开绕组BLDCM直接转矩控制电压矢量特性研究

基于直接转矩控制(DTC)的开绕组无刷直流电机(BLDCM)具有运行效率高、电压矢量多样、控制结构简单等优点,适用于工业领域。根据共直流母线开绕组BLDCM控制拓扑搭建了相应的数学模型,对该拓扑下电压矢量的特性进行理论分析及分类,并将电压幅值不为零的电压矢量分为大、中、小三类。分析结果表明:在相同的运行条件下,大矢量作用下转矩变化率最大,小矢量作用下转矩变化率最小,中矢量居于两者之间。仿真结果验证了理论分析的正确性和控制方法的可行性。

基于开绕组的BLDCM DTC换相转矩脉动抑制方法研究

针对传统星形连接无刷直流电动机直接转矩控制下存在较大关断相续流引起转矩脉动坠落的问题,提出在断开电机绕组下通过电压矢量来实现关断相电流的抑制方法。该方法基于开绕组多维度的电压矢量分析,结合共直流母线拓扑自身多电平的优势,利用新型零电压矢量和正电压矢量的联合控制来实现关断相电流抑制并最终达到转矩脉动的抑制效果。仿真结果表明,该方法在电机正常运行的基础上可以减小关断相续流,从而达到转矩脉动抑制效果。

开绕组BLDCM与星接绕组BLDCM的对比分析

开绕组电机系统因其输出功率大、调速范围宽、容错性强等优点,是当前学者们研究的热点。介绍了开绕组电机系统的隔离母线拓扑结构,利用Maxwell与Simplorer软件联合仿真,对比分析了隔离母线开绕组BLDCM与星接绕组BLDCM在两两导通三相六状态控制方式下的电流、转矩、转速、机械特性。仿真结果表明:隔离母线开绕组BLDCM响应速度更快、转矩脉动更小、最大转速提升到2倍。

纱线卷绕系统恒张力先进控制策略

针对纱线卷绕系统内外部扰动较多,系统具有时变性和不确定性,纱线张力值波动较大,控制精度不高导致纱线断头等问题,提出了学习速率自适应与蚁群算法联合改进的BP神经网络PID控制策略。通过学习速率自适应提高网络学习速率,并利用蚁群算法调整网络初始参数。分别测试PID算法、BP神经网络PID算法与改进BP神经网络PID算法。结果表明:基于改进BP神经网络的无刷直流电机PID控制器鲁棒性更强,性能良好,纱线卷绕系统张力波动较小,断头率降低。

轴承故障工况下无刷直流电机的电感参数计算

航空航天领域的电机发生轴承故障时无法立即停机检修,需要短时间内容错运行,为了解决运行中轴承故障量化问题,通过绕组电感变化表达轴承故障程度。文章分析了滚动轴承故障机理,根据滚动轴承不同部件故障的特点,建立了基于绕组函数法的解析模型计算轴承外圈、内圈、滚动体故障时的绕组电感,建立了有限元模型计算轴承保持架故障时的绕组电感。结果表明:无刷直流电机轴承故障后的电感会高于正常值,出现波动,其幅值与频率取决于轴承故障程度。

无槽无刷直流电机不同绕组拓扑的分析与比较

无槽无刷直流永磁电机具有体积小和高功率密度等显著优势,被广泛应用于小型制导武器的舵控系统中。但无槽无刷直流电机的机械特性偏软,限制在武器装备中的应用范围。传统的无槽无刷直流电机绕组形式有斜形、菱形和矩形,为提高制导武器的性能,基于菱形和矩形绕组结构提出一种无槽无刷直流电机新型六角形绕组结构,建立了六角形绕组的理想转矩、反电势和转速数学模型,推导了六角形绕组无槽无刷直流电机的机械特性。采用数值分析方法进行仿真验证分析,仿真结果表明,所提六角形绕组模型具有较高的准确性,同时与传统菱形绕组进行对比,得出了六角形绕组电机机械特性更优异的结论。

开绕组异步电机零序电流控制策略

零序电流抑制是共母线和共中线开绕组拓扑应用所必须解决的技术问题,为了探讨虚拟信号重构思想在零序电流控制上的应用,并对比各种虚拟信号重构控制方案间的差异。通过对虚拟三相电流和虚拟两相电流方案进行数学分析,建立了虚拟电流方案的统一数学模型,并依据控制系统频域分析方法,从理论上揭示了各方案间的性能异同。基于三相时延、正交时延、一阶全通滤波器、二阶低通滤波器、二阶全通滤波器以及巴特沃斯滤波器搭配微分的虚拟信号重构方案间具有类似的控制性能,在应用中可以互相替换;而基于二阶广义积分器的方案相较于上述各方案具有更突出的动态响应性能,但会在控制带宽过大时失去稳定。最后,通过共中线开绕组异步电机零序电流的控制对理论分析的正确性进行了验证。

无轴承无刷直流电机结构有限元分析

为省去传统双绕组无轴承电机中的独立悬浮绕组,提高转矩绕组占槽面积和电机功率密度,研究了一种具有定子12槽/齿、6极永磁转子的单绕组无轴承无刷直流电机(BL-BLDCM)新型结构。首先介绍了该电机的基本结构、电磁转矩和磁悬浮力的分时控制工作原理。然后基于ANSYS-Maxwell软件建立了单绕组BL-BLDCM的二维电磁场有限元仿真模型,分别以气隙长度、永磁体极弧系数和永磁体厚度等关键结构参数为参量,研究了结构单绕组BL-BLDCM的可控磁悬浮力和沿垂直轴向耦合径向力随相关参量的变化规律;研究结果可为12槽6极单绕组BL-BLDCM的结构优化设计提供理论参考依据。

车用驱动电机技术特点研究及发展趋势展望

随着能源与环境问题的逐步加剧,大力发展电动汽车产业势在必行。简要描绘了电机在汽车中的具体应用,提到了电动汽车驱动电机的技术要求,重点介绍了在电动汽车中得到应用的直流电机、交流异步电机、永磁无刷电机、永磁同步电机、感应式电机、开关磁阻电机、轮毂电机及永磁辅助同步磁阻电机。随后,对现阶段驱动电机面临的技术问题进行了阐述,并对驱动电机未来技术发展趋势进行了展望。

基于换相过程分析的无刷直流电动机机械特性的研究

通过对三相星型六状态工作模式下无刷直流电动机的换相过程进行分析,列出换相过程的微分方程,推导了相绕组导通期间平均电流的解析表达式,并利用该解析表达式,借助Matlab进行仿真计算,深入研究了无刷直流电动机的机械特性。通过与实验数据的对比,验证了该分析计算方法的正确性。指出无刷直流电动机机械特性的计算不能直接套用有刷直流电机的计算方法,是因为绕组电感不能忽略,进而揭示了绕组电感也是影响电压源型直流电源供电的无刷直流电动机机械特性的主要因素,并总结了其影响的规律性,为无刷直流电动机机械特性的改善提供了方法和依据。

基于绕组电感变化特性的无刷直流电机无位置传感器控制

在具有凸极结构转子的无刷直流电机中,受转子凸极效应的影响,绕组的自感和互感随转子位置呈近似正弦的周期性变化,导致三相端电压在非导通期间的波形随转子位置呈现有规律变化。该文以此出发,分析了非导通相的端点电压在PWM斩波周期内的跳变值随转子位置的变化规律,并阐述了利用此规律进行运行状态下换相位置估计的方法,并与铁心的饱和效应相结合,提出一种新的在静止状态下进行转子位置区间估计的方法。实验结果表明,用所提出的方法能在静止和低速状态下可靠地估算出转子位置,与实际的误差很小,验证了方法的可行性。

双余度无刷电动机位置伺服系统仿真与试验

建立了稀土永磁(rare earth permanent magnet,REPM)双余度无刷直流电动机(dual-redundancy brushless DC motor,DR-BLDCM)位置伺服系统的位置、速度、电流三闭环数学模型,针对并联型隔槽嵌放式DR-BLDCM的结构,采用磁感应强度波形分析方法,得到了该电机在每极每相槽数q=1时的每相自感和相间互感的计算公式,并给出了在q=2和q=3时的自感和互感的参数修正关系。在Matlab/Simulink环境下,构建了基于Matlab的系统仿真模型,采用一种实用的正弦波消顶方法,即用消去顶部的正弦波来代替梯形波,减小了系统仿真过程的计算量。通过对DR-BLDCM位置伺服系统实际参数的动态性能仿真,得到了位置伺服系统阶跃响应和频率响应曲线。仿真曲线与DR-BLDCM电动舵机实际系统试验结果一致,从而验证了DR-BLDCM自感和互感算法及此类系统模型的有效性。

无刷直流电动机的开环调速机械特性研究

基于星形三相六状态工作模式的无刷直流电动机的等效电路和电压回路方程,对调节PWM占空比和调节直流电源电压两种调速方式的无刷直流电动机的开环机械特性表达式进行了推导。对一样机的两种调速方式开环机械特性进行了仿真和实验分析。仿真和实验结果验证了推导的机械特性表达式的正确性。调节PWM占空比调速时,空载和轻载由于电流不连续,机械特性较软,随着负载增加,电流连续,机械特性变硬。调节直流电源电压调速时,电枢电流始终保持连续,机械特性较硬。分析了PWM开关频率、电枢电感对机械特性的影响,所得结论为无刷直流电动机及控制器设计中相关参数的选择提供了理论依据。

计及中性点电压的无刷直流电机无位置传感器控制

为解决无刷直流电机在低速状态下检测转子位置的难题,提出了一种新颖的无位置传感器控制方法。该方法基于凸极式永磁无刷直流电机定子绕组电感是转子位置的函数这一特点,采用H_PWM-L_PWM调制方式,通过检测定子绕组中性点电压的波动情况,从而判断通电相的定子绕组自感是否相等,进而推断出反电动势的过零时刻。再借鉴反电动势法的特点,在过零点的基础上滞后30°电角度,即可确定换相时刻,理论推导证明了该方法的正确性。在实验过程中把该方案与霍尔传感器换相的方法进行了对比,验证了这种方法的有效性。

基于无刷直流电机的风力机转矩模拟

针对风力发电技术的研究受到自然条件制约的问题,该文提出了一种新的利用无刷直流电机来代替风力机的模拟方案,通过控制无刷电机直流侧电流的方式实现转矩控制,电流环采用径向基函数神经网络与PI调节相结合的控制策略。利用Matlab/Simulink建立系统仿真模型,并搭建了基于DSP控制的无刷直流电机+永磁发电机的硬件平台,仿真和试验结果都与理论转矩相吻合,并有效降低了无刷电机的转矩脉动。该方法控制简单、精度高,为实际模拟系统的设计提供了一种新的思路。

双绕组无刷直流电机容错控制系统的实现

针对空间机械臂关节电机伺服系统的可靠性和关节体积重量的矛盾,分析了3种典型空间机械臂关节电机驱动系统的可靠性,确定了机械臂关节电机采用双绕组无刷直流电机结构的方案,建立了双绕组结构无刷直流电机数学模型,设计了双绕组结构无刷直流电机驱动控制系统和容错控制策略,研制了双绕组结构电机关节伺服系统控制平台,进行了容错控制实验和关节位置伺服控制实验。实验结果表明:在重量和体积要求苛刻条件下,采用双绕组结构无刷直流电机伺服系统设计方案,不仅可提高关节的集成度和可靠性,而且没有降低关节位置伺服跟踪性能。

无刷直流电动机电枢等效电阻的研究

以典型结构和典型驱动方式的无刷直流电动机的主回路为基础 ,对电枢回路的电压平衡关系作具体的分析 ,剖析了等效直流电动机模型中等效电阻的含义。可清楚了解电枢等效电阻为什么区别于绕组的直流电阻 。

用于风电场功率控制的飞轮储能系统仿真研究

风电输出功率的波动性和间歇性严重影响电能质量。飞轮储能系统因单位储能成本和使用寿命方面的优势,成为当下解决该问题的一种潜在方案。以无刷直流电机作为飞轮的驱动电机,在分析其电动/发电运行的基本原理及数学模型的基础上,建立了飞轮储能系统的仿真模型。结合无刷直流电机双闭环调速系统和风电场功率控制要求设计了飞轮储能系统充电运行的控制方案。探讨了飞轮储能系统的能量反馈机理,利用回馈制动方式和前馈解耦控制策略分别对直流母线电压和电网侧逆变器进行控制,实现放电状态下对风电场输出功率的跟踪。最后通过实例仿真验证了模型的正确性和控制方案的有效性,为飞轮储能系统的设计和在风电场功率控制中的应用提供了参考和指导。

基于负载转矩观测的风力机动静态特性模拟

为提高风力机模拟系统的模拟准确性,在分析模拟系统与实际风机系统运动方程的基础上,根据2系统速度相等的原则,提出基于负载转矩反馈实现风力机动静态特性模拟的控制策略。控制策略中所需的负载转矩值由滑模观测器(sliding-mode observer,SMO)实时观测得到。同时,分析了滑模观测器的等效滤波效果,分析表明,滑模观测结果等效于对实际负载转矩进行1阶滤波处理。最后利用RT-LAB实时控制器进行实验,结果表明,所提方法能正确观测出负载转矩,以此为基础构建的风力机模拟系统可灵活模拟不同机械参数下风力机的运行特性。

基于高精度电感法的无刷直流电机起动及反电动势同步检测稳定性研究

提出了一种基于电感法的高精度定位方案,在不增加定位电流脉冲数量的基础上将定位精度由原先的60°电角度提高至30°电角度,并消除了电机因工艺问题导致的相绕组参数不一致对检测的影响。设计了一种新颖的切换算法,可在极短时间内稳定可靠地切换到闭环。讨论了反电动势的同步检测方案,通过理论分析和仿真对比了PWM导通和PWM关断时刻检测反电动势过零信号方法的区别,并对干扰因素提出了补偿方案。样机实验验证了所提方案的稳定性和可靠性。