基于变载波频率的永磁同步电机驱动系统效率优化控制

为降低永磁同步电机驱动系统的损耗,提高系统效率,提出了一种基于母线电流反馈的变载波频率优化控制方法.首先,建立了系统损耗数学模型,探究了载波频率与系统损耗的关系.然后,针对离线优化方法对于参数敏感的问题,设计了一种基于母线电流反馈的载波频率在线寻优方法.结果表明,在不同转速与负载条件下均存在使系统损耗最小的最优载波频率,其随转速与负载条件变化而变化.在各个工作点,系统损耗的计算值均与实测值基本吻合.在线寻优方法在中高负载情况下能够实现约0.6%的效率优化,并且在负载变化的情况下仍然能够实现损耗优化.

基于不同绕组类型的航空永磁电机电磁损耗与热特性研究

高功率密度永磁电机是航空电推进系统的动力核心,但在高频高电磁负荷条件下其损耗与发热问题突出,特别是定子槽内绕组温升直接影响航空电推进永磁电机安全稳定运行。本文聚焦航空电推进永磁电机利兹线和扁线绕组损耗机理与电机热特性开展研究,考虑不同转速下的交流损耗,建立定子循油转子通风冷却条件永磁电机温度场仿真模型,对比分析基于不同绕组类型的永磁电机发热特性,获得绕组损耗和温升随工作频率的表征规律,为高功率密度永磁电机绕组设计提供理论和技术支撑。

仿人MPC算法在步进电机储能与建模中的研究

步进电机在电能存储和补偿过程中存在建模精确度低、输入采样量失真、模型结构多变和负荷输出失配等问题,从而导致电能存储和补偿无法达到预期设计标准。为此,将仿人MPC算法引入步进电机的数学建模过程中。首先,分析电能从输入采样到输出反馈的数学模型构建过程,以及步进电机存储与建模的工作原理;其次,针对模型失配和参数动态变化对步进电机产生的影响,利用仿人预测控制策略有效地解决了步进电机电能存储和补偿的精度问题。仿真实验结果表明,控制结果在模型匹配时性能良好,在模型失配时依然能满意运行,使储能与建模幅度和误差精度都能达到要求。

车用驱动电机损耗温升分析与多目标优化

基于微型厢式货车用驱动电机的运行工况建立其各类损耗的分析模型,结合有限元软件对电机铜耗、铁心损耗、永磁体涡流损耗等进行计算,并进一步得到机壳水冷散热结构下的电机温度分布;计算结果与实验结果较吻合,验证了电机损耗与温升求解过程的准确性。应用智能优化算法对电机电磁与水道结构中的多个参数进行磁热耦合多目标优化,优化后的电机整体模型与初始方案相比,综合性能得到有效提高。

一种三电平NPC整流-逆变调速系统的无权重系数模型预测控制策略

针对异步电机三电平中点钳位(Neutral point clamped,NPC)整流–逆变驱动系统的高性能高效控制,搭建了三电平整流–逆变系统的预测与损耗模型,构建了包含中点电压平衡与损耗优化的代价函数,提出了一种基于序列并行结构的无权重系数模型预测控制.策略在传统的序列模型预测控制中引入了直流母线中点电压和变换器开关频率控制,构建了包含多个控制目标的统一代价函数.根据整流–逆变系统在运行中对各控制目标的实际需求,将代价函数中的多个控制目标分为主要和次要控制目标并归类为两个序列优化集,对不同的序列集进行顺序优化.在相同的序列集内部,采用自适应并行寻优来选择最优开关状态,保证了同级序列内各控制目标的同步优化,避免了权重系数的设计.仿真和实验结果验证了该方法具有良好的控制性能和参数鲁棒性,并能有效控制中点电压波动和降低系统损耗.

轴向磁场电机永磁体空载涡流损耗减小方法对比研究

减少轴向磁场电机永磁体空载涡流损耗的方法主要有:减小定子槽开口宽度、增大气隙长度、永磁体分块、使用屏蔽层和磁性槽楔等。基于轴向磁场电机的简化二维分析模型,分析了减小定子槽开口宽度和增大气隙长度、使用屏蔽层和磁性槽楔降低空载涡流损耗的效果。通过三维电磁场仿真,研究了永磁体不同分块方式对减少空载涡流损耗的效果。研究结果表明,减小定子槽开口宽度的效果最佳;虽然增加气隙长度可以显著减小涡流损耗,但永磁体用量迅速增加;永磁体分块减小涡流效果较好,且周向分块方式最好;屏蔽层起反作用;使用分段磁性槽楔效果比减小定子槽开口宽度稍微差一点,但加工难度要低些。

考虑铁损的电动汽车用感应电机矢量控制及其能量优化策略

电动汽车用感应电机励磁电感一般较小,高速时铁损大,采用经典矢量控制策略存在轻载低效和由忽略铁损引起的控制不精确等问题.首先根据同步旋转坐标系下考虑铁损的感应电机动态数学模型,分析了铁损对按转子磁场定向矢量控制的影响,给出了动态和稳态两种补偿方案.然后从调节磁通水平的角度,提出了一种基于损耗模型的感应电机能量优化控制策略,并讨论了铁损等效电阻变化对优化控制的影响.仿真和实验结果表明,给出的补偿控制策略克服了经典矢量控制磁场定向及转矩控制不准确的缺陷;提出的的能量优化控制策略不但节能效果明显,而且具有寻优速度快、转矩和转速波动小等优点,为高性能要求的电动汽车电驱动系统高效运行提供了有效途径.

PWM激励下异步电机铁耗等值电阻模型

通过分析PWM激励下异步电机铁耗变化的特点,提出了一种综合考虑电机运行工况和PWM波形特性的铁耗等值电阻模型。基于铁耗分离原理,使用三个电阻分别等效电机铁耗的磁滞分量、经典涡流分量和异常涡流分量,并推导了正弦激励下各个电阻分量的表达式;进而通过分析PWM激励与正弦激励下铁耗间关系,对正弦激励下铁耗模型进行修正,获得PWM激励下铁耗模型;最后提出了确定该模型参数的实验方案。所建模型中各个电阻分量随电机运行频率和PWM波形的调制系数变化而变化,且变化规律各不相同,提高了电机铁耗计算的准确性。仿真和实验验证了该模型的正确性和有效性。

异步电机用混合式模糊搜索效率优化控制研究

运行在额定工况的异步电机效率较高,但在轻载运行时效率会显著下降,因此进行异步电机的效率优化研究,对于节约能源、控制环境污染具有重要意义。基于损耗模型控制(LMC)的研究成果以及在线搜索控制(SC)的研究成果,提出了一种新型混合在线式直流最小功率模糊搜索效率优化控制算法(FLSC),算法对模糊集合所作的不对称隶属度函数设计,解决了系统在效率最优点处的振荡问题。仿真以及电机台架实验表明,FLSC算法兼有LMC算法和SC算法的双重优点,能够显著提高系统的控制性能。

考虑铁损的异步电机仿真建模

指出了MATLAB/Simulink电气系统模块库所提供的异步电机仿真模型存在的问题,推导出两相静止坐标系下考虑铁损的异步电机动态数学模型,进而建立了基于Simulink平台考虑铁损的三相异步电机仿真模型。仿真实例验证了该模型能真实地反映电机实际物理过程,具有稳定性好,简单易于实现,可多提供电机内部物理量等优点。

电动汽车电机驱动系统效率优化控制研究

基于感应电机损耗模型的效率优化控制策略易受参数变化的影响,混合动力车用感应电机参数时变性突出,常常使电机不能运行在效率最优点。针对这一问题,设计一个龙伯格-滑模观测器在线辨识感应电机模型参数,提出了基于参数在线估计的异步电动机效率优化控制策略。电机损耗模型参数的在线辨识,极大地提高效率优化方法对电机参数变化的鲁棒性。该方法结构简单、可靠,对驱动系统内部噪声和大测量信号扰动有很强的鲁棒性,并易于工程实现。仿真结果验证了所提方法的有效性。

基于复损耗的杆式超声波电机定子建模及其仿真

近些年来,采用压电材料的驱动结构和传感设备在工程中得到了广泛的应用。本文提出了一种使用压电陶瓷的微型杆式超声波电机,利用Rayleigh理论和等效的方法建立了定子的数学模型,并进一步提出了一种基于复损耗的谐振振幅的近似计算方法,同时使用Ansys有限元分析软件对比验证了数学模型的准确性。研究成果对于改善和优化超声波电机的输出性能以及考虑损耗的压电结构建模具有实践指导作用。

基于损耗模型的定子双馈电双凸极电机在线效率优化实验研究

作为电动车用的定子双馈电双凸极(SDFDS)电机,具有励磁磁场可独立调节的优点。为了满足电动车自身既要求效率高、又要求宽调速范围内转矩响应快的特点,使用基于损耗模型的方法实现了SDFDS电机的在线效率优化。但其控制性能取决于电机损耗模型的精度,而这却受电机参数变化和模型简化假设影响。对此采用对实测数据进行最小二乘法辨识来获取电机的损耗模型参数。基于此损耗模型,仿真和实验结果表明,SDFDS电机的效率提高效果较明显,验证了其有效性。

转子磁场定向矢量控制中异步电机铁损模型分析

异步电机的数学模型通常是忽略铁损的 ,也是可行的。然而实际上电机的铁损是真实存在的 ,特别是在效率的分析上 ,铁损不可忽略。在现有的两种考虑铁损的异步电机模型中 ,串联铁损模型在磁场定向中不可行 ,因此本文重点对采用并联铁损模型在磁场定向矢量控制中的应用作深入分析。根据此模型进行数值仿真 ,仿真与试验结果的比较证明 ,研究磁场定向时应采用考虑铁损的模型。

高功率密度轮毂电机温度场建模研究

本文对高功率密度轮毂电机温度场建模问题进行研究,通过热路模型理论分析给出温度场预测精度的影响因素,提出一种按损耗分布加载的精确温度场仿真方法。采用正交傅里叶分解算法对铁耗进行分析,揭示永磁电机铁耗的分布规律;结合热路模型分析以及与传统仿真方法对比,指出轮毂电机高速运行情况下采用该方法的必要性。

多段初级永磁直线同步电动机系统建模及制动仿真

建立了单段初级永磁直线同步电机变参数、非线性动态模型.在此基础上,以次级位置为参变量,建立多段初级式永磁直线同步电机系统动态模型,并用该模型对一具有4段初级的无绳提升系统能耗制动过程进行了仿真、分析.结果表明:所建模型能很好地反映系统的动态过程,能耗制动可将提升机的下放速度限制在0.25 m/s内,具有较好的断电保护作用.将间接场路结合法用于分析多段初级式永磁直线同步电机是一种行之有效的新思路.

IRP理论和IEEE Std 1459-2010在变流器驱动电机能效测试中的应用比较

由于变流器输出的非正弦电压电流波形具有多样性和复杂性,传统的功率理论在变流器驱动电机能效测试中已经失去实用性。本文将两种主流的非正弦条件下的功率理论,即瞬时无功功率理论(IRP)和标准IEEE Std 1459-2010,引入变流器驱动电机的能效测试中,对比分析其实用性。首先基于数学分析,提出了一种考虑铁耗的三相异步电机仿真模型,并以此构建了一个典型的两电平PWM变流器电机驱动系统。以此系统作为算例,通过利用IRP理论、标准IEEE Std 1459-2010中提供的方法以及电机仿真算例中的内部变量,对电机的有功功率、视在功率进行了对比。结果表明,在变流器驱动电机能效测试中,这两种理论对电机效率的评估效果相同,与通过仿真算例内部变量计算得到的效率相吻合;在视在功率评估上,采用标准IEEE Std 1459-2010更合适。

感应电动机驱动系统的效率优化控制研究

针对传统效率优化方法存在依赖电机模型参数、收敛速度慢的问题,提出一种基于参数在线辨识的效率优化控制新方法。在分析感应电动机轻载时各部分损耗与磁链内在关系的基础上,利用函数逼近论,建立一种不依赖于电机模型参数的电机损耗时变模型,设计了基于输入功率在线辨识时变损耗模型系数的算法。分析研究了电机稳态运行时各种工况下的效率优化控制效果。仿真结果表明,该效率优化方法有效规避了传统损耗模型依赖于电机模型参数的不足,同时收敛速度相比传统搜索控制法有显著提高。

考虑铁损的感应电动机仿真模型研究

推导了感应电动机在同步旋转坐标系下考虑铁损的状态方程,将状态和参数分离开来,用MATLABCMEX文件S函数建立了考虑铁损的变参数感应电动机仿真模型,用仿真实例验证了模型的正确性、有效性和快速性,为感应电动机的控制问题提供了一个更加接近电机行为特性的高效仿真模型。

异步电机效率优化算法设计

针对异步电机效率优化问题,提出混合在线式直流最小功率模糊搜索效率优化控制算法(FLSC)。算法利用损耗模型控制(LMC)的研究成果,设计新型比例因子提取策略,可以实时在线获得电机各稳态工况下FLSC输入和输出变量的比例因子,预先规划了算法搜索控制的方向,保证了算法的快速收敛性。根据异步电机的特性及先期的综合实验数据分析,对模糊控制用模糊集合及其隶属度函数进行系统化设计,对输入变量的ZE模糊集进行梯形隶属度函数设计,对输出变量进行正负不对称隶属度函数设计,从而解决了系统在效率最优点处的振荡问题。对小功率异步电机系统的计算机仿真及台架实验表明:针对异步电机的轻载运行工况,FLSC算法能显著提高异步电机系统的控制性能;对于异步电机转子电阻参数变化的工况也具有很好的鲁棒性。