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。

凸极式永磁无刷直流电机无位置传感型瞬时转矩观测

电磁转矩的准确观测是实现永磁无刷直流电机(brushless DC motor,BLDCM)直接转矩控制(direct torquecontrol,DTC)的关键。另外,有些BLDCM还具有一定的凸极现象,增加了电磁转矩观测的难度。为此,该文针对凸极式BLDCM-DTC驱动提出一种无位置传感器型电磁转矩观测器。该观测器利用BLDCM定子电流状态方程构建一个转子反电动势自适应的定子电流观测器,利用自适应机制推导出转子反电动势辨识值;根据辨识的转子反电动势,采用锁相环输出平稳的转子位置角观测值;基于该观测角,计算出电磁转矩,实现凸极式BLDCM-DTC系统平稳运行。实验结果表明,所提观测器观测的电磁转矩与实际值非常接近;无位置传感器DTC系统动态响应迅速,稳态运行平稳,最低运行转速可达33 r/min。

新型凸极式转子无刷电励磁直流电机设计与分析

为了消除永磁无刷直流电机中永磁体存在的固有缺陷,本文提出一种新型凸极式转子无刷电励磁直流电机,即用通电激磁线圈代替永磁体,实现增磁、弱磁之间的无扰动衔接,控制输出转矩,拓宽了电机的转速范围。本文对电机的拓扑结构及工作原理进行了详细介绍,提出了电机的设计方法,并运用三维有限元方法对电磁特性进行了分析,得到转速及转矩特性表明电机设计的合理性,符合电机设计要求,且电机性能良好。通过制作样机的实测数据较好的验证了有限元分析的结果,同时实验证明电机起动响应速度快,起动后电机稳定运行性能好。结果表明此电机能够应用于响应速度快、调速范围宽,输出转矩大等场合,具有理论意义与实际应用价值。

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。

具有代数约束的STATCOM与凸极式发电机励磁协调控制研究

主要研究含有静态同步补偿器装置的电力系统协调控制方法,以单机无穷大(single machine infinite bus,SMIB)系统为例,采用凸极式发电机(xd′≠xq)模型,并利用几何反馈线性化方法,进行励磁与静止同步补偿器(staticsynchronous compensator,STATCOM)的协调控制。在所研究的系统模型中,假定STATCOM输出的电压向量方向与无穷大系统电压向量的夹角为任意的δS,建立凸极式发电机与STATCOM所组成的具有约束代数方程的非线性系统模型,弥补了凸极式发电机励磁与STATCOM协调控制技术研究的不足。克服了以往的STATCOM模型需要假设STATCOM输出电压向量在d轴的强约束条件,使得所研究的STATCOM模型与控制方法更加符合实际的工程应用。仿真结果表明了所提出的模型和协调控制方法的合理性和有效性。

含STATCOM装置的凸极式发电机励磁稳定控制设计

针对单机无穷大系统,采用凸极式发电机(xd′≠xq)模型,建立了包含静态同步补偿器(STATCOM)的系统方程,并利用微分几何线性化方法,实现了凸极式发电机励磁与STATCOM的协调控制,克服了以往的STATCOM模型需要假设STATCOM输出电压矢量在d轴的强约束条件。该设计方法进一步推广了微分几何线性化理论和控制器的应用范围,并提高了STATCOM与励磁协调控制的实用性。仿真结果表明文中所提出的模型和协调控制方法的合理性和有效性。

基于最大推力电流法的凸极式永磁直线同步电动机无速度传感器推力直接控制

针对凸极式直线永磁同步电动机的推力生成机制,本文提出了一种高性能的直线永磁同步电动机伺服驱动——基于最大推力电流法的无速度传感器直接推力控制。这一控制方式充分利用了磁路结构不对称所生成的磁阻推力,并将其与结构简单、响应快速的直接推力控制结合,使得电动机效率得以提高,功耗降低,响应速度更快。仿真实验结果证实了该方法的有效性。

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。

电力系统中凸极式发电机励磁与STATCOM的非线性协调控制研究(英文)

针对单机无穷大系统,采用凸极式发电机(x′d≠xq)模型,建立了包含静态同步补偿器的系统方程,并利用几何反馈线性化方法,实现发电机励磁与STATCOM的协调控制.该方法弥补了凸极式发电机励磁与STATCOM协调控制技术研究的不足,并进一步推广了几何线性化理论和控制器的应用范围,提高了STATCOM与励磁协调控制的实用性.仿真结果验证了文中所提出的模型和协调控制方法的合理性和有效性.

凸极式永磁无刷直流电机直接转矩控制研究

提出并分析研究了一种凸极式永磁无刷直流电机定子磁链幅值不控型直接转矩控制策略。结合凸极式永磁无刷直流电机及其两相导通工作特点,全面建立起两相导通时电压矢量对电磁转矩控制理论。采用转矩单环控制,根据转矩滞环比较输出和定子磁链位置给出所施加的电压矢量,实现转矩的快速控制。推导出两相静止坐标系下电磁转矩计算模型,并针对实际无刷电机转子反电势既非理想梯形波,又非正弦波的情况,提出采用查表方式获得转矩观测所必需的转子反电势和转子磁链方法。实验结果表明,所提控制方案具有快速的动态响应和良好的稳态性能。

凸极式同步发电机空载电压波形的预测计算

提出了一种预测计算凸极式同步发电机空载电压波形的方法 ,据此可以在电机设计阶段 ,根据电机转子磁极形状尺寸及定子绕组结构 ,预测计算电压谐波幅值和波形正弦性畸变率 ,从而优化电机结构设计 ,抑制电压谐波 ,改善电机的电磁兼容性能 .

凸极式无刷直流电机全速段复合矢量控制策略

针对非理想正弦型气隙磁密的凸极式(IPM-Type)永磁无刷直流电机(BLDCM),在传统方波电流控制下难以实现全速度范围的最大转矩比(MTPA)控制及换相转矩脉动抑制,提出一种基于机电能量转换理论和转子同步运动相结合,并考虑复杂参数项的复合矢量控制策略,可以直接提取并控制电机定子电流的转矩分量来同时实现这2个控制目标。首先,在不同转速区间选择近似或实际MTPA模式控制电机。其次,考虑到实际运行过程中电机参数容易随着复杂工况而变化,采用简化的可变参数等效辨识及最优分配方案完成矢量控制。所提策略不仅可以使电机在任意速度区间匹配到最优电流参考点,而且提高了闭环动态响应。实验结果验证了方案的有效性和可行性。

凸极式发电机励磁与非理想STATCOM的协调控制

传统的含STATCOM的电力系统控制方法均采用STATCOM理想模型,即假定接入点的电压与电流相位差恒为90度,而在实际运行中根据不同的工况此角度可为任意值。考虑非理想STATCOM和凸极式发电机模型,首先建立了系统具有代数约束的非线性模型,分析STATCOM接入点的电压与电流相位差为任意角时控制情况的复杂性;进而利用几何反馈线性化理论并结合经典的线性二次型最优控制方法,给出了凸极式发电机励磁与STATCOM装置的协调控制设计方法;最后用一仿真算例验证了所提出方法的正确性和有效性。

两相导通型凸极式永磁无刷直流电机DTC中换相区间转矩跌落抑制策略

两相导通空间矢量调制型直接转矩控制SVM-DTC(space vector modulation-direct torque control)可以有效抑制永磁无刷直流电机BLDCM(brushless DC motor)非换相期间转矩脉动及换相期间的转矩增长现象,但却不能抑制换相期间的转矩跌落现象。为此,对凸极式BLDCM SVM-DTC方法中换相区间转矩脉动进行了分析,提出一种抑制高速区换相区间转矩跌落新方法。根据转矩跌落的大小,调节关断相功率管的占空比,以达到抑制非换流相电流跌落和抑制转矩脉动的目的。实验结果验证了所提转矩跌落抑制控制策略的有效性。

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。

水轮发电机凸极式磁极线圈绝缘结构研究

介绍了水轮发电机凸极式磁极线圈匝间绝缘和对地绝缘的现状,提出了磁极线圈匝间绝缘和对地绝缘的新结构和新材料。应用研究结果表明:改进后的磁极线圈绝缘结构能够有效提升水轮发电机凸极式磁极线圈的绝缘性能和外观质量。

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。

非理想STATCOM与凸极式励磁的协调控制

针对凸极式发电机的详细模型和FACTS核心装置之一的STATCOM的协调控制,分析了STATCOM接入点的电压与电流相位差为任意角β而非理想状态下的时控制情况的复杂性。通过建立凸极式发电机与STATCOM所组成的具有约束代数方程的非线性系统模型,分析了包含STATCOM的单机无穷大系统的特性,利用几何反馈线性化控制理论并结合经典的线性二次型最优控制法,给出了励磁与STATCOM装置的协调控制设计方法。

基于Ansoft的单相凸极式电容电动机有限元模型的建立与仿真

根据单相凸极式电容电动机运行原理和结构特点,利用Ansoft公司的Maxswell系列软件的二维涡流场与瞬态场对其进行建模仿真,进而对电机的稳态性能进行仿真模拟。最终通过仿真结果来查看电机的性能,为电机设计提供参考。

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。