同步励磁发电机鲁棒自适应控制

利用backstepping和扰动抑制 (disturbanceattenuation)方法对同步发电机设计了一种非线性自适应鲁棒励磁控制器 .控制设计方法基于同步发电机的三阶非线性模型 ,对于系统中可能出现的各种不确定参数和有界扰动 ,给出了参数自适应律和控制律 ,保证了闭环系统在各种扰动情况下的稳定性 .最后做了系统从初始进入稳态和系统在三相短路及外部常值扰动情况下的仿真 ,并讨论了该方案扩展到多机系统的可能性 .

开关磁阻电动机两相同步励磁与定子绕组模式研究

以4/6极三相开关磁阻电动机和6/8极四相开关磁阻电动机为研究对象,分析了三相、四相开关磁阻电动机的绕组布置结构和相间连接方式对两相同步励磁下的磁场以及转矩脉动和平均转矩的影响,给出了8种典型组合模式下两相同步励磁工作的电动机转矩特性,指出三相反向绕组、各相独立连接模式,三相正向绕组、相间星形连接模式,四相反向绕组、各相独立连接模式和四相反向绕组、相间星形连接模式下的两相同步励磁能够降低转矩脉动和提高平均转矩。

同步励磁发电机鲁棒非线性控制

提出了同步励磁发电机的三阶非线性模型,基于输入-状态稳定性理论,对同步发电机设计了一种鲁棒非线性控制器。针对该系统中可能出现的各种不确定因素以及有界扰动,该控制器具有鲁棒性,并且保证了闭环系统的稳定性。最后给出了系统从初始进入稳态和系统在三相短路及外部常值扰动情况下的仿真,验证了该控制器的有效性。

相复励旋硅式无刷同步励磁电机旋转二极管的故障监测

分析了相复励旋硅式无刷同步励磁电机旋转二极管的开路和短路状态 ,并以某大功率中速柴油发电机组为例 ,分析了其旋转二极管监测电路框图的工作原理 ,该监测电路在二极管开路时能延时发出信号 ,而在二极管短路时能迅速解列发电机 ,以维护机组的安全。

基于联合仿真的电励磁同步电机线性自抗扰控制

针对电励磁同步电机(EESM)在车用电机控制方向的研究,通过Maxwell设计EESM有限元模型,基于Simulink搭建电机控制系统模型。然后,根据凸极EESM的电机特性和电磁转矩分析,在控制系统中采用最大转矩电流比(MTPA)矢量控制方式在Simulink-Maxwell进行EESM控制系统的联合仿真验证。同时,控制系统电流环应用线性自抗扰控制(LADRC),基于电机已知参数在LADRC中设计模型辅助—扩张状态观测器(MA-LESO),以观测和消除系统扰动变量。仿真实验表明,采用MTPA矢量控制的电机在带载时转速波动降低,带载能力增强;在电流环中采用MA-LESO的LADRC控制器能使电机转速在稳态时波动更小,在带载时的抗干扰性能更强,电机运行过程相对稳定;电机负载转矩和定子电流在空载、负载时的波形更稳定,显著提升了电机运行性能。

浅谈无线励磁同步电机及其研究发展

无线电能传输技术在充电领域的广泛应用推动了该技术在电机励磁系统中的迅速发展。本文先介绍无线励磁同步电机的结构与原理,再从无线电能传输的三种类型:耦合电感式、耦合电容式和磁耦合谐振式,详细阐述了国内外无线励磁同步电机的发展过程与研究成果,并指出了无线励磁同步电机现存的不足之处与挑战。

交错磁极混合励磁同步发电机冷却系统设计与温度场计算

为了进一步降低电机性能受温升限制的影响,对一台交错磁极混合励磁同发步电机提出了机壳水冷和环形水冷盘相结合的冷却系统。基于计算流体力学(CFD)和传热学理论,建立三维流体场和温度场模型,分析在相同进水流量下单水道、双水道及加入扰流片三种水冷盘的散热性能,对水冷盘壁厚及相邻扰流片间的夹角进行了优化。对优化后的冷却方案进行温度场仿真,得到电机各个部件的温升。仿真结果表明,与传统的机壳螺旋水道结构相比,加入水冷盘结构能够有效降低发电机各部分温升,提高发电机的冷却散热能力。

新型转子定子电励磁无刷同步电机特性分析

针对极端环境下因永磁体失磁导致电机性能下降,而不适宜采用永磁电机的情况,提出一种新型转子结构的定子侧电励磁无刷同步电机(stator electrically excited brushless synchronous motor, SEEBSM)。分别阐述绕组分布、转子结构和运行系统,设计一台额定功率为11 kW的样机,给出了主要参数和励磁绕组接线图,建立了电机二维物理模型,采用有限元方法分别对其空载和负载(轻载和额定负载)运行时的电磁特性进行了分析,研究结果表明所提出的新型转子结构能够改善起动性能,且能省去由励磁控制器向励磁绕组提供小直流电流使转速牵入同步的过程,可为后续样机的研制和实验研究提供参考。

基于三维等效磁网络模型的混合励磁同步电机电磁特性分析

针对分析混合励磁同步电机电磁特性时,三维有限元法计算量大、耗时长,解析法难以考虑铁磁材料饱和影响的问题,提出一种改进的三维等效磁网络模型。该模型考虑了模块化定子齿和转子极靴不均匀饱和,磁极间漏磁、磁极端部漏磁和定子槽内漏磁,能够快速预测具有模块化定转子结构的新型混合励磁同步电机的电磁特性;在建模过程中,根据电机转动时定转子的相对位置,建立相应的气隙磁导等效模型,以进行动态分析。利用该模型,计算了混合励磁同步电机的气隙磁通密度分布、磁链、反电动势和转矩,分析了电机的励磁调节能力。最后,将计算结果与三维有限元、样机实验结果进行比较,验证了该模型的准确性和有效性,为具有三维磁通路径特性的复杂结构电机提供一种快速的初期设计方法。相比于传统模型,该模型精度提高约9.5%;相比于三维有限元法,该模型所需计算时间仅为其0.05%。

轴向磁通混合励磁同步电机弱磁控制

轴向磁通混合励磁同步电机(AFHESM)结合了轴向磁通电机和混合励磁同步电机的优点.为了研究AFHESM的运行性能,本文分析了它的拓扑结构和磁场调节机理,并推导了它的数学模型.基于传统弱磁控制理论,提出了一种将转速反馈控制、相角反馈控制和电压反馈控制相结合的闭环弱磁控制策略,利用MATLAB/Simulink建立了AFHESM的弱磁控制系统模型.仿真结果验证了该方法的有效性.

基于离散状态事件驱动的电励磁同步电机系统建模解算方法

微电网系统可以实现分布式电源、储能和负载的灵活接入,目前受到了广泛关注。建模仿真方法是微电网系统分析和设计的基础工具。但是,由于微电网系统往往含有多种直流、交流电源以及大量的电力电子装置,对系统进行准确解算耗时很长,仿真速度慢已成为系统分析设计的瓶颈问题之一。离散状态事件驱动(DSED)方法能够针对大规模电力电子变换器进行高效的解算,具备在微电网系统仿真中应用的潜力,但是由于建模解算均基于线性状态方程,该方法目前无法求解电励磁同步电机这一微电网系统中的非线性基本元件。该文提出了基于DSED方法的电励磁同步电机建模解算方法——状态变量接口解耦解算方法,使得DSED方法能够对包含电励磁同步电机的非线性微电网系统进行高效解算,从而提高仿真效率。在微电网系统算例研究中,与商业仿真软件相比,基于该文所提方法可以在相同精度下提高解算速度40余倍,从而可以为包含非线性旋转设备的大规模微电网系统准确高效的分析和设计提供仿真工具。

不对称转子结构双轴励磁电机同步电抗计算

双轴励磁同步电机(双励机)具有高稳定性和深度进相运行能力,对于提升电力系统稳定性、抑制系统过电压具有重要意义。具有两相不对称正交转子绕组结构的双励机转子热负荷低、结构简单,但也导致其磁路结构与传统同步电机有很大不同,进而影响同步电抗的大小。本文建立了双励机的时步有限元模型,分析了励磁方式对励磁磁动势与运行工况对气隙合成磁动势,即对同步电抗的影响。采用两种方法计算了不对称转子结构双励机的同步电抗,对比研究了双励机与传统同步电机同步电抗的差异,揭示了不同励磁方式下双励机同步电抗随功角的变化规律。研究结果可为双励机的精确仿真计算提供理论依据。

基于SESO的可控励磁直线同步电动机电流预测控制的研究

对可控励磁直线同步电动机(CELSM)提出基于切换型扩张状态观测器(SESO)的电流预测控制策略。根据可控励磁直线同步电动机工作原理建立数学模型,设计无差拍预测电流控制器(DPCC),并采用扩张状态观测器对总扰动进行观测和补偿。将线性扩张状态观测器(LESO)和非线性扩张状态观测器(NLESO)通过设计合适的切换规则结合为SESO,综合线性与非线性控制策略的优点,在保留LESO收敛速度同时提高观测精度和鲁棒性。最后,采用SIMULINK进行仿真研究,将SESO-DPCC与LESO-DPCC控制策略进行对比。研究结果表明,SESO-DPCC控制策略能使可控励磁直线同步电动机输出的电流和转矩更稳定并具有更好的参数鲁棒性。

笼条对磁阻转子电励磁同步电机性能影响

针对磁阻转子定子电励磁无刷同步电机(SEEBSM)起动较慢、带负载能力不强等问题,研究了在磁阻转子内添加笼条结构对电磁性能和温度的影响。阐述了带有笼条的磁阻转子结构的工作原理以及运行方式。采用有限元方法分别研究了磁阻转子有、无笼条与不同笼条组合形式对转速的影响,以及笼条对带负载能力的影响。建立了三维稳态温度场物理模型,分别对磁阻转子有、无笼条结构下的稳态温升进行了仿真研究。研究结果表明,磁阻转子带笼条结构可以大幅度提高电机的起动性能和带负载能力,负载运行时主要结构的稳态温升虽明显增大,但仍满足绝缘等级要求。

电动汽车混合励磁同步电机设计研究

混合励磁同步电机是一种将永磁体与电励磁磁极结合在一起的新型电机,其磁场能通过励磁线圈来调控,兼具电励磁同步电机气隙可调及永磁同步电机高效能的特点,在电动汽车等宽范围调磁领域有重要的研究价值。转子结构的特殊性使得转子有两种励磁方式,而且构成了一个比较复杂的系统。该文重点研究用于电动汽车的混合励磁同步电机的系统结构优化问题。

混合励磁同步电机及其控制技术综述和新进展

混合励磁同步电机(hybrid excited synchronous machine,HESM)是一种宽调速电机,它结合了永磁同步电机和电励磁同步电机的优点,又克服了它们各自的缺点。因此,它在宽速度运行范围的风力发电系统和电驱动系统具有广阔的应用前景。该文主要论述了混合励磁同步电机的基本特点,分析了几种典型的混合励磁同步电机的结构及工作原理,提出了一种新的混合励磁同步电机拓扑结构。在此基础上,推导了混合励磁同步电机的数学模型。基于分区控制策略,在低速区和高速区,分别研究了几种混合励磁同步电机控制技术,并对这些技术做了详细比较。针对目前混合励磁同步电机控制技术存在的不足之处,提出了一种新的效率最优控制策略。最后,给出了混合励磁同步电机及控制技术的发展趋势,展望了它的应用前景。

谐波励磁同步发电机空载谐波磁场分析

说明了利用ANSYS有限元分析软件的电磁分析功能对谐波励磁同步发电机空载谐波磁场 进行分析,通过对谐波励磁同步发电机的电磁场进行计算,得出了样机的矢量磁位AZ、磁力线分布图 和磁密分布图。然后对电磁场的计算结果进行后处理,得出了谐波励磁同步发电机的旋转磁场波 形、谐波绕组电压波形和谐波绕组空载特性曲线。最后用在谐波励磁同步发电机上的实验结果与计 算结果的比较说明了方法的正确性,可为谐波励磁同步发电机的设计提供理论依据。

Back-to-Back双三电平电励磁同步电机矢量控制系统

以基于Back-to-Back双三电平功率变换器电励磁同步电机矢量控制为研究对象,提出了适用于全速范围的全阶闭环气隙磁链观测器,阐明了其内部基于滤波器特性的电流-电压模型之间的平滑切换机理。三电平有源前端实现网侧的单位功率因数运行,减少对电网污染的同时实现能量的双向流动。同时引入具有自适应调节中点电位的简化三电平电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)策略,并在此基础上提出新颖的三电平功率变换器相电压重构算法。现场运行结果表明基于Back-to-Back双三电平功率变换器电励磁同步电机矢量控制解决方案具有优良的控制性能,真正实现了节能调速和绿色环保的高度结合。

电励磁同步电动机模型预测控制

为了实现电励磁同步电动机的高性能调速,提出一种基于模型预测的电流控制方法.在采样频率较高的数字控制背景下,将电机数学模型中的微分项近似为差分方程的形式;根据三电平逆变器的开关特点,预测下一个采样周期中所有的27个开关组合所对应的电流;下一周期的电流给定根据当前周期的给定值使用二阶外推法得到.将预测得到的电流反馈与给定的误差作为目标函数,依据滚动优化原则,输出使所期望的目标函数取得最小值的开关状态来控制逆变器的动作.使用Matlab软件,对三电平逆变器驱动电励磁同步电动机情况下的模型预测控制方法进行仿真研究,仿真结果验证了所采用控制方法的有效性.

低转矩磁链脉动型电励磁同步电机直接转矩驱动系统的研究

电励磁同步电动机定子电感通常较小,转子阻尼绕组的存在使得电机暂态电感更小。若采用转矩及磁链滞环型直接转矩控制(基本DTC)策略电机电磁转矩及定子磁链脉动较大。针对电励磁同步电动机引入一种空间矢量调制型直接转矩控制(SVM-DTC)策略。它基于电励磁同步电动机中转矩角控制电磁转矩原理,利用空间电压矢量合成出最佳电压矢量实时补偿定子磁链矢量误差,以达到减小电动机在运行中电磁转矩及定子磁链脉动量之目的,同时又能基本维持开关频率恒定。仿真和实验结果证明,与基本DTC相比较,SVM-DTC电磁转矩和定子磁链脉动大幅度降低;电机起动电流峰值大大减小,稳态电流畸变较小;同时系统能够平稳地由恒转矩区过渡到弱磁区运行。