新型两相励磁开关磁阻电机驱动系统的稳态特性分析

该文通过建立开关磁阻电机(SRM)的等效磁网络模型,分析了新型两相励磁控制策略(TPE)下电机的稳态特性。与传统的控制方案不同,两相励磁方案下电机自感磁链和互感磁链都是产生有效转矩的关键因素,文中详细介绍了通过求解等效磁网络模型取代计算绕组的自感和互感,来研究电机的运行特性的方法。实验结果与仿真分析结果的非常接近,证明所提出的方法是正确的。

一种新型两相励磁开关磁阻电机驱动系统的静态特性(英文)

该文主要分析了一种两相同时励磁的开关磁阻电机(SRM)的静态特性。文中首先简要介绍了这种两相励磁系统的结构,然后提出了两相励磁下SRM的磁链模型。基于详细的非线性有限元分析(FEA)的结果,建立了简化的线性模型且利用此线性模型导出了SRM的转矩——转角特性,并和非线性FEA模型下的结果进行了比较。最后,根据FEA的结果,提出了一种优化的控制策略来提高这种SRM的性能。

混合励磁磁悬浮开关磁阻电机转矩建模与分析

针对传统磁悬浮开关磁阻电机的输出转矩小及转矩与悬浮的耦合问题,提出一种四相16/14/8极混合励磁双定子磁悬浮开关磁阻电机。介绍了该电机的拓扑结构、转矩原理与悬浮原理,并优化了转矩绕组的励磁方式,运用有限元法比较分析了该电机与同参数不加永磁体电机的电磁特性,包括电机的转矩特性以及解耦特性,仿真结果验证了该电机自解耦结构的合理性及能有效提高输出转矩。在麦克斯韦应力法基础上,根据电机工作时的磁通分布建立了等效磁路图,采用分段函数拟合铁芯磁化曲线,推导出了考虑磁饱和的转矩数学模型,有限元仿真分析验证了转矩模型与仿真结果较吻合,最小相差约1.4%,最大相差约26%。

共悬浮绕组式无轴承开关磁阻电机两相导通解析模型建立及分析

针对共悬浮绕组式无轴承开关磁阻电机(Sharing Suspension Winding Bearingless Switched Reluctance Motor,SSW-BSRM)在某些位置悬浮力不足的问题,建立了适用于SSW-BSRM的两相导通解析模型.首先,基于SSW-BSRM两相导通的等效磁路图建立电感矩阵,在此基础上,推导得到径向悬浮力与电磁转矩的解析表达式.其次,通过与有限元计算结果对比验证了所推导模型的正确性和优良特性.最后,对两相导通模式进行优化,减小了两相导通模式下所产生的负转矩对电机运行的影响.研究结果表明:在两相导通模式下,SSW-BSRM具有良好的悬浮特性,优化后的两相导通模式能减小负转矩对电机运行的影响.

开关磁阻电机两相励磁条件下互感的实验研究

通过引入互感的方法,表征开关磁阻电机相邻两相同时励磁条件下的每相磁链与单相励磁条件下每相磁链的差别,建立了互感的计算模型,采用实验的方法测取了样机的自感特性和互感特性,分析了互感随转子位置和相电流的变化规律。理论分析了两相励磁条件下互感对输出转矩的影响,并通过实验进行了验证。推导了计入互感时的相电压平衡方程和转矩建模方法,在此基础上完成了调速系统的建模和仿真。研究表明:偶数相开关磁阻电机存在电磁不对称励磁相,长磁路励磁相的负互感使输出转矩有所减小,一个导电周期内转矩波形不规则,转矩脉动有所增加,本文可为开关磁阻电机的准确建模及高性能控制提供理论依据。

新型两相同步对称励磁模式开关磁阻电机及其转矩特性

电动汽车用开关磁阻电机转矩特性对电动汽车整车动力性能与乘坐舒适性能起着至关重要的作用。为了降低开关磁阻电机传统绕线布置形式进行两相同步励磁控制模式时的转矩脉动,提高其输出转矩,在揭示了传统绕线方式两相同步励磁时转矩不对称问题的基础上,通过改变电机绕组绕线方式,提出了一种新型两相同步对称励磁模式;针对建立的新型励磁模式电机电磁模型,利用数值计算方法得到了该模式下电磁转矩特性曲线,并以单相励磁模式为参考进行了对比分析。设计了新型励磁模式开关磁阻电机电磁转矩特性测试实验,实验结果验证了提出的新型励磁模式的有效性。

8/6极开关磁阻电机两相励磁电磁转矩分析

为了准确掌握SR电机两相励磁状态下的电磁转矩情况,针对四相8/6极SR电机,采用准线性模型,从单相励磁运行时电磁转矩入手,将单相励磁转矩计算结果扩展至两相励磁运行状态。根据四相8/6极SR电机结构特点,在一个极矩下电磁转矩的变化过程中增加了两个过渡阶段,从而推导出两相励磁运行时电磁转矩的计算公式,绘制了单相与两相励磁转矩波形图,分析了两相励磁运行特点。最终从电磁转矩计算公式和转矩波形图上验证了两相励磁是SR电机提高转矩平稳性重要方法这一结论。

两相同步对称励磁模式开关磁阻电机的电感特性

为研究两相同步对称励磁模式下开关磁阻电机的电感特性,在提出的新型两相对称励磁绕线方式的基础上,采用静态电磁场有限元分析方法对该新型励磁方式进行了自感与互感特性的研究.通过与传统单相励磁方式的对比分析,得到两种方式下各电感参数的规律特性,进而提出自感比例系数与互感比例系数,得到了两种方式下的电感参数差异规律特性.在与单相励磁模式下两相转矩之和进行数值对比的基础上分析了互感对两相励磁转矩特性的影响.理论分析和实验研究表明:相较传统单相励磁方式,两相同步对称励磁模式各相自感曲线呈不对称分布,相间互感对磁场分布影响更大,同时互感作用在一定条件下提高了该模式的转矩特性.这可为两相励磁模式开关磁阻电机的准确建模、无位置控制及高性能控制提供理论依据.

一种开关磁阻风力发电机新型功率变换系统及其最大功率点跟踪控制

本文提出一种含可变励磁电压且所用开关管数量最少的新型开关磁阻发电机(SRG)功率变换器,包括主电路与励磁电路,主电路所需主开关管数量等于SRG相绕组数,励磁电路仅需一只主开关管。励磁电压与发电电压解耦并可独立控制,励磁电路无隔离环节并与主电路共地。在分析该新型功率变换器工作原理的基础上,针对变速风力发电应用工况,提出基于该新型功率变换器的SRG最大功率点跟踪(MPPT)控制方法,给出励磁电压扰动控制策略。通过对一台750W的SRG样机系统进行仿真和实验,并与基于共上管功率变换器的SRG风电MPPT进行比较,结果表明本文所述新型SRG功率变换器的输出功率增加1.5%,验证了该新型功率变换器及其控制策略的有效性。

计及互感的开关磁阻电机单双相励磁静态性能分析

针对开关磁阻电机双凸极结构及开关电源供电导致的其固有转矩脉动问题,运行时期望保持各相电感曲线重叠,研究由磁链交互引起的互感耦合及饱和效应。从电机设计的角度详细分析了单双相励磁时开关磁阻电机的静态性能及其与相电流、转子位置的关系:包括长、短磁路模式下电机单双相励磁的自感和互感曲线,相邻相对导通相磁链的影响,以及互感对输出转矩的影响,并且实测了四相8/6结构开关磁阻电机的自感及互感曲线。理论分析和有限元计算及实验研究均表明,相邻两相为短磁路励磁模式时,可获取较高平均转矩。

三相串联励磁式无轴承开关磁阻发电机原理与实现

为减少无轴承开关磁阻发电机(BSRG)所需功率器件数目,提出了一种将相邻三相定子齿极上的励磁绕组串联的新型发电励磁方式。在详细阐述其工作原理的基础上,从两套绕组的电压方程出发,建立其电流模型,进而结合磁链-电流曲线分析不同发电模态下的机电能量转换过程。根据悬浮力数学模型,提出相应控制策略以实现电机稳定悬浮发电运行,实验结果证实了所提方案的有效性。

单转向两相开关磁阻电机控制

研究了单转向两相开关磁阻电机的控制方法。首先,根据被控电机的结构及参数提出了该电机的线性化模型,并给出了电感及转矩的计算公式;然后,研究了电机的起动控制方法,提出了基于电流分配函数的低速运行控制算法,设计了基于神经网络的关断角优化高速控制策略,并给出了神经网络的学习过程及样本训练数据的获取方法;最后,通过实验样机的测试,给出了起动、低速及高速运行时的电流波形,并通过不同关断角控制方案的效率测试,证明了设计的神经网络关断角优化控制策略在全转矩范围内具有效率优势。

开关磁阻电动机两相同步励磁与定子绕组模式研究

以4/6极三相开关磁阻电动机和6/8极四相开关磁阻电动机为研究对象,分析了三相、四相开关磁阻电动机的绕组布置结构和相间连接方式对两相同步励磁下的磁场以及转矩脉动和平均转矩的影响,给出了8种典型组合模式下两相同步励磁工作的电动机转矩特性,指出三相反向绕组、各相独立连接模式,三相正向绕组、相间星形连接模式,四相反向绕组、各相独立连接模式和四相反向绕组、相间星形连接模式下的两相同步励磁能够降低转矩脉动和提高平均转矩。

新型两相开关磁阻电机结构综述

开关磁阻电机具有结构简单可靠、有体积小、成本低等特点,两相开关磁阻电机是该种电机中结构较为简单的一种,其应用比单相开关磁阻电机更具有普遍性。本文对国内两相开关磁阻电机的基本结构及其拓扑结构进行综述,推导了开关磁阻电机数学模型,探讨了两相开关磁阻电机本体拓扑结构的研究现状及水平,并针对文献中研究的新型两相开关磁阻电机的结构特点及功能进行分析。

电动工具用高速两相开关磁阻电机研究

本文基于电动工具驱动对高速两相开关磁阻电动机进行了研究开发。首先由单相交流串励电机驱动的打磨机工具的性能要求和尺寸限制,给出两相开关磁阻电机的额定参数及主要尺寸,然后对电机进行了电磁设计研究,重点对其阶梯气隙进行优化设计研究,以满足电机的自起动能力和低转矩脉动要求,并对设计计算结果进行了电磁场有限元仿真验证;其次研究开发了两相开关磁阻电机驱动控制系统;最后进行了样机试制和样机试验,试验结果验证了分析计算的正确性及该种电机用于高速低成本驱动的可行性。

开关磁阻电机的精确延时两步换相控制

两步换相法是一种较为方便和实用的抑制开关磁阻电机(SRM)振动的控制方法,其抑制振动的效果与零电压续流时长有直接关系。在数字控制系统中,由于关断角在脉宽调制(PWM)载波上出现的位置是随机的,因此两步换相的时间间隔难以准确控制,在此提出了一种精准延时两步换相控制方法。为了实现精准延时,绕组续流通道被强制改变,从而发生换桥续流现象,在相绕组两端产生尖峰电压,对此提出了针对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)关断拖尾的解决方案。最后,搭建了控制系统实验平台,通过实验证明了所提方法的有效性。

开关磁阻发电机半自励功率变换器的设计分析与验证

开关磁阻发电机的输出功率和发电效率有待提高,而功率变换器作为开关磁阻发电系统中能量转换的通道,对整个发电系统的性能改善有着重要意义,可通过对功率变换器进行设计,达到提高开关磁阻发电机输出功率和发电效率的目的。因此首先提出从励磁电压与发电电压解耦角度出发,提高励磁电压并使发电电压低于励磁电压的半自励功率变换器及其控制策略;然后通过启动运行和稳态运行仿真验证了半自励功率变换器的可行性和预防过度充电能力,通过变速、变负载仿真发现随着转速和负载电阻的提高,半自励功率变换器励磁电压与发电电压也随之提高,能够有效提高开关磁阻发电机的输出功率及发电效率,尤其低速时输出功率及发电效率有明显提高,通过单相故障运行仿真,验证了半自励功率变换器具有较强容错能力;最后实验验证了理论分析和仿真的正确性,以及提出的半自励功率变换器及其控制策略的有效性。

基于Buck变换器的开关磁阻发电机新型励磁模式

提出了基于Buck变换器的开关磁阻发电机(SRG)新型励磁模式。给出并分析新型模式的功率变换器主电路,每相桥臂只需1个主开关器件和1个续流二极管;直流侧电容两端加一个Buck变换器,SRG的输出电压经Buck变换器降压后作为励磁电压,将输出的部分能量回馈到励磁电容,实现励磁。该励磁模式无需外部励磁电源,改变占空比D或通过Buck变换器闭环控制可独立调节励磁电压,且D>0.5时有利于提高输出功率。建立SRG新型励磁发电系统仿真模型,仿真结果表明系统能稳定运行,励磁电压独立可控,发电质量较好,验证了所提出的新型励磁模式的可行性和优越性。

基于励磁机定子直轴电流定点采样的航空多级式起动/发电机低速段转子位置估算方法

航空多级式起动/发电机起动时,需要准确的主电机转子位置,而位置传感器受体积、重量等制约,需要开展转子位置估算研究。该文基于多级式电机结构特征,通过分析转子位置在主励磁机定子电流中的表征,提出一种基于两相励磁机定子直轴电流定点采样的低速段转子位置估算方法。该方法在起动时分三步实施:首先,实时采集主励磁机定子两相电流,并变换到定子磁场同步旋转dq坐标系;其次,对直轴电流定点采样,提取包含转子位置信息的正余弦信号,通过锁相环获得主励磁机转子位置增量;然后,结合主电机与主励磁机同轴安装特征及主电机初始位置,获取主电机实时转子位置,并实现低速段无位置传感器起动。该方法无需高频信号注入和滤波器,不依赖主电机凸极性且锁相环鲁棒性强。最后,实验验证了所提方法的有效性和较高的估算精度。

一种新型混合励磁开关磁阻电机

针对开关磁阻电机功率密度低的缺点,将传统开关磁阻电机与高性能的稀土永磁材料相结合,提出一种新型混合励磁开关磁阻电机方案。文中在分析新型混合励磁开关磁阻电机的结构与工作原理的基础上,利用等效磁网络图解法对电机的永磁磁阻转矩进行分析,指出对其大小影响的因素。应用二维电磁场有限元法分析了传统的开关磁阻电机,并研究了永磁体励磁和电机绕组的电励磁的相互关系,分析永磁体励磁对电机电磁转矩输出的作用,计算永磁体的结构尺寸对新型混合励磁开关磁阻电机性能的影响,总结电机设计和优化规律,比较了这种电机与传统电机性能上的差异。