不同相移角度绕组对双三相永磁同步电机电磁性能的影响分析

由于双三相永磁同步电机两套三相绕组之间可采用不同相移角度,以一台24槽22极双三相永磁同步电机为例,分析了相移角度对电机性能的影响规律.首先,基于各槽绕组磁动势间的相位关系,推导了在采用单层绕组和双层绕组时,两套三相绕组之间可行的空间相移角度,即0°、15°和30°,并对比分析了不同空间相移角度绕组产生的电枢磁动势频谱;然后,结合电枢磁动势谐波和电机电磁性能之间的关系,通过有限元仿真,验证了0°、15°和30°相移角度的绕组拓扑对不平衡磁拉力、反电势、平均转矩和转矩脉动等电磁性能的影响规律;最后,制作了2台单层和双层空间相移30°绕组的样机,并通过实验验证了理论和有限元仿真分析的正确性.结果表明:空间相移0°存在明显的不平衡磁拉力;空间相移30°电机平均转矩最大,转矩脉动最小.

基于Pearson相关性分析的双V型永磁同步电机失磁故障动态识别方法

针对电驱动系统用高功率密度永磁驱动电机存在的不可逆退磁问题,以一款8极48槽的双V型永磁同步电机为例对退磁故障的动态识别方法进行了研究。在考虑电机闭合磁路对永磁体退磁故障影响的基础上,通过分析高退磁率电机模型退磁前后的空载和负载参数变化,采用Pearson相关性分析的方法提取了表征退磁故障的特征参量,给出了一种退磁故障的动态识别方法,并分析了转速和电流对特征参量的影响,完成了对退磁故障动态识别方法的修正。通过仿真和实验测试的方法对退磁故障动态识别方法的准确性进行了验证,结果表明,仿真结果的误差为0.68%,实验测试的预测结果最大误差为1.765%,误差均在可接受范围内。

多定子永磁直线同步电机绕组切换故障特性研究

针对多定子永磁直线同步电机(PMLSM)运行过程中绕组切换故障可能引起的失步问题,研究了绕组切换故障特性。在分析PMLSM推力功角特性的基础上,研究了频率对稳定运行区间的影响规律,建立了考虑出入端效应的多定子PMLSM推力模型,研究了绕组切换故障对稳定性的影响规律,利用样机进行了实验研究,得到了一台及两台绕组切换故障时,电机运行频率、运行方式对运行特性的影响规律。研究结果表明:低速PMLSM的电阻效应不能忽略,动子所受正向推力作用空间变小,负向推力作用空间增大。相同数量的绕组失电,提升运行时较易失步。失电绕组越多,剩余电机承担电流越大,越易引起失步。

双绕组永磁同步电机滑模变结构控制

双绕组永磁同步电机通过绕组串、并联重构能有效提升系统的运行范围。然而绕组不同模式下的参数变化造成传统PI控制器无法满足系统高品质运行要求。该文针对此类电机的运行特点,研究了一种集转速环控制和抗扰观测的复合滑模变结构控制器,有效抑制了电机参数变化及绕组重构引起的转速动态波动问题。首先,分析了双绕组永磁同步电机不同模式下的工作机理、绕组重构时转速波动产生的原因。其次,设计了滑模变结构控制器以实现控制参数的自适应,快速满足重构瞬间电流关系以抑制动态波动。最后,利用小型原理样机,对采用PI控制器和滑模变结构控制器方案进行了典型工况下的对比实验,验证了所提控制策略的有效性和可行性。

双高频方波注入法双绕组永磁同步电机无位置传感器控制

针对高频方波注入法零低速下永磁同步电机无位置传感器控制存在的高频转矩脉动问题,提出了一种基于双高频方波注入法的双绕组永磁同步电机无位置传感器控制策略。建立永磁同步电机高频数学模型,分析得到转矩脉动与注入信号的解析关系。对于同相位表贴式双绕组永磁同步电机,当第一套绕组注入高频方波时,依据2套绕组的位置关系,推导了第二套绕组应当注入方波信号的形式,使同一时刻产生的高频转矩脉动代数和为零,以消除高频转矩脉动。提取2套绕组高频信号中包含的转子位置估计误差,比较得到同一时刻误差最小值,并使用龙贝格观测器追踪转子位置角,提高了位置角估计精度。实验结果表明,该方法能够完全消除高频转矩脉动,位置角估计误差减小了60%。

绕组分段永磁直线同步电机切换控制研究

为了实现绕组分段永磁直线同步电机(SW-PMLSM)稳定运行控制,对绕组切换控制方法进行了研究。结合SW-PMLSM的结构及调度策略,分析了绕组切换过程中的推力变化,认为永磁体动子纵向的长度等于单台定子纵向长度的整数倍时,动子在移动过程中所受的合成推力将基本维持不变。提出了基于PMLSM直接推力控制及PLC绕组切换运行控制的总体方案,设计了动子位置检测及绕组切换控制系统。最后利用SW-PMLSM直驱无绳提升机进行了实验研究。实验结果表明,SW-PMLSM定子绕组切换过程运行平稳,能耗制动可将电机的运行速度限制在一个稳定范围,具有较好的后备保护功能。

双三相永磁同步电机绕组开路故障诊断方法

为了实现对双三相永磁同步电机绕组开路故障的快速诊断与定位,利用双三相永磁同步电机所特有的谐波子平面,提出采用谐波子平面电流矢量并结合归一化处理方案的双三相永磁同步电机绕组开路故障诊断策略。首先,根据故障前后谐波子平面电流矢量幅值大小的变化进行绕组开路故障的检测,其次,依据绕组开路故障后不同的电流矢量相角,准确定位出发生开路故障的绕组。为消除负载发生突变时可能造成的误诊断现象,进一步设计了针对谐波子平面电流矢量的归一化处理方案,提升对双三相永磁同步电机绕组开路故障诊断的鲁棒性。仿真和实验结果表明,所提策略能够快速地诊断并定位出绕组的开路故障,在负载发生突变时也可以表现出良好的可靠性和鲁棒性。

嵌线方式对双绕组永磁同步电机电感的影响分析

设计了双绕组的两种定子嵌线方式,包括平行嵌线和交替嵌线。建立了两种嵌线方式下的数学模型,对双绕组电感进行了理论计算,并通过仿真验证了理论计算的有效性。对双绕组平行嵌线和交替嵌线时的电感进行了分析,分析表明,交替嵌线的主绕组和备绕组电感相同,而平行嵌线时的主绕组和备绕组电感有差异,差异较大时会导致主备份绕组切换不同步,影响系统的可靠性。通过对电感计算公式分析,提出减小主备电感差异的改进方法,为双绕组电机的设计提供指导。

电感不对称对双绕组永磁同步电机无位置传感器控制的影响

本文研究电感不对称对双绕组永磁同步电机基于脉振高频电压注入法的无位置传感器控制的影响。基于Ansoft/Maxwell建立有限元仿真模型,分析双绕组永磁同步电机两种工况下的电感波形。仿真结果表明由于绕组结构的非对称性,单个子电机工况下三相电感不再对称,d-q轴电感产生较大波动。理论推导了非恒值d-q轴电感条件下脉振高频电压注入法的数学模型,证明了该方法对电感波形有较高要求。通过Simulink搭建仿真模型,研究电感不对称对双绕组永磁同步电机高频注入法控制的影响,并且dSPACE实验平台上进行验证。仿真和实验结果表明,两个子电机同时运行工况下,基于脉振高频电压注入法的无位置传感器控制可以正常运行;但在单个子电机运行工况下,由于d-q轴电感存在较大波动,PLL锁相环并不能有效跟踪转子位置,导致无位置传感器控制无法正常起动。

绕组开路故障下的双三相永磁同步电机容错控制

针对汽车方向盘电动助力转向系统可靠性问题,基于双三相永磁同步电机(PMSM)研究了绕组开路故障下的容错控制策略。以一相绕组开路为例,通过推导出电机绕组开路时的坐标变换矩阵,建立了故障下的双三相PMSM d-q轴坐标系数学模型。在对电压方程进行解耦变换的基础上,设计了结合前馈补偿的电流调节器架构,研究了定子总铜耗最小的容错控制策略。仿真结果表明,所研究的控制策略改善了双三相PMSM绕组缺相后的运行性能。

电动汽车用绕组切换型永磁同步磁阻电机设计与分析

永磁同步磁阻电机结合了永磁同步电机和同步磁阻电机的优点,广泛应用于电动汽车,是电机领域的一大研究热点。分别采用辐式磁极和V形磁极设计了两台永磁同步磁阻电机,每台电机都设计了可串、并联切换的电机绕组,以进一步拓宽电机的调速范围。为减小转矩脉动,电机采用不均匀气隙。分析了两种转子电机在定子绕组串、并联模式下的交、直轴电感的特点,以及不均匀气隙对电机性能的影响。研究表明V形磁极电机较辐式磁极电机具有更大凸极率,在电机串联运行时可以获得更大的磁阻转矩,合理的不均匀气隙可以改善电机的性能。样机测试结果验证了上述分析的正确性。

双三相永磁同步电机电磁性能解析计算

采用傅里叶级数法计算表贴式双三相永磁同步电机的电磁性能。解析模型建立在二维极坐标下,求解区域划分为槽、槽开口、气隙和永磁体四类子域。以矢量磁位为求解变量,在槽开口和气隙子域建立拉普拉斯方程,在槽和永磁体子域建立泊松方程,根据分离变量法求解偏微分方程,并利用各子域之间的边界条件得到谐波系数。解析模型考虑了径向/平行/Halbach等多种充磁方式,内/外永磁转子结构,适用于隔齿绕/全齿绕两种形式的分数槽集中绕组,可用于计算电机空载磁场、电枢反应磁场和负载磁场。在解析模型的基础上,求解了齿槽转矩以及两种分数槽集中绕组连接方式下的空载反电动势和电磁转矩。与有限元结果相比较,表明了解析方法的准确性。

永磁同步电机绕组切换分析

电动汽车用永磁同步电机的应用场合决定了电机需要具有低速输出转矩大、调速范围宽的特点,但弱磁率和凸极率限制了永磁同步电机弱磁扩速能力。虽然提升逆变器容量或采用多级减速器可以满足这一负载特性,但受电动汽车这一载具平台限制,其体积、质量和成本不能大幅增加。文章研究了电动汽车用永磁同步电机定子绕组串并联切换的方案,该方案能够满足“低速大转矩”、“高速小转矩”的负载特点,并且可以拓宽电机的调速范围,具有较好的应用前景。

双绕组永磁同步电机的设计及在客车上的应用

综合客车整车的动力性和经济性,再结合电机热平衡管理和冗余设计理念,研发了一种大功率大扭矩高效双绕组永磁同步电机。通过精准设计双绕组电机定转子结构,实现电机双源输出。扭矩叠加,整车动力性大幅提升,同时形成转矩耦合高效区,拓宽电机整体高效区占比,降低整车能耗,提高整车经济性。通过优化控制策略,实现电机两套绕组的分时驱动,确保电机温升和损耗始终处于较低状态,并保障了整车动力的不间断运行。

海上风电机组的双绕组三相永磁同步发电机建模

海上风电机组具有单机容量大的特点,其发电机较多采用双绕组三相永磁电机,并采用双绕组并联方式运行。由于绕组间互感的存在,双绕组三相永磁电机比传统的单绕组三相永磁同步电机的电磁关系更为复杂,即使双绕组并联运行,也与传统单绕组电机有一定的区别。为深入理解双绕组永磁同步电机的内部特性,本文从静止坐标系出发,详细推导出双绕组电机在转子dq旋转坐标系下的电磁和机械方程,建立了其全阶模型。最后基于所得到的数学模型,揭示了双绕组永磁同步电机绕组并联运行时与单绕组永磁同步电机的参数等价关系,为永磁同步电机双绕组并联运行时的控制参数整定提供理论依据。

单相缺相故障下双三相永磁同步电机矢量控制策略研究

论文研究了单相缺相故障下不对称双三相永磁同步电机的矢量控制策略。从绕组解耦角度出发构造了虚拟等效的两相定子电流分量,提出了一种坐标变换的方法,有效地实现了不对称电机系统向对称电机系统的变换,实现了不对称三相电机的解耦控制问题,在控制上获得与直流他励电动机性能相似的结果。通过进行仿真,认为该策略使得双三相电机在运行的过程中电磁转矩脉动的问题能够有效减小,实现虚拟磁场定向解耦控制。

基于混合逆变器的开绕组永磁同步电机驱动系统简化模型预测控制

为了解决混合逆变器开绕组永磁同步电机(OW-PMSM)系统传统控制策略将电源与电容电压之比控制为某一固定比值的问题,提出一种简化模型预测控制(MPC)策略。根据电机运行需求动态调节两侧逆变器直流母线的电压比值,从而提升电机在不同运行工况下的性能,并拓展OW-PMSM的使用场景。但在电容侧直流母线电压不固定的情况下,传统MPC算法造成的计算负担较大,因而提出简化MPC策略。对两组逆变器精简后的7种待选矢量进行轮流遍历计算,选取最优电压矢量输出,能够在减小计算量、降低开关频率的同时,最大限度地提升d-q轴电流及电容电压控制精度。最后,实验验证了所提出控制策略在电流控制、电容电压控制以及开关频率降低方面均具备有效性。

六相双Y移30°永磁同步电机控制系统建模

在详细分析六相四对极双Y移30°永磁同步电机的理论基础上,引入绕组函数和倒气隙函数概念对其电感参数进行定量分析,建立完整的数学模型并对模型进行仿真。首先,在自然坐标系下建立基于绕组函数和倒气隙函数的电机数学模型;然后,根据坐标变换理论得到二相旋转坐标系下的电机数学模型;最后,按照上述推导的数学模型在Matlab/Simulink中建模和仿真。仿真中采用基于有效作用时间的PWM控制策略来控制电机运行,得到良好的控制性能。

开绕组永磁同步电机直接转矩控制研究

传统结构永磁同步电机直接转矩控制中存在磁链控制不对称和转矩脉动较大的问题,提出了一种开绕组永磁电机结合双变换器拓扑结构实现直接转矩控制的优化方法,利用系统中双变换器拓扑多空间矢量输出的优点,分析开绕组永磁同步电机等效三电平条件下的不同扇区划分方法及对应空间电压矢量组合的方案,优化开关表的选择,实现减小合成磁链的不对称性,并降低输出转矩脉动。最后,通过仿真和实验验证了提出的开绕组永磁同步电机直接转矩控制方法的有效性。

基于绕组变匝数的永磁同步电机拓宽调速范围理论研究

为拓宽永磁同步电动机的调速范围,将绕组变匝数理论用到永磁同步电动机上。采用绕组切换技术控制电机绕组匝数,进而扩大电机调速范围。搭建仿真模型验证理论的正确性,并用实验平台验证。实验结果表明:绕组切换技术对于永磁同步电机在整个控制系统和方法变化不大的前提下可以有效提升电机转速范围,具有较高的实用价值。