绕组周向分布圆筒型初级永磁直线电机结构及静态特性分析

提出一种绕组周向分布圆筒型初级永磁直线电机(tubular primary permanent magnet linear machine,TPPMLM)。与传统圆筒型初级永磁直线电机相比,该电机采用集中式绕组,每相绕组周向分布,初级铁心齿部及轭部由矽钢片一次叠压而成,初级制造工艺简单。同时,永磁体位于初级,次级仅由导磁铁心组成,可降低长距离驱动系统成本。该文阐述该电机的结构特点,给出工作原理,并分别利用磁路法及等效二维有限元法建立单元电机等效磁路模型及仿真模型,对静态特性分析,包括磁场、反电动势、定位力及电磁推力等。三维有限元模型及样机实验结果分别验证等效二维有限元模型的有效性及拓扑结构设计方法的正确性,同时,反电动势测试结果表明该拓扑不存在纵向端部效应导致的各相反电动势不对称问题。

初级永磁直线电机逆变器补偿无电流控制

为消除初级永磁直线电机无电流传感器控制中的电流跟踪误差,提出一种逆变器非线性补偿的新型无电流传感器控制策略。首先,根据实测电流和估测电流存在唯一对应关系,将正常动子视为参考动子,控制两台动子的估测电流保持相同,进而保证了实测电流的一致性;然后,在估测电流的计算中采用逆变器非线性补偿策略,削弱了估测电流和实测电流唯一对应关系中的误差项;最后,采用仿真实验测试所提容错控制的性能,结果表明,相比于现有控制策略,所提容错控制策略在稳态性能与瞬态性能上均更优,具有更广的工程应用前景。

初级永磁型游标直线电机设计与静态特性分析

提出一种新型初级永磁型游标直线(LPPMV)电机,该电机的绕组和永磁体均安装于电机初级,而电机次级仅为设有凸极的导磁铁心,结构简单、牢固。基于磁齿轮效应,次级凸极对位于电机初级齿表面的永磁体产生的磁场进行调制,产生波长长、运行速度快的谐波磁场,由该谐波磁场作为有效励磁的LPPMV电机具有低速、大电磁推力密度的特点。在深入分析运行原理的基础上,利用等效磁路法推导了该电机的功率尺寸方程,给出了电机的初步设计方法。利用有限元方法,研究了其静态特性,具体包括空载磁链、空载感应电动势、电感、定位力和电磁推力等。仿真和样机实验结果表明,该电机具有推力密度大、定位力小等特点,特别适用于如海浪发电等低速、大推力直驱系统。

多段初级永磁直线同步电机驱动的垂直提升系统

按照多段式初级永磁直线同步电机实际结构,利用有限元法求出电机次级在不同位置时各段初级的电感、励磁磁链和切向磁力,构建这些量和次级位置间的函数关系。考虑了电感和磁链的不对称性及励磁磁链中的谐波分量,推导出线参数状态方程。以次级位置和速度为关键变量建立系统整体仿真模型。对系统进行动态仿真和特性分析。实验结果表明,所建模型能很好的反映系统特性,是分析系统的有效工具,所提方法也适用于其它类型的永磁直线同步电机。

初级永磁式直线电机的粒子群优化PID控制研究

初级永磁式直线电机(primary permanent magnet linear motor,PPMLM)具有成本低、结构简单、推力密度大等优点,但在运行中存在参数变化和负载扰动等问题,使传统PID控制无法达到系统实时控制、快速响应的高精度伺服控制要求。为了提高PPMLM调速系统动态响应能力,降低启动时的超调性能,对初级永磁式直线电机的工作原理进行分析,建立数学模型,并对传统PID控制采用粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法进行优化。设计参数全局寻优的在线自整定PSO-PID控制器,使用MATLAB/Simulink建模仿真并进行试验验证。结果表明,基于PSO的PID控制器能够使电机快速平稳地启动,具有更小的超调性能和较强的抗干扰能力,可以实现电机的快速响应。

初级永磁直线电机双动子电流镜像容错控制

为解决双动子无电流传感器控制算法存在参数依赖性高、鲁棒性差等问题,提出一种电流镜像容错控制(current mirror fault-tolerant control,CMFC)策略,在仅采用单动子相电流传感器的条件下完成两台级联动子的控制。双动子系统中动子1为正常动子,采用传统的有限集模型预测控制(finite control set-model predictive control,FCS-MPC)完成电流的跟踪控制。动子2为故障动子,所有电流传感器均发生故障。CMFC控制将动子2虚拟电流与动子1的虚拟电流作为FCS-MPC控制器的输入并完成电流跟踪控制。通过完成两台动子的虚拟电流跟踪,由镜像原理实现两台动子的实际电流跟踪。理论分析和仿真实验证明了CMFC控制能实现动子2实际电流的稳定控制,且具有鲁棒性高的特点。

一种初级永磁型直线电动机的推力特性

针对应用于电磁弹射中直线感应电机推力密度和功率因数均较低的问题,提出一种应用于电磁弹射的初级永磁直线电机。给出了电机的结构和工作原理,采用二维有限元方法对电机的静态特性进行分析,给出了电机的磁链、反电动势和电感特性。在静态特性基础之上,通过能量法对电机推力特性进行推导。采用瞬态二维有限元方法对推力特性和电磁弹射的加速过程进行仿真分析,通过试验验证有限元仿真的正确性。仿真和试验结果表明,该电机具有小的定位力、较小的推力波动和简单的控制策略,在电磁弹射系统应用中具有很好的前景。

初级永磁型直线电机矢量控制对比研究

目前针对初级永磁型直线电机的控制系统研究,经验不足且缺乏有效的控制方法,而矢量控制技术取得了快速发展,控制策略灵活多样。为此,文中在分析初级永磁型直线电机数学模型的基础上,设计基于电流滞环PWM和基于空间矢量脉宽调制(SVPWM)的初级永磁型直线电机控制系统,对比两种矢量控制策略对其控制效果。通过Matlab/Simulink仿真表明了采用基于SVPWM的矢量控制,不仅使系统更加稳定地工作,提高了系统动态响应时间,而且对推力波动具有较为明显的抑制效果。

基于灰度纹理特征提取和CS-SNN的双初级永磁同步直线电机退磁故障诊断研究

引入一种基于图像形态学纹理特征提取与布谷鸟搜索优化脉冲神经网络(cuckoo search-spiking neural network,CS-SNN)算法相结合的方法,以解决双初级永磁同步直线电机(dual primary permanent magnet synchronous linear motor,DPPMSLM)退磁故障精细定量化诊断识别的问题。首先,根据DPPMSLM拓扑结构约束,通过有限元仿真提取电机气隙空间中三线磁密信号作为有效故障信号;其次,引入图像纹理分析的方法,将一维数据信号映射为二维灰度图像,再采用伽马矫正和边缘提取技术增强图像信息,以提取图像纹理特征组成故障特征向量;然后建立两级CS-SNN分类器实现退磁故障位置类型和严重程度的精确诊断分类;最后,通过退磁样机制作和实验平台验证,提出的新方法能够准确识别DPPMSLM退磁故障位置和严重程度,并具有良好的鲁棒性,是一种有效可行的方法。

轨道交通用初级永磁型直线电机电磁特性分析

直线感应电机应用于轨道交通驱动系统，存在功率因数低、效率低的问题，本文提出了一种新型结构初级永磁型直线电机，该电机采用短初级（动子侧）、长次级（定子侧）结构，电机的电枢绕组和永磁体均安装于初级，次级仅为凸极磁阻结构。该种电机不仅具有常规直线感应电机结构简单和非黏着直接驱动等优点，且功率因数和效率等性能指标优良。论文首先详细介绍了该种电机的结构特点和运行机理，利用等效磁路法推导了该电机的气隙磁通密度方程和同步速方程；然后设计了一台12／8极的初级永磁型直线电机，借助应用有限元软件，进行了参数化建模和磁场分析，得到了次级极弧系数对磁场调制能力的影响规律；接着分析了电机的气隙磁场，得到了绕组反电动势波形图和气隙磁密傅里叶分解图形；最后，研究了电机静态特性，得到了次级结构对定位力的影响，电流大小对静态电磁推力的影响。仿真结果证明了电磁设计方案的合理性，为轨道交通直线驱动电机的研究提供了有价值的参考。

基于SVPWM的初级永磁型直线电机直接推力控制系统

针对初级永磁型直线电机(PPMLM)控制系统采用传统的直接推力控制,虽然结构简单、易于实现,但存在推力波动较大的缺陷,为进一步提高其系统稳定性,克服传统直接推力控制的弱点,设计了基于空间矢量脉宽调制(SVPWM)的初级永磁型直线电机直接推力控制系统。通过MATLAB/Simulink仿真表明,采用基于SVPWM的直接推力控制不仅能够使系统更加稳定地工作,缩短系统动态响应时间,而且对初级永磁型直线电机的推力和磁链波动具有较为明显的抑制效果。

初级绕组分段PMLSM段间损耗最优控制

文章针对于初级绕组分段永磁同步直线电机(PS-PMLSM)的工作特点,提出了一种基于双逆变器交替驱动模式下的段间损耗优化供电控制策略。当动子出入相邻两段定子过程中,依据动子与各定子段的耦合程度,利用拉格朗日条件极值法分别为每段定子提供不同大小的驱动电流,其意义在于可进一步减小在此过程中的电阻损耗提高了系统效率,同时还保持了平稳的段间推力。最后,通过仿真与实验对提出的方法进行了验证。

基于SVPWM多段初级PMLSM垂直提升系统的仿真

介绍了多段初级永磁同步直线电机(PMLSM)垂直提升系统,利用矢量控制技术和SVPWM调控技术建立系统仿真模型。仿真结果表明,该提升系统电磁推力输出稳定,次级速度波动小。

基于逆变器补偿的半开绕组直线电机直接推力控制

为抑制半开绕组直线电机系统零序电流的产生,提出了一种基于逆变器非线性补偿的半开绕组直线电机系统的直接推力控制(direct thrust force control,DTFC)。首先,对半开绕组直线电机零序电流的运行机理进行了分析;其次,设计了基于新型开关表的DTFC策略;然后,引入了逆变器非线性补偿;最后,对所提DTFC进行了仿真验证。仿真结果表明,所提DTFC能明显抑制零序电流的产生,提高半开绕组直线电机系统的运行效率。其零序电流抑制性能系数约为0.07,不仅具备良好的稳态性能,同时还拥有优越的自启动性能与瞬态性能。

基于SP-LCL补偿的PPMLM非接触电能传输系统

初级永磁式直线电机(PPMLM)是将线圈和永磁体同时布置在转子侧,定子侧只有开槽的铁心,非常适合低成本的长行程运行,但是传统的拖缆或滑触供电方式限制了该类电机的推广应用。此处采用感应耦合电能传输(ICPT)方式给PPMLM供电,具有成本低、带载能力强、行程不受限制等特点。提出了一种串并LCL(SPLCL)型补偿电路,在补偿电路的初级采用SP混合补偿,接收端采用LCL混合补偿。首先,通过对次级LCL混合补偿分析得到负载端稳压输出特性。采用阻抗值分析法对初级电路进行补偿,使SP补偿具有恒流输出特性。之后给出ICPT系统恒压稳流频率固定的条件,同时分析了主要参数对系统性能的影响。最后,通过仿真和实验证明了理论分析的正确性。