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。

基于磁饱和凸极效应的面贴式PMSM零速下无传感器技术

为了实现面贴式隐极永磁同步电机零速下转子初始位置的检测,从电机的高频数学模型出发,引入适合脉振高频注入法实现无传感器运行所需的定子槽磁桥特殊结构,分析了定子槽形和定子槽磁桥尺寸对电机饱和凸极效应的影响,并通过有限元分析予以验证,获得了高频阻抗随转子位置的变化规律,提出零速下无转子位置／速度传感器的控制策略。仿真结果表明这种基于饱和凸极转子位置检测原理的无速度传感器控制对面贴式永磁同步电机零速下定位及运行控制的正确性和可行性。

具有凸极效应的永磁同步电机电磁振动特性

相对于表面式结构,具有凸极效应的永磁同步电机具有结构更加紧凑、转矩/功率密度更高的特点,但同时也对系统的减振降噪带来更大的挑战。针对这一问题,本文建立了具有凸极效应的电动汽车用永磁同步电机的径向电磁力波模型,并深入分析影响电磁力波频率和阶数的因素。其次,进行实验样机的机械有限元分析,获取模态振型和频率特征。最后对高速下实验样机的振动和噪声特性进行实验测量和数值分析,并与前面的理论和有限元预测结果进行了对比分析,验证了径向电磁力波解析式以及模态分析结论与实验测试数据频谱特征的一致性。同时,论文也研究了不同载波频率时,脉宽调制激励对电机振动特性的影响。

计及发电机凸极效应的暂态稳定性实时预测与控制量计算

本文给出利用发电厂本地的电气量及开关量构成发电厂与电力系统之间的暂态稳定紧急控制装置的实时与超实时相结合的算法，算法计及发电机的凸极效应、超实时算法在故障中预测网络的操作，快速预测暂态不稳定性并计算维持暂态稳定所需切机的台数，能在故障后４０ｍｓ内起动切机控制。实时计算跟踪故障的发展和网络的操作，在故障的极限清除时刻计算切机量并起动控制。数值试验表明，该算法对暂态不稳定的预测快速、准确、控制量计算正确且投入切机控制后有效。

转子凸极效应对同步电动机矢量控制的影响研究

本文在气隙合成磁链矢量旋转坐标系上，研究了转子凸极效应对同步电动机矢量控制的影响．严格的数学分析、推导和仿真结果表明，由于凸极同步电动机气隙不均匀，转子纵横轴磁路不对称，以气隙合成磁链矢量定向的旋转坐标系并不能使同步电动机的控制解耦．此外还首次得出考虑转子凸极效应后的同步电动机矢量控制数学表达式，并讨论了不解耦性对转子阻尼绕组的影响．

计及凸极效应的双时标直接法暂态稳定分析

基于同步发电机单轴模型的双时间尺度特性,将电力系统模型分解为快子系统和慢子系统,并考虑发电机的凸极效应(即x’d≠xq),分别构造了快、慢子系统能量函数。将该能量函数与双时标直接法理论基础相结合,以确定主导不稳定平衡点(CUEP)。通过一个单机无穷大系统的仿真计算和稳定域分析,验证了该法在暂态稳定分析中的有效性。方法克服了目前双时标直接法不能考虑发电机凸极效应的不足。

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。

一种新颖反凸极结构永磁同步电动机的设计与分析

针对具有凸极效应的常规永磁同步电动机的问题,即最大电磁转矩的功角大于90°,在负载运行时永磁体存在较大的退磁危险,提出一种具有反凸极效应的新结构永磁同步电动机,并分别对该永磁同步电动机和传统永磁同步电动机进行了有限元分析,得到了电机的气隙磁密波形和空载反电势波形,并进行了谐波分析,求出了交直轴电感特性和矩角特性曲线。与传统的永磁同步电动机相比,新结构电机不仅永磁体用量减少、气隙磁密波形更接近正弦波,而且具有反凸极特性,减小了电机退磁的危险;并且该电机的最大电磁转矩比传统结构电机提高3.33%,增强了电机的过载能力。

基于饱和效应的面贴式永磁同步电动机转子初始位置检测

分析了一种简单有效的永磁同步电动机转子初始位置检测方法。该方法通过对电机定子绕组施加特定的电压信号,利用电机的饱和凸极效应,使绕组电流随位置呈现不同的幅值,从而准确估算出电机转子的初始位置。为了消除估算时电机转动的影响,采用正负脉冲电压交替施加的方式,同时这种方式也提高了检测速度。给出了顺序法和二分法两种实现方法,并对这两种实现方法进行了对比。利用MATLAB建立了具有饱和特性的永磁同步电动机模型,仿真结果证明了该方法的有效性和可行性。

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。

基于基波PWM激励和简化电流斜率测量的多相永磁同步电机转子位置估测技术

当前基于逆变器基波脉宽调制激励的双三相永磁同步电机(DTP-PMSM)无位置传感器的算法无需注入高频信号即可实现低速和零速控制。但是,该方法在非零电压矢量期间需要多次对电流进行采样,算法的实施比较复杂,对硬件要求较高,阻碍了这种方法在工业中的实际运用。为此,本文研究了一种改进算法。该方法直接利用DTP-PMSM本身的凸极效应,从静止坐标系下,以同步采样的方式提取相邻两个PWM周期内平均电流变化率,进而实现转子位置估测。此新方法实现了为位置估测进行的电流采样与为电流环控制进行的电流采样之间的同步,大幅降低了算法的实施难度。论文最后通过仿真验证了所提新方法在低速和零速运行条件下的有效性。

基于绕组电感变化特性的无刷直流电机无位置传感器控制

在具有凸极结构转子的无刷直流电机中,受转子凸极效应的影响,绕组的自感和互感随转子位置呈近似正弦的周期性变化,导致三相端电压在非导通期间的波形随转子位置呈现有规律变化。该文以此出发,分析了非导通相的端点电压在PWM斩波周期内的跳变值随转子位置的变化规律,并阐述了利用此规律进行运行状态下换相位置估计的方法,并与铁心的饱和效应相结合,提出一种新的在静止状态下进行转子位置区间估计的方法。实验结果表明,用所提出的方法能在静止和低速状态下可靠地估算出转子位置,与实际的误差很小,验证了方法的可行性。

永磁感应子式无刷直流电动机的模型及控制

该文根据永磁感应子式电动机的结构和参数的特点建立了三相永磁感应子式无刷直流电动机的磁网络模型。推导了三相永磁感应子式电动机的自感和互感,指出了永磁感应子式电动机的自感和互感均不是常数,电机的凸极效应是由转子存在齿槽和永磁体的磁阻引起的。推导了三相永磁感应子式无刷直流电动机系统在dq参考坐标系下的数学模型。在此基础上分析了电机系统实现矢量控制的机理,为实现永磁感应子式无刷直流电动机系统的磁场定向控制提供依据。

永磁同步电机无位置传感器控制系统

针对传统永磁同步电机无位置传感器控制系统在低速段不能正常实施的问题,提出了一种简单但有效的永磁同步电机无位置传感器控制方法。通过在电机定子绕组中注入高频电压,利用电机的凸极效应,及对电机绕组端电流的处理计算,准确地计算出电机的转子位置和转速,实现无位置传感器控制。为了解决永磁同步电机的启动问题,提出了在电机静止状态下检测转子初始位置的新方法。仿真结果显示了所用方法的有效性和可行性。

内插式永磁无轴承电机转子位置/位移综合自检测

为实现无轴承电机的低成本与实用化,解决运行控制中电机转子位置/速度及径向位移的检测,提出了一种基于脉动高频电压信号注入法的转子位置/位移综合自检测方法。通过从转矩绕组注入脉动高频电压信号,利用电机空间凸极效应和转矩绕组与悬浮绕组间的互感特性,同时实现对转子位置/速度和径向位移的有效观测。电磁场分析结果表明,该方法可实现位移检测信号在水平、垂直方向的解耦以及转子位置和位移检测信号间的解耦。应用该检测方法构建了内插式永磁型无轴承电机无传感器运行的矢量控制系统,系统仿真运行表明,该自检测方法能在全速范围内准确观测出转子的位置/速度和位移,并能在大负载扰动条件下实现无传感器方式的稳定悬浮运行。

基于脉动高频信号注入的永磁同步电动机转子位置检测

利用电动机的凸极效应跟踪转子位置,可以实现电机全速度范围内转子位置的检测,且对电机参数的变化不敏感,鲁棒性好。对脉动高频信号注入法进行永磁同步电动机转子位置检测的原理进行剖析。在定子绕组端注入高频小幅值的脉动电压信号,将产生的带有转子位置信息的高频载波电流解调后,送入位置观测器,可观测出转子位置。通过仿真进行算法验证,结果表明,对具有凸极效应的永磁同步电动机来说,脉动高频信号注入法能够精确地跟踪转子位置,尤其是能够解决低速甚至零速下的转子位置检测。

基于高频注入法的无轴承同步磁阻电机无速度传感器研究

为减少无轴承同步磁阻电机的成本,提高其实用性,提出了一种基于高频注入法的无传感自检测技术,通过在转矩绕组注入脉动高平电压信号,利用电机空间凸极效应及,实现对转子速度的有效预测。利用Matlab仿真软件构建了仿真系统,仿真结果表明该自检测方法能实现对转子的位置/速度准确预测,并能实现无传感器方式的稳定悬浮运行。

基于高频注入法的无轴承同步磁阻电动机径向位移自检测技术

为减少无轴承同步磁阻电动机的传感器成本,提高其实用性,提出了一种基于高频注入法的无径向位移自检测方法。通过在无轴承同步磁阻电动机转矩绕组中注入脉动高频电压信号,利用电机空间凸极效应及其转矩绕组和悬浮力绕组之间的互感,实现对转子径向位移的有效预测。采用MATLAB仿真软件构建了仿真系统,仿真试验表明该自检测方法能实现对无轴承同步磁阻电动机转子径向位移准确预测,并能实现无传感器方式的稳定悬浮运行。

磁阻式旋转变压器绕组结构分析

在混合动力汽车电机控制系统中,为了实现对电机的高精度控制,需要实时对电机转子位置和电机转速进行检测。用来检测电机转子位置及速度的传感器主要有光电编码器和旋转变压器。转子凸极式磁阻旋转变压器作为一种位置传感器,不但机械强度好,而且无需采用补偿绕组或斜齿,因而获得越来越广泛的应用。主要研究旋转变压器定转子结构、转子形状对定转子之间气隙长度的影响、励磁绕组与输出绕组的绕线方式,推导出正余弦输出反电势的表达式,并对旋转变压器进行动态实验同时给出工作状态下正余弦反电势的波形。

磁阻式旋转变压器绕组结构设计与参数优化

针对电机与控制系统中,对电机转子位置和电机转速进行检测,从而实现电机高精确度控制的问题,结合电磁场理论设计了一种新型的磁阻式旋转变压器.利用转子磁极的凸极效应,使励磁绕组和输出绕组之间的互感随转子的位置而变化,从而在输出绕组中感应出具有转子位置信息的电动势.对旋转变压器定转子结构、励磁绕组与输出绕组的绕线方式、定转子参数进行优化设计.分析结果表明,这种旋转变压器极对数可任意选取,其精确度可以满足永磁同步电机矢量变换的要求.适用于电机一体化系统.