新型单绕组无轴承异步电机控制系统

研究了一种新型结构的单绕组无轴承异步电机,与传统的双绕组无轴承异步电机相比,采用一套绕组即可实现电机转子的悬浮和旋转。在分析单绕组无轴承异步电机新型结构和工作原理的基础上,推导出电机径向悬浮力和转矩部分的数学模型。针对单绕组无轴承异步电机的定子电流连接的复杂性,采用电流叠加控制方法,并设计基于气隙磁场定向控制的控制系统。在MATLAB/Simulink中建立控制系统的仿真模型进行仿真验证,并制作实验样机进行悬浮特性试验。结果表明,该方法控制的样机转速响应好、悬浮特性优良,从而验证了所提方法的正确性与有效性。

高频电流注入单绕组无轴承磁通切换电机悬停及启动过程的无径向位移传感器控制

无轴承电机在悬停及启动过程始终需要保持稳定悬浮,准确获取转子径向位移信息是控制转子稳定悬浮的关键,传感器的使用易受环境影响,降低系统可靠性,并且增加系统成本。针对电机悬停及启动过程,提出一种基于高频电流注入的无径向位移传感器控制方法。首先,基于电机电感数学模型,建立当转矩平面注入高频旋转电流信号后,空间对称绕组中有效高频偏差电势幅值与转子径向位移的关系;接着,利用线性正弦跟踪器提取有效高频偏差电势幅值;然后,基于上述电势幅值与转子径向位移关系,构建转子径向位移观测器;最后,将观测位移与自抗扰控制策略相结合,构建高性能的无径向位移传感器控制策略。理论分析与实验结果验证所提方法的有效性。

单绕组双速异步电机反向变极原理及接线方法

异步电动机采用变极调速是一种常用的方法。文中叙述了采用反向变极原理设计双速异步电动机的方法及接线方式,该方法对制造厂家而言,简单实用。

无轴承异步电机的单DSP控制

无轴承电机结合了电机和磁轴承的工作特性,是一种能够同时实现转矩控制与悬浮力控制的新型电机。无轴承电机两套绕组的存在客观要求有两组功率电路。目前与两组功率电路对应通常由两套DSP组成多控制器。但多控制器的应用存在双机通迅以及结构复杂的缺点,数据传递的延迟造成两套绕组磁链方向的偏差,进而影响无轴承电机转矩控制和悬浮力控制之间的解耦和无轴承电机的悬浮性能。为克服多控制器工作对电机悬浮的影响,提出了单DSP(数字信号处理器)控制方案,并通过由TMS320F240的DSP芯片组成的数字系统实现了无轴承异步电机的单DSP控制。

宽转子极无轴承开关磁阻电机径向力模型全周期拓展

针对单绕组宽转子极无轴承开关磁阻电机在定转子极非完全交叠区间的径向悬浮力模型空白、已有定转子极完全交叠区间径向悬浮力模型推导过程复杂且计算量大的不足,首先通过磁场有限元分析,分别确定了该电机在定转子非完全交叠区间和完全交叠区间的电磁场几何分布,计算了气隙磁密,再根据麦克斯韦应力法分别推导了这2个区间的径向力表达式,从而建立该电机在一个完整周期范围内的径向力数学模型,并通过与三维有限元计算结果的对比验证该模型的准确性。相比于利用等效磁路图推导径向力模型而言,该建模过程更简便,计算量也更小。全周期径向力模型的建立,不仅能为电机本体和控制器设计提供理论参考,还有助于提高该电机控制策略设计的灵活性,也可以提高与传统单绕组无轴承电机控制器的通用性。

异步电机综合故障实验教学平台设计与开发

由于异步电机实验教学平台多是针对正常工况设计开发的,缺乏对故障状态的模拟和分析,因此造成了教学和实际需求的脱节。该文设计开发的异步电机综合故障实验教学平台可以开展定子绕组匝间故障、转子断条故障、轴承故障实验和在线诊断,该平台综合了异步电机拆解与组装、故障特征分析以及数字信号处理技术的实际应用,有助于学生深入理解相关知识,提升实际动手能力。

基于气隙磁场定向的无轴承异步电机非线性解耦控制

无轴承异步电机是一个强耦合的非线性复杂系统 ,实现其电磁转矩和径向悬浮力之间的解耦控制是该电机稳定运行的前提。本文在研究电机磁悬浮机理的基础上 ,利用电枢绕组气隙磁场定向控制来实现两者之间的动态解耦控制。实验证明该控制算法不仅能实现电机稳定的悬浮 。

单绕组无轴承永磁薄片电机的原理和实现

研究了一种单绕组无轴承永磁薄片电机的工作原理和结构设计。摒弃了传统无轴承电机的双绕组结构,采用一套绕组实现电机转子悬浮和旋转。推导了单绕组无轴承永磁薄片电机径向悬浮力的数学模型,给出相应的控制策略和功率系统设计方案。制作了实验样机,并做了空载和负载实验。实验样机调试结果表明,单绕组无轴承永磁薄片电机成功实现了包括径向、轴向和扭转等方向的5自由度全悬浮。

新型单绕组多相无轴承电机

根据电机的悬浮原理提出了一种单绕组多相无轴承电机模型,通过一台多相变频器在单套多相绕组中通入2组电流来实现单绕组多相电机的无轴承运行.以单绕组六相感应电机为例,分析了单绕组多相无轴承电机的悬浮原理和绕组结构等问题.利用改进的绕组函数法来计算偏心状态下电机的电感,并采用虚位移法计算考虑偏心的径向力解析模型,利用有限元法验证了该解析模型的正确性.通过建立多相无轴承电机的数学模型,对单绕组多相无轴承电机的磁场定向控制进行了仿真,结果表明该电机能够实现稳定的悬浮和获得良好的调速性能.

12/8极单绕组无轴承开关磁阻电机绕组开路故障有限元分析

由于各齿极绕组均独立控制,单绕组无轴承开关磁阻电机(SWBSRM)的容错控制更加灵活,其转矩和悬浮力在故障运行时的补偿方式具有多样化特点。为探究12/8极SWBSRM绕组开路故障下运行性能,本文针对其典型的故障类型提出不同补偿方式,运用ANSYS建模分析其电磁特性。基于有限元分析结果,优化了不同故障类型下的悬浮力补偿方式,为SWBSRM容错技术的理论与实验研究提供参考。

单绕组无轴承薄片电机功率系统的设计

针对单绕组无轴承薄片电机定子绕组电流不满足三相约束关系,传统的三相逆变器无法驱动,根据电机径向悬浮力模型和定子绕组电流模型,设计并搭建了一种基于H桥功率模块的多相驱动功率系统。运用单绕组无轴承薄片电机的原理样机系统,成功实现了电机的五自由度全悬浮,包括径向、轴向和扭转方向。实验结果表明,基于H桥模块的功率系统可对电机各绕组进行独立驱动,使得各绕组电流相互无影响,完全满足单绕组无轴承薄片电机的驱动要求。

基于探测线圈的无轴承异步电机气隙磁场测量方法研究

无轴承异步电机悬浮机理决定了转矩绕组和悬浮绕组两种气隙磁场的强耦合关系,而转矩绕组气隙磁场幅值和相位的准确识别又是实现径向悬浮控制的必要条件。文中提出采用探测线圈同时测量两套绕组的气隙磁场幅值和相位,从而避免了因电机参数测量误差或参数变化对悬浮控制性能带来的影响,而且使无轴承异步电机在超高速下运转成为可能。针对探测线圈安装位置的不同,分别详细论述了均匀分布 角 位 置 法 、 典 型 角 位 置 法 和 解 析 法 三 种气隙磁密测量方法,并作了比较。实验结果验证了所述方法的有效性。

H桥驱动下的单绕组无轴承薄片电机功率系统故障分析及容错控制

针对由H桥驱动的单绕组无轴承薄片电机因功率系统开关管发生故障导致电机无法正常运行的问题,以六相单绕组无轴承薄片电机为例,分析了开关管发生开路和短路故障时H桥的工作模态以及故障对系统造成的影响。在故障分析的基础上,对电机短路电流数学模型进行了推导,提出统一的故障容错控制方法。该方法通过非故障相电流重构,补偿功率模块故障对系统造成的影响,提供电机稳定运行所需悬浮力与转矩。通过有限元分析,验证了短路电流模型的正确性及故障容错方法的有效性。以1相和2相绕组功率开关管发生开路或短路故障为例,在一台原理样机上实验验证了理论分析与仿真结论。

单绕组无轴承开关磁阻电机转子偏心时悬浮力的分析与计算

无轴承类电机转子的偏心运行是不可避免的,由有限元分析可知转子偏心对其径向受力影响较大,忽略转子偏心时的径向受力分析将很难实现转子的稳定悬浮运行。而目前有关无轴承类电机的径向力计算都没有考虑转子偏移量的影响,只是计算转子在中心位置时的受力情况。鉴于此,针对具有结构简单优势的单绕组无轴承开关磁阻电机(BSRM),本文提出了考虑转子偏移量的径向力数学模型,给出了绕组电流、电机结构参数、转子偏移量、转子旋转位置与径向力之间的数学关系。同时考虑到转子偏心对电磁转矩的影响较小,推导了忽略偏心影响的电磁转矩解析式。与有限元分析对比结果验证了本文径向力与转矩数学模型的正确性。最后,基于推导所得的数学模型对单绕组BSRM径向力与转矩控制进行了初步的动态仿真研究,进一步验证了数学模型的准确性与实用性。

无轴承永磁薄片电机的新型单绕组结构及其精确控制

针对双绕组无轴承永磁薄片电机绕组间绝缘要求高、槽满率低、电机漏磁大等缺点,提出了一种新型单绕组无轴承永磁薄片电机(M-BPMSM)结构,在每相绕组端部通入转矩电流,同时在绕组中点处注入悬浮力电流,实现薄片转子的旋转和悬浮。阐述了M-BPMSM的悬浮力产生原理,推导了其径向悬浮力的精确数学模型。在该模型的基础上建立了一种悬浮力双闭环补偿控制策略,当电机负载变化导致悬浮力幅值和方向改变时,使用该策略可以对径向悬浮力进行补偿,实现悬浮力的精确控制。利用MATLAB软件构建了仿真系统,仿真结果表明:采用悬浮力双闭环补偿控制策略对M-BPMSM进行控制,径向悬浮力具有较高的控制精度和较快的响应速度,且具有良好的动、静态性能。

多相单绕组永磁无轴承电机的设计与运行分析

针对单绕组永磁无轴承电机设计的特殊性,分析了转子结构、极弧系数、气隙长度和永磁体厚度对转矩特性和悬浮特性的影响,并将这些影响用定子电感的变化来量化。通过对可控悬浮力与悬浮电流的电磁场计算,分析了不同参数变化对可控悬浮力的影响。继而根据推导出的可控悬浮力解析模型建立了单绕组永磁无轴承电机的控制系统。仿真结果表明,该单绕组永磁无轴承电机具有良好的转矩和悬浮性能,从而验证了该解析模型的正确性。

短节距在三相异步电机单层绕组中的运用

短节距绕组可以改善电机性能,并已广泛运用于双层绕组中,而单层绕组中还很少涉及和使用,本文主要介绍短节距在三相异步电机单层绕组中的运用。

无轴承异步电机间接气隙磁场定向控制

转矩控制和悬浮力控制之间成功实现解耦是电机稳定悬浮工作的关键。磁场定向控制能实现电机励磁和转矩控制的解耦。简要介绍了基于转矩绕组气隙磁场定向控制的无轴承异步电机的原理,较详细地分析了间接气隙磁场定向控制系统的解耦算法,并应用该算法实现了悬浮和转矩控制的解耦,实验结果表明这种间接气隙磁场定向控制系统的可行性。

单绕组无轴承异步电动机设计及径向悬浮力研究

研究了一种单绕组的无轴承异步电动机的结构及其工作原理.与传统无轴承异步电动机的双绕组结构不同,采用一套绕组即可实现转子的旋转与悬浮.无轴承单绕组异步电动机是一个非线性、多变量、强耦合的复杂系统,要实现其稳定悬浮必须对转子上的径向悬浮力进行实时控制,因此悬浮力绕组的合理设置是单绕组无轴承电动机产生稳定的径向悬浮力的关键.文章对单绕组无轴承异步电动机的径向悬浮力、磁场分布进行了详细分析,并运用有限元软件进行了验证该单绕组无轴承异步电动机可行性.

单绕组无轴承永磁薄片电机缺相运行特性分析

针对无轴承永磁薄片电机因绕组或功率开关故障导致电机无法正常工作的问题,以六相单绕组无轴承永磁薄片电机为例,提出定子电流重构原则的缺相故障控制方法。该方法以电机的悬浮力和转矩数学模型为基础,结合功率最优约束条件,给出了更具通用性的定子电流缺相控制模型。通过对缺相后剩余定子电流及其产生的悬浮力脉动进行分析,得到可保证电机稳定运行的缺相形式,即任意一相绕组相邻两相和相对两相绕组故障可实现缺相控制,而对于相隔一个定子齿的两相绕组故障及缺相绕组个数大于2的故障形式无法实现缺相控制。最后,在一台原理样机上实现了任意一相和相对两相故障的缺相控制。