单相三绕组永磁同步电动机的起动性能分析

推导出永磁同步电动机的定子侧绕组的电压约束方程式,建立三绕组永磁同步电动机在d-q-0坐标系下的动态数学模型,对电机的起动瞬态特性进行分析;运用对称分量法分析三相永磁同步电动机的电路系统,计算起动和运行时需要的电容值;根据牵入同步判据,计算不同负载下所能牵入同步的最大转动惯量。通过实例对三绕组永磁同步电动机牵动负载的起动过程进行仿真分析,结果表明在单相电源供电系统下,可以选择合适的电容值使其起动和运行。

单相三绕组永磁同步电动机的稳态性能

在使用电容的单相电源供电系统的电路中,异步电机的运行是众所周知的。异步电机在单相电源供电系统中的详细研究已有文献记载[1],但是在永磁同步电动机中却较少进行这样的研究。为提高电能的利用率,解决电力不足而导致电能消耗急剧上升时,电能的高效利用率问题,对单相电源供电系统下的永磁同步电动机的稳态运行性能进行了详细研究。利用对称分量理论结合坐标变换理论进行分析,推导出在单相电源供电系统下,永磁电动机运行时所需电容值大小的几种计算方法,并对其进行比较,通过Matlab进行仿真实验。结果表明:利用最小不平衡因数和最大效率法所求得电容值为最佳电容值,可使永磁同步电机达到良好的运行性能,有效的提高了电机的效率。

双三相永磁同步电动机驱动器全开路故障模式的诊断方法

准确地对驱动器开路故障进行识别与诊断能够有效防止故障进一步恶化所引起的严重事故,也是实施恰当容错控制策略的先决条件。驱动器的开路故障类型包含单个功率开关管故障、多个功率开关管故障以及功率开关管和相的混合故障,提出能够识别上述所有类型全开路故障模式的诊断方法。首先,为了便于模拟多类型的故障场景并提高理论模型的计算精度,构建能够计及诸多非理想因素和电机与驱动器之间相互影响关系的直接耦合分析模型,并通过实验验证了该模型的准确性和有效性。其次,通过矢量空间解耦中的子平面电流和绕组相电流分别提取故障因子和辅助故障因子,提出基于2种故障因子的诊断方法,并明晰2种故障因子的阈值范围和使用方法。最后,依托验证后的直接耦合分析模型,对6种不同类别的开路故障进行识别和诊断,证明所提方法的有效性。

基于滑模控制的永磁同步电动机DTC仿真研究

针对传统永磁同步电动机(PMSM)直接转矩控制(DTC)中转矩和磁链脉动大的问题,在转矩和磁链控制中引入超螺旋滑模变结构,并采用基于莱维飞行的改进粒子群(PSO)算法对其可调参数优化整定。为加快系统动态响应速度,采用速度滑模控制器代替传统PI调节器。使用Matlab/Simulink对引入滑模变结构的DTC系统进行了仿真研究,分别对空载和带载条件下的转速、转矩以及磁链进行分析。仿真结果表明,滑模变结构的引入可有效抑制转矩和磁链脉动,降低转速超调,缩短过渡时间。仿真研究有助于学生更好地理解与应用滑模理论,并增强学生理论结合实际与自主创新意识。

双三相永磁同步电动机绕组不同相移的控制性能分析

基于Ansoft Maxwell 2D的仿真环境,建立两套绕组不同相移(相移30°和180°)的双三相永磁同步电动机仿真模型。在静态磁场,空载瞬态磁场和负载瞬态磁场下,分别对这两种永磁同步电动机的内部电磁场进行仿真分析。获得绕组自感和互感曲线,感应电动势和电磁转矩曲线,比较两种模型的电磁性能。然后结合电磁场分析结果,利用Matlab仿真软件建立两种电机的数学模型,对电机的控制性能进行仿真分析。分析结果为双三相永磁同步电动机的优化设计及进一步研究提供了理论依据。

基于自适应迭代学习控制的永磁同步电动机稳态转速脉动抑制策略

为了提高永磁同步电动机转速控制的性能,抑制其稳态下的转速波动,设计了一种并联于传统速度PI控制器的自适应迭代学习控制器,用于对转速波动进行补偿。针对传统迭代学习控制器对非周期信号抗扰能力差的问题,提出了Fal函数与迭代学习控制器结合的方法,保证了系统在调速时仍具备良好的响应特性;针对迭代学习控制器迭代增益系数的整定问题,提出了一种控制参数自适应的迭代学习控制方法。实验结果表明,所提出的Fal函数与迭代学习控制器结合的方法能有效提升系统的抗扰能力;同时,提出的参数自适应方案也能提升迭代学习控制器对转速波动抑制的能力。

基于模糊排序的永磁同步电动机模型预测电流控制

针对永磁同步电动机模型预测电流控制的成本函数中权重系数不容易确定的问题,提出一种基于模糊排序法的模型预测电流控制策略。首先,通过排序法对不同电压矢量所对应的电流误差及切换时的开关频率进行排序,从而无须再对权重系数进行设计。由于控制目标重要性并不完全等同,设计一种带有变增益系数的排序优化方法,调节控制目标的重要程度。传统的权重系数有着连续的取值范围,而变增益系数的取值范围有着离散性和分段性的特点,相比较之下,后者的调整和设计过程更加的简易。再通过模糊控制,对变增益系数进行动态优化,从而更好地适应电机不断变化的运行状态。最后,仿真和半实物实验结果证明了所提方法的有效性和可行性。

采用绕组变换的双三相永磁同步电动机建模研究

提出了一种双三相永磁同步电动机的数学建模新方法.基于产生相同磁动势和功率不变的原则,构建了一个等效的三相绕组,绕组变换后,原双三相永磁同步电动机等效为普通的三相永磁同步电动机.应用三相永磁同步电动机在两相同步旋转坐标系下的数学模型,完成了双三相永磁同步电动机在d-q坐标系下的数学建模和基于Matlab/Simulink的仿真建模.对一台6极双三相永磁同步电动机进行了仿真和实验,两者间最大误差在5%以内,因此该建模方法是有效和正确的.

永磁同步电动机无位置传感器全速域控制仿真实验设计

为了解决现有永磁同步电动机(PMSM)无位置传感器控制方法存在的位置估计精度低、各速域切换不平稳问题,提出了一种全速域复合控制策略。在低速域采用脉振高频电压注入法获取准确的转子位置。在中高速域采用基于快速超螺旋滑模(FSTSM)算法的模型参考自适应系统(MRAS)无传感器控制方法,通过增加反馈校正环节加快误差的收敛;采用FSTSM算法替代比例-积分(PI)环节,并引入双曲正切函数代替FSTSM算法中的符号函数。仿真实验结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。

永磁同步电动机的分层多目标优化研究

为保证电动机运行过程中有更大的输出转矩、更小的转矩脉动及齿槽转矩,以输出转矩、转矩脉动及齿槽转矩为优化目标,以电动机的8个基本参数为优化对象,研究了一种基于灵敏度分析的分层多目标优化方法,针对灵敏度指数高的参数采用BBD设计配合进化算法进行多目标优化,其余变量采用DOE法配合进化算法进行优化。仿真结果表明:基于此优化方法,齿槽转矩和转矩脉动得到大幅削弱,验证了该永磁同步电动机优化方案的合理性。

改进扩张状态观测器下永磁同步电动机滑模控制

为了提高永磁同步电动机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)伺服系统的鲁棒性,提出了一种基于改进扩张状态观测器(expanded state observer,ESO)和滑模控制(sliding mode control,SMC)相结合的复合控制器。首先,提出了一种基于新型趋近律的SMC,该新型趋近律中引入系统状态变量,使趋近速度变得与系统状态相关,同时能够保证系统状态在有限时间到达滑模面并收敛到零;其次,利用ESO估计系统状态并抵消外部扰动,且针对传统的fal函数易引起系统抖振和误差较大时引起系统增益大的问题,提出了一种新的fal函数;最后,在Matlab/Simulink中进行仿真。仿真结果表明:相比于使用传统SMC的系统,使用了该新型控制器的系统其响应时间快0.042 s,加入负载扰动时有更好的抗扰动性能,故在使用新型控制器下的系统有更好动态性能和控制精度。

异步起动永磁同步电动机齿槽转矩的削弱

由于异步起动永磁同步电动机的定转子双边开槽,增加了其齿槽转矩的特性分析及削弱措施研究的难度,现有针对该类电机齿槽转矩的削弱措施效果有限。首先,基于永磁体单独作用时的气隙磁密分布、定转子开槽引起的气隙磁导函数分布的解析模型,建立了齿槽转矩的解析分析模型;然后,研究了能有效削弱齿槽转矩的电机结构参数确定方法;最后,以一台18.5 kW样机为例,确定了能有效抑制电机齿槽转矩的定子齿宽、转子齿宽。结果显示,与现有削弱措施相比,确定的定子齿宽、转子齿宽能进一步将齿槽转矩削弱46.64%、65.98%,并且不会对电机的运行性能产生显著影响。

永磁同步电动机速度伺服系统最优输出反馈控制器设计

针对永磁同步电动机(Permanent magnet synchronous motor,PMSM)模型参数未知以及电枢电流和负载转矩无法直接测量的问题,设计一种基于自适应动态规划(Adaptive dynamic programming,ADP)的输出反馈控制方案,实现PMSM最优速度跟踪控制.首先,根据PMSM内部特性确定其数学模型的结构,构建与原始系统相对应的辅助系统,引入新的线性二次指标来实现速度最优跟踪调节.其次,设计一种嵌入式观测器,该观测器能够在系统模型未知情况下用可测量数据重构系统全部状态.此外,提出一种离线策略的ADP方法逼近最优控制增益的解.最后,仿真结果验证所提控制方案在模型参数未知以及电枢电流和负载转矩不可测量的情况下,实现了精确的速度跟踪性能和良好的瞬态响应,同时降低了电压的冲击.

基于电流检测误差补偿的嵌入式永磁同步电动机无位置传感器控制实验平台设计

对基于高频脉振电压注入法的无位置传感器控制策略而言,转速和转子位置的准确估计十分重要。在传统高频脉振电压注入法的基础上,针对电流检测误差问题,提出一种电流检测误差补偿方法。该方法在传统位置观测器的基础上,增加了参数自适应陷波器环节,通过实时参数修订,消除位置观测器中由电流检测误差引起的二次谐波,提高转速和转子位置估计的准确性。采用品质因数更高的二阶广义积分器提取高频电流,改善控制系统的动态性能。通过搭建实验平台验证了所提补偿方法的可行性。

高压永磁同步电动机实心转子三维温度场分析

为了更准确地研究高压大功率永磁同步电动机的温升情况,对315 kW,6 kV永磁自起动同步电动机进行分析。以二维电磁场分析得到的损耗为热源,建立了永磁同步电动机实心转子三维温度场的物理模型和数学模型。由于转子端部的构件比较复杂,故采用反推迭代法确定端部表面散热系数。其后通过给定求解域内的基本假设和边界条件,利用三维有限元法对电机进行了温度场计算,将最终计算结果与实测值进行比较,验证其满足工程精度的要求,为以后表面散热系数的确定提供了新的理论依据。

永磁同步平面电动机三自由度运动控制器

建立了永磁同步平面电动机动子的3自由度动力学模型,并在偏摆角位移较小的假设基础上,对动力学模型进行了简化,进而拟定了通过同时调节4个电磁推力以产生所需偏摆限位转矩的力控制策略。此外,基于状态空间极点配置法,分别设计了与3个自由度对应的位置伺服控制算法,并且对所建立的控制系统进行了数值仿真,仿真结果表明所采用的控制策略和控制算法使控制系统达到了预期的动、静态指标。

绕组类型与极槽配合对永磁同步电动机性能的影响

主要研究了单双层绕组及不同的极槽配合对分数槽绕组永磁同步电动机性能的影响。通过建立8极18槽、16极18槽、20极18槽的单、双层绕组分布的永磁同步电动机的二维模型,得到绕组分布图。分别进行有限元仿真计算,得到各模型的磁力线分布图、电磁转矩波形、转矩脉动波形、齿槽转矩波形和空载反电动势波形,通过对这些波形的分析得出不同绕组类型与极槽配合对电机性能影响的规律。

三电平矢量控制的永磁同步伺服电动机调速系统

介绍了三电平空间矢量脉宽调制技术,并采用坐标变换、转子磁场定向控制、三电平空间矢量调制及直接转矩控制策略设计了一套永磁同步电动机控制系统。仿真结果表明,应用三电平空间矢量脉宽调制技术的永磁同步电动机直接转矩控制系统具有优异的性能。

三相不对称供电自起动永磁同步电动机的仿真研究

三相电压不对称对永磁同步电动机的性能影响较大。该文基于Matlab/Simulink建立了三相自起动永磁同步电动机的瞬态仿真模型,采用了复数电压不平衡因数(CVUF)的概念,对三相电压供电的三相自起动永磁同步电动机进行了仿真研究,分析了对应不同CVUF时电机的起动时间,稳态时的定子电流不平衡因数、转矩波动、转速波动、转了铜耗, 给出了仿真曲线,并得出了相应结论。

电动汽车用永磁同步电动机的绕组换接运行分析

提出并采用永磁同步电动机 (PMSM )的绕组换接方法以在不增加逆变器容量的前提下改善电动汽车的低速爬坡能力和起动加速能力 ,提高电动汽车的一次充电续行里程。给出PMSM绕组换接的原理、方法、参数变化 ,分析了绕组换接的动态过程 ,采用计算机仿真方法对比了电动机有无绕组换接对电动汽车起动加速及低速爬坡能力的影响 。