真空泵用反凸极永磁同步电机设计与性能分析

针对真空泵用驱动电机运行过程中存在转子温度高、散热难的问题,根据真空泵驱动工况的实际要求,设计了一台反凸极永磁同步电机和一台常规永磁同步电机。首先,利用有限元软件,分析了转子磁障尺寸对电机转矩的影响以及磁障层数对电感的影响,从而得出了转子磁障尺寸和磁障层数的合适值;其次,对两台电机的气隙磁密波形、空载反电动势和损耗等电磁性能进行了对比分析;最后,通过仿真对比分析了两台电机的温度场以及两者转子和转轴处的温升。结果表明,相比于常规永磁同步电机,反凸极永磁同步电机的转矩性能更好、转子损耗和转子温升更小,为新产品研发提供了科学的参考依据。

基于凸极效应的永磁同步电机振动分析

凸极率的改变会给齿槽转矩带来影响,同时相比较表贴式的结构,其更复杂的结构所带来的谐波也对电机的减振带来巨大的冲击。针对凸极效应所产生的问题,本文基于理论分析以及Ansys有限元仿真平台,对一台具有凸极效应的车用永磁同步电机进行研究,对不同凸极率对电机齿槽转矩以及径向电磁力密度进行对比分析。其次,对三维结构的定子冲片模态进行分析,讨论了可能产生共振的频率。最后,将径向电磁力与有限元模型相耦合,对电机的电磁力引起的振动进行谐响应分析,为车用永磁同步电机的凸极率选择和优化设计提供参考价值。

基于轴线方向不等宽度磁极结构的表贴式永磁同步电机极频振动的削弱

针对一台10极12槽表贴式永磁同步电机的极频振动问题,提出了一种轴线方向不等宽度磁极结构的削弱方案。该方案可以在保证电机转矩密度前提下,有效降低电机的极频振动。首先,根据麦克斯韦张量法,推导出电机径向电磁力的解析表达式,并建立了作用在电机定子齿部电磁力模型;同时,对样机中产生极频电磁力谐波的因素进行了分析研究。然后,通过有限元仿真分析,介绍了利用轴线方向不等宽度磁极结构降低极频电磁力的基本机理,并对优化前后的电机的电磁性能和振动加速度进行了比较分析。最后,研究结果表明,采用轴线方向不等宽度磁极结构能够有效地减弱极频电磁力谐波和振动,同时保持电机的转矩密度,证实了优化方案的有效性。

船舶双三相永磁同步电机高频注入算法研究

传统高频信号注入法只适用于具有凸极特性的永磁同步电机,并且在位置估计和电流反馈环节引入多个滤波器,造成位置估计和电流响应延迟,降低了系统的动态性能。针对凸极特性不明显的表贴式双三相永磁同步电机,在低速阶段提出一种基于高频方波电压注入法的无位置传感器控制策略,将高频注入周期和磁场定向控制周期分离,高频注入周期内直接在两相静止轴系采样高频响应电流进行转子位置估计,且位置估计和电流反馈环节均未使用滤波器。通过理论分析和仿真验证了该控制策略的有效性。

考虑电感变化的双三相槽口永磁型混合励磁双凸极电机铜耗监督控制

提出了一种新型双三相槽口永磁型混合励磁双凸极发电机,建立了该电机的矢量空间解耦数学模型,分析了不同工况下电机的电感特性,并提出了一种考虑电感变化的发电稳压铜耗监督控制策略。该策略建立了以最小铜耗为目标,以转矩、电流和电压为约束的非线性规划模型。首先,查找电感响应面,获得电机在当前工况下的实时电感参数;其次,将实时电感代入模型作二次优化,得到适用于电机当前工况的d轴、q轴优化电流及励磁优化电流,在实现系统稳压发电的同时有效减少铜耗;最后,通过Ansys和Simulink的联合仿真,验证所提控制策略的正确性和有效性。

凸极式永磁同步电机矢量控制算法研究与工程实现

以新能源电动汽车用凸极式永磁同步电机为研究对象,根据驱动电机的实际运行工况,提出了在基速以下的恒扭矩区采用最大转矩电流比控制,基速以上的恒功率区采用弱磁控制的矢量控制策略。通过查表法实现矢量控制,即根据电机运行工况,实时查表得到电机交、直轴电流的参考值,实现对永磁同步电机的控制。

基于方波电压信号注入的表贴式永磁同步电机饱和凸极性响应分析及转子位置估计

提出一种基于方波电压信号注入的表贴式永磁同步电机(SPMSM)无位置传感器控制方法。利用持续方波电压变角度励磁的方式,在电机静止时提取αβ坐标系下高频响应电流的峰值包络线,通过包络线的正弦程度来反映饱和凸极性响应;并针对传统的方波电压注入法,设计了一种简化的信号处理方法,避免在基波电流和高频响应电流提取时滤波器的使用,并消除滤波器所带来的时间延迟问题,提高位置估计精度。通过基于RTLAB的SPMSM硬件在环系统进行仿真和实验验证,结果表明:简化后的方波信号注入法能有效实现转子位置估计,适用于较低开关频率下的永磁同步电机(PMSM)无位置传感器控制。

混合动力汽车凸极式永磁同步电机电流解耦控制

针对电机旋转坐标系下直轴与交轴电流耦合的问题,采用对角矩阵解耦控制方法,通过在电机的电流环中增加一个解耦器矩阵,将励磁电流id与转矩电流iq解耦成互不干扰的量,保证电机输出转矩的精准性。仿真试验结果表明:与前馈解耦控制方法、反馈解耦控制方法相比,该方法在电机转速较高或电机参数发生变化时,鲁棒性更好,解耦效果显著。

基于辨识系统的凸极式永磁同步电机矢量控制系统研究

永磁同步电动机的定子电阻和电感受环境影响产生变化,影响矢量控制系统的控制精确度。针对这个问题设计了基于POPOV超稳定性定理的参数辨识系统,该系统能辨识出凸极式永磁同步电机交轴、直轴电感以及电阻的取值,和在运行过程中发生的变化。在转速电流双闭环系统中,辨识模块将电感和电阻等电参数实时反馈到转速和电流控制器进行控制量的计算。仿真结果表明,辨识系统能辨识出电参数取值和发生的变化,对提高矢量控制系统的性能有帮助。

凸形极靴表贴式永磁磁极同步电机性能优化

针对表贴式永磁同步电机空载径向气隙磁密波形正弦性差导致电机反电势波形畸变,影响电机输出性能,改良的复杂结构的永磁钢导致加工成本提高的问题,提出一种表贴式矩形永磁钢加装凸形极靴的新型磁极结构。利用有限元软件建立3相18极54槽永磁同步电机,研究极靴参数对永磁同步电机空载径向气隙磁密、空载反电势、齿槽转矩和永磁钢涡流损耗的影响规律,获得最优极靴参数。输出特性对比分析可得,加装极靴的新型磁极电机空载反电势波形正弦性明显提高,齿槽转矩和永磁钢涡流损耗大幅度降低,电机输出性能显著改善。

基于转子凸极跟踪的无位置传感器永磁同步电机矢量控制研究

在分析高频电压信号激励下永磁同步电机数学模型的基础上,研究了一种基于凸极跟踪的转子位置自检测方法。文中讨论了高频电压信号的注入方式、提取,包含转子位置信息的高频负序电流的外差解调算法以及转子位置跟踪观测器的构成,并对一台内插式永磁同步电机采用旋转高频电压信号注入方式检测转子空间凸极的信号提取全过程进行了实验研究,成功地实现了该电机的无位置传感器矢量控制运行。实验研究表明,基于凸极跟踪的转子空间位置检测方法能准确地观测出转子的空间位置和速度,以此机理实现的永磁同步电机无传感器矢量控制也具有良好的静、动态运行性能。

近极槽数表贴式永磁同步电机齿顶漏磁分析与计算

近极槽数表贴式永磁同步电机的齿顶漏磁比较大,凭传统经验选取齿顶漏磁系数,再利用有限元软件仿真的方法延长了电机设计周期,即齿顶漏磁的快速、准确计算十分必要。根据半单元电机内每个齿的齿顶漏磁各自不同的特点,提出了平均每极齿顶漏磁的计算方法。将半单元电机内的所有齿的齿顶漏磁规算到每个磁极下,推导出了平均每极齿顶漏磁和齿顶漏磁系数的解析表达式。在此基础上进一步研究了电机极数和极弧系数的变化对齿顶漏磁系数的影响。平均每极齿顶漏磁解析法计算结果与有限元软件仿真结果一致,验证了平均每极齿顶漏磁计算方法的正确性和准确性。

基于转子凸极跟踪的永磁同步电机转子位置的自检测方法

提出了一种永磁同步电机转子位置估算的自检测方法。文中讨论了利用旋转矢量载波高频信号注入、外差法及跟踪观测器检测转子位置的原理。同时给出了针对内埋式永磁同步电机的实验系统及实验结果。

反凸极永磁同步电机及其控制技术综述

反凸极永磁同步电机的直轴电感大于交轴电感,与传统正凸极永磁同步电机相比,具有恒功率调速范围宽、过载能力强、空载反电动势低和永磁体不易退磁等特点,在数控机床主轴系统和电动车驱动系统等调速范围要求高的场合中具有广泛应用前景。文中针对反凸极永磁同步电机本体结构和电流控制技术发展现状两方面进行综述。总结反凸极永磁同步电机的特点;分析国内外径向磁场和轴向磁场反凸极电机的结构特点和电磁特性,归纳出其共性规律和个性差别;阐述目前该类电机的电流控制技术;对该类电机及其控制的主要研究方向进行展望。

反凸极永磁同步电机弱磁特性分析

提出一种新型反凸极永磁同步电机,利用转子永磁体分段磁桥和调整铁心为直轴磁通提供路径从而实现直轴电感大于交轴电感。低速运行时采取正值的直轴电流控制产生正值的磁阻转矩,同时正向电流可有效提高永磁体的工作点。高转速运行电机可以使用相对较小的直轴弱磁电流来削弱气隙磁通,实现弱磁升速,有效扩大电机的弱磁范围。建立新型反凸极永磁同步电机的直交轴磁路模型,分析新型反凸极永磁同步电机电磁转矩特性和弱磁特性,并进行有限元分析。理论分析结果与仿真计算分析结果相吻合,验证了反凸极永磁同步电机弱磁的有效性和可行性。

一种凸极式永磁同步电机闭环MTPA控制策略研究

针对基速以下时采用最大转矩电流比控制的闭环矢量控制系统中,当给定转矩或负载转矩突变时,因电流调节器饱和而导致电机动态跟踪过程中实际工作状态脱离MTPA的问题,对凸极式永磁同步电机的MTPA控制、控制器饱和限幅等方面进行了研究。提出了一种d轴电流环优先响应的控制器限幅策略,以优化系统动态跟踪过程中的电流跟踪轨迹提升稳定性;在此基础上,提出了一种采用q轴反馈电流在线修正d轴给定电流的闭环MTPA控制策略;利用Matlab/Simulink搭建了系统仿真模型,并利用基于TMS320F28335的电机控制系统对闭环MTPA控制策略进行了实验研究。研究结果表明:该控制策略在转矩突变时,d轴给定电流可以实时修正,并迅速跟踪,维持电机在动态跟踪过程中实际电流矢量在MTPA附近。

凸极转矩对内置式永磁同步电机转矩波动的影响

转矩波动是内置式永磁同步电机的主要缺点之一,而凸极转矩在转矩波动中占有一定比例。首先给出了包含凸极转矩的内置式永磁同步电机的转矩波动计算公式;其次,通过有限元法计算了内置式永磁同步电机不同转子结构情况下空载反电动势谐波畸变率(THD)与电机电磁转矩波动的关系,揭示两者不成比例;最后利用保存磁导率法和傅里叶分解法将永磁转矩与磁阻转矩进行分离并进行了对比,得出两者在电磁转矩中所占的比例,同时计算了纹波转矩和凸极转矩的波动情况,得到永磁转矩产生的纹波转矩与EMF的THD有关,而磁阻转矩产生的凸极转矩与EMF的THD无关,为降低内置式永磁同步电机转矩波动提供了理论依据。

凸极式永磁同步电机的状态误差PCH控制

针对凸极式永磁同步电机的最大输出功率和负载扰动抑制问题,本文提出了基于状态误差的端口受控哈密顿与L2增益的凸极式永磁同步电机最大输出功率控制方法。首先建立凸极式永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)的PCH模型,根据最大输出功率原理给出了确定系统平衡点的方法,基于状态误差PCH方法的反馈镇定原理求出转速控制器,最后利用L2增益控制原理给出了负载扰动抑制控制算法。仿真结果表明,基于最大输出功率原理的状态误差PCH方法有效地实现了凸极式PMSM速度控制,并且L2增益控制对未知负载扰动具有较好抑制能力。该方法为凸极式PMSM的速度控制提供了新的方法,具有一定实用价值。

一种永磁同步电机凸极信号测量方法

传统永磁同步电机凸极信号测量方法存在测试成本高、大功率场合不适用等不足,为此提出一种基于高频脉振电压注入法的永磁同步电机凸极信号测量方法。通过设置双同步参考坐标系使电动机矢量控制与高频电压注入法相互解耦,实现了在电动机旋转过程中完成凸极信号测量,不仅节省了使用配测设备的成本,而且适用于不同功率等级驱动系统,有效地提高了工程普适性。仿真和实验结果表明,所提方法可准确测量被测永磁同步电机的主凸极强度、次凸极分布规律以及不同负载工况下永磁同步电机的交叉饱和角,为高频电压注入法的实施、多凸极效应的抑制以及交叉饱和角补偿提供有效信息。

凸极式永磁同步电机电磁功率和电磁转矩

永磁电机是联系机械系统和电系统的一种旋转机械。而机械系统和电系统是通过磁场的作用联系在一起。也就是说磁场是机械系统和电系统两者转换的媒介;是电磁功率(电磁转矩)产生的根源。电机学中以双反应理论为基础,求出凸极同步电机的电磁转矩公式。但是它把三相绕组的自感、互感关系一并考虑在合成磁势之中,掩盖了电机各感应系数随时间周期变化的物理实质,这对进一步研究电机在过渡过程及其复杂运行下电磁转矩、能量关系等均有局限性。因此我们从磁场能量相绕组之间的耦合关系,推导出凸极同步电机电磁转矩公式,有助于我们理解同步电机内部的电磁过程。 永磁同步电机的转子磁场是永久磁铁产生的,该转子磁场对定子线圈和铁芯的影响是与电磁铁等效的,我们便可以用一个近似的等效方法计算转子为永久磁铁的电机,用磁场能量和绕组之间的耦合关系,推导出凸极式永磁同步电机电磁转矩公式。