断电机是否存在轴承故障。实际应用表明,电机轴承故障智能诊断方法可对电机轴承故障进行精确诊断。

基于转子铜耗的异步机运行状态分类

提出一个关于异步机运行状态的新的分类方法:转子铜耗法。按此法,异步机运行状态可分为两个:差能态、和能态。差能态包含电动、发电两个态;和能态对应电制态。转子铜耗分类法对学习和巩固异步机制动知识点尤其有帮助。