两自由度直驱感应电机旋转部分对直线部分的耦合效应

由于两自由度直驱感应电机的特殊电机结构,其旋转部分和直线部分会通过磁场的耦合影响电机整体的性能,主要表现在转矩波动、速度降低、损耗增加等。文章通过三维有限元法对两自由度直驱感应电机旋转部分对直线部分的耦合效应进行分析。在恒压频比的条件下,建立两自由度直驱感应电机的三维有限元模型,对感应电压、感应电流、电磁推力和动子损耗进行分析。结果表明,两自由度直驱感应电机旋转部分通电后产生的旋转磁场与直线部分交链,在直线部分的绕组中会产生三相不对称的感应电压和感应电流,作用于电机动子,造成电机推力波动和动子损耗的增加,为两自由度直驱感应电机进一步的优化和控制系统研究提供重要的参考价值。

两自由度直驱感应电机耦合效应分析和矢量控制建模

两自由度直驱感应电机轴端可以输出旋转运动、直线运动和螺旋运动。本文针对两自由度直驱感应电机的特殊结构与现象,建立耦合模型分析直线部分行波磁场对旋转运动的影响,修正了旋转部分转矩方程与直线部分推力方程。在两自由度直驱感应电机dq坐标系数学模型的基础上,建立该电机的转子磁场定向矢量控制模型,加入对直线部分与旋转部分耦合效应的动态补偿,在Matlab中搭建了该电机的矢量控制系统。仿真结果表明,旋转速度与直线速度能够快速跟踪给定速度,验证了考虑耦合效应动态补偿矢量控制模型的正确性。

两自由度直驱感应电机转子结构设计与优化研究

针对两自由度直驱感应电机(2DoFDDIM)采用实心转子结构其性能指标较低的问题,设计了一种适用于2DoFDDIM的开槽铸铜转子结构。从有限元分析结果可以看出:开槽铸铜的转子结构可以有效改善转子涡流回路进而提高电机性能指标。为了选取转子最优的开槽参数,以2DoFDDIM旋转运动部分为研究对象,引入了田口法实现2DoFDDIM的多目标优化。选取电机的转矩、转矩波动、效率、功率因数、转矩电流比等特性作为优化目标,确定了对优化目标影响较大的参数及其影响因子范围。建立实验正交矩阵,计算开槽参数的因子水平对目标性能的影响比重,从而确定最优的参数组合。通过优化前后特性对比,结果表明优化后2DoFDDIM的综合性能得到极大的提高。

两自由度直驱感应电机矢量控制系统建模与仿真分析

为解决两自由度直驱感应电机(Two Degree of Freedom Direct Drive Induct Motor, 2DoFDDIM)矢量控制因受端部效应与耦合效应影响而导致解耦错误的问题,提出了一种两自由度直驱感应电机矢量控制策略。该控制策略基于一种考虑动态端部效应与耦合效应的2DoFDDIM数学模型,对其解耦过程进行设计,在线计算修正滑差频率,通过MATLAB软件对2DoFDDIM启动、突增负载及给定转速变化等动态过程进行仿真,结果表明,该控制系统输出转速能够跟随给定,突加负载后恢复稳态时间为0.03 s,转速上升时间为0.05 s,并且能够抑制稳态时的转速波动。验证了控制系统模型的正确性及控制算法的可行性,为该类型电机的控制系统设计提供依据。

两自由度直驱感应电机优化设计及特性分析

针对两自由度驱动技术多采用两个或者多个旋转电机以及中间传动装置的复杂性,提出一种两自由度直驱感应电机新结构,可以实现直线、旋转及螺旋运动。采用解析算法,初步确定电机的主要参数;采用有限元参数化建模方法对实心转子导电材料、导电层放置位置以及导电层厚度等进行优化。仿真结果表明,转子采用钢铜复合次级材料,钢层外置铜层内置时,电机运行特性最佳。分析了旋转运动部分和直线运动部分堵转(堵动)及突加负载情况的电机特性,分析结果表明该电机性能达到设计要求。

两自由度直驱感应电机电磁场分析和特性计算

能够做直线、旋转或螺旋运动的两自由度驱动器在机械工具和机器人等领域有可观的应用价值。本文提出一种具有新型结构的两自由度直驱感应电机并针对该电机镀铜铁磁空心动子特殊结构及多运动形式加剧转子电磁场分析的复杂性,采用简化三维电磁场分析的等效平板模型,利用Maxwell方程组建立电机三维电磁场约束方程并求解气隙、转子铜层和钢层的电磁场量;利用电磁场计算结果和介质表面阻抗的概念计算电机转子参数,采用等效复数磁导率考虑铁磁材料非线性磁化影响。对比分析电机等效电路模型和有限元模型的特性计算结果,表明所述两自由度电机等效电路的合理性以及采用等效平板模型简化分析的可行性。

两自由度直驱感应电机运动耦合分析

两自由度直驱感应电机满足特殊场合的需求,其轴端可输出旋转、直线或螺旋运动。针对两自由度直驱感应电机多运动形式的耦合性造成对其特性分析具有一定困难,通过建立两自由度直驱感应电机的简化模型,利用麦克斯韦方程组建立旋转运动与直线运动之间相互影响的运动耦合数学模型,并对两自由度运动耦合影响进行定性分析;建立了两自由度直驱感应电机的三维有限元参数化模型。通过对电机在不同运行状态下进行仿真分析进行验证,结果显示旋转运动对直线运动存在一定的削弱影响,而直线运动对旋转运动影响则很小。说明所建立的运动耦合数学模型的合理性和可行性,对于旋转-直线电机的理论研究和应用具有一定的参考价值。

两自由度直驱电机的研究现状及发展

两自由度直驱电机具有直接驱动的特点,即不需要中间传动机构即直接驱动负载作直线、旋转或螺旋运动,大大减小设备体积,显著提高效率。两自由度直驱电机在需要复杂运动的动力系统如数控机床、机器人、雕刻机、汽车生产线、搅拌机、球形阀等设备中,具有非常广阔的应用前景,受到学术界和工业界的广泛关注。目前典型的两自由度直驱电机大都属于感应电机、永磁电机或磁阻电机类型。设计理论采用"场化路"的解析法或有限元法,建立数学模型以及求解电磁场方程分析。本文通过参考国内外最新文献,分析了两自由度直驱电机的设计理论、控制方法和应用技术等方面的研究现状及发展概况,针对现有两自由度电机技术,提出一种新型的两自由度直驱感应电机(2-DOF DAIM)拓扑结构,阐述其工作原理及优点,讨论了未来两自由度直驱电机的发展方向。

两自由度直驱感应电动机的特性分析

两自由度直驱感应电动机的实心铁磁圆柱结构转子的涡流场和磁场分布非常复杂,造成电机特性计算比较困难。采用"透入深度法"建立两自由度直驱感应电动机的数学模型并对其进行特性分析。通过建立两自由度直驱感应电动机的有限元模型进行仿真验证和特性分析。解析法与有限元法结果的对比结果较为吻合,表明透入深度法应用于两自由度直驱感应电动机的合理性。对于旋转-直线电机的设计、研究和应用具有重要的参考价值。

基于二自由度的直驱永磁同步风电机组机侧PWM控制

本文针对直驱永磁同步风力发电机(D-PMSG)机侧控制系统对性能指标跟踪性和抗扰性都有较高要求的特点,在介绍直驱永磁发电机d,q轴数学模型和矢量控制基础上,提出采用目标值滤波器型二自由度PID控制器来实现跟踪性能和抗扰性能的双优控制,仿真实验证明了这种方法的可行性。

基于二自由度PID的直驱永磁同步风力发电控制系统设计

以永磁同步发电机(PMSG)为研究对象,在分析永磁同步发电机数学模型的基础上,结合矢量控制技术,提出了一种二自由度PID转速控制方法,并在MATLAB/Simu-link环境下构建系统的仿真模型。仿真结果表明,二自由度PID控制方法与传统PID控制相比,具有目标值快速跟踪和抗干扰性能高的优点,提高了系统的动态性能。

用于风力发电的直驱型和齿轮增速型发电机概念的比较

该文章的目的是对用于风机的五种不同发电机系统进行比较，既带三级齿轮的双馈感应发电机（DFIG3G），电励磁直驱动的同步发电机（DDSG），直驱永磁发电机（DDPMG），带一级齿轮箱的永磁发电机（PMGIG），带一级齿轮箱的双馈感应发电机（DFIGIG）。该比较是在指定风力环境中，以成本和年发电量的基础上作比较，DFIG3G是采用标准件的一种廉价方案。DFGIG在经发电量与成本比角度考虑而言，似乎是最有吸引力的。DDPMG具有最大的发电量，但尽管它比DDSG要便宜，但它比带齿轮箱的发电机系统要昂贵。

混合风电场中PMSG协助感应发电机低电压穿越

针对直驱永磁同步机组(PMSG)协同感应风电机组(IG)低电压穿越(LVRT)问题,提出PMSG最少台数的定量算法。根据转矩平衡关系,计算IG滑差失稳的临界转差率。根据临界转差率和故障持续时间,对转矩平衡方程积分,得到IG不失稳时公共连接点临界电压。根据并网导则的最严重电压跌落,推导协助IG LVRT所需无功和PMSG最少台数。给出动态仿真结果以验证协同LVRT效果,量化了理论推导误差。发现IG惯性时间常数或转子电阻越大,机械转矩或定子电抗越小,故障时间越短,临界电压越低,PMSG越容易协助IG LVRT;对临界电压影响从大到小依次为IG机械转矩、故障时间、IG转子电阻、IG惯性时间常数和定子电抗。

不同风电机组的频率响应特性仿真分析

研究分析了恒速异步风力发电机、双馈感应风力发电机和直驱永磁同步风力发电机组成的风电场的频率响应特性;利用DIgSILENT/PowerFactory建立了风电场的动态模型;通过仿真显示:由于采用解耦控制方式,基于双馈感应电机、直驱永磁同步电机的变速风电机组不能对系统频率变化做出快速有效响应,而基于异步感应电机的恒速风电机组能快速地对系统频率变化做出正确响应,能有效地提高系统的频率稳定性。

多机型风电机组机网扭振的模型与机理

分别针对风电场的定桨失速型、直驱式永磁型和双馈异步型风力发电机组3种主流机型的机网扭振机理进行了分析。建立了风力发电机组机网扭振研究的小信号分析模型,包括风力机的机械旋转系统模型、发电机模型、控制模型及电网模型。其中机械旋转系统包括风力机的桨叶、高速轴、齿轮箱、低速轴和发电机转子,等效为3个集中质量块-弹簧模型;发电机、电网及控制模型均在dq坐标系下建立。建立了整个模型的状态方程。通过仿真研究了上述3种机型风电机组机网扭振的单机对无穷大仿真模型,利用输电线路首端三相短路故障激发风电场和电网间的机网扭振现象,得到了转速和转矩的扭振曲线,扭振频率与计算得出的风力发电机组机械旋转系统固有频率吻合,验证了模型的准确性。

直驱式与带齿轮箱风力发电机的比较

本文的主题是比较5种不同的风力发电机系统，即带三级齿轮箱的双馈感应发电机（DFIG3G）、电励磁的直驱式同步发电机（DDSG）、直驱式永磁发电机（DDPMG）、带单级齿轮箱的永磁发电机（PMG1G）以及带单级齿轮箱的双馈感应发电机（DFIG1G）。这一比较是在给定风况下，以成本和年发电量作为基础。DFIG3G是一个使用标准部件的便宜的解决方案。按照单位成本的发电量计，DFIG1G似乎是最吸引人的。DDPMG有最高的能量输出，尽管它比DDSG便宜，但它还是比带齿轮箱的发电机系统贵。

计及风机无功约束的电压稳定性分析

应用PV曲线法对基于双馈感应风力发电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)风电场的静态电压稳定问题进行研究,提出基于分岔理论的方法来分析考虑双馈风机无功限制影响的风电场静态电压稳定裕度情况。通过含有双馈风电机组的风电场的IEEE30节点算例进行仿真研究,对比分析了不同无功极限对系统电压稳定裕度的影响,仿真结果表明考虑双馈风机功率极限对电压稳定裕度有一定的影响且影响分岔类型。DFIG的无功极限下系统的分岔类型不同,对风电接入系统的裕度影响不同。考虑DFIG发生的不同分岔可以更真实揭示系统的失稳原因和提供实际裕度。

变速恒频风力发电控制及其保护系统的发展

首先,介绍了国内外风力发电机组装机总量的发展现状,接着对风力发电机组的生产设计要求以及各国风电并网运行时的具体技术规范逐一做了讨论,并得出风力发电机组正常运行时的主要控制目标。然后,针对双馈感应异步发电机和直驱永磁同步发电机这两类变速恒频风力发电机,在分别以最大功率点跟踪和低电压穿越为控制目标情况下的控制方案及保护措施进行分析、讨论。最后,对这两种控制目标发展的主要方向做出总结。

风力发电超高次谐波发射特性分析

电力电子装置广泛应用带来的超高次谐波问题近年来被广泛讨论,但风力发电超高次谐波发射特性的研究仍不够充分。本文选取较有代表性的双馈风机与直驱风机并网系统,分别建立其超高次谐波发射的数学模型,确定其超高次谐波频谱;采用谐波畸变率对风力发电超高次谐波主要频率分布范围及总体含量进行量化讨论;将单机系统拓展为多机风电场系统,对比研究了风电场不同风速多机组并联情况下的超高次谐波电流幅频特性。并通过PSCAD仿真验证相关结论的准确性。