基于三矢量模型预测电流控制的永磁游标电机场路耦合仿真

本文研究了三矢量模型预测电流控制(TV-MPCC)的基本原理,分析了使电流代价函数最小的最优电压矢量作用时间的计算方法。利用ANSYS Maxwell、Simplorer、Simulink建立永磁游标电机的有限元模型、驱动电路模型和TV-MPCC模块,将三者联合组成场路耦合仿真模型。通过场路耦合仿真实验,对比分析了采用TV-MPCC和磁场定向控制(FOC)策略的性能差异。对比分析了TV-MPCC应用于场路耦合仿真和定参数仿真的差异。结果表明,TV-MPCC可以应用于永磁游标电机,并能够提高电流响应的快速性,降低其超调量,且场路耦合仿真结果在电机大转矩运行时比定参数仿真更加精确。

基于场路耦合仿真的开关磁阻电机教学

开关磁阻电机、永磁同步电机和无刷直流电机等特种电机,已成为"电机学"教学中的重要内容。特种电机的结构和磁场分布不同于传统异步电机和同步电机,其工作原理和控制方法更复杂,是"电机学"教学的难点之一。本文基于"磁场-电路"耦合分析方法,利用有限元软件Ansys Maxwell对开关磁阻电机性能进行仿真,利用过程演示和图形教学,加深学生对该电机结构原理和运行特性的理解,进而提高教学效果。本文方法对其他电机教学也具有参考价值。

基于谐波分析的封装-电路多物理场耦合仿真方法

场-路耦合仿真可以支持跨越芯片-封装-系统的多层级协同分析,多物理场仿真能够对多物理约束下芯片封装的信号完整性、电源完整性以及可靠性进行提前设计.因此,针对场-路结构的多物理场耦合仿真能够实现在初期对芯片封装的设计方案进行筛选和优化,是先进封装仿真技术最重要的发展方向之一.本文基于场-路耦合仿真和多物理场耦合仿真方法的最新研究进展,提出针对非线性场-路结构的频域仿真方法以及电磁-热耦合计算方法 .该方法能够解决基于时域仿真方法的场-路耦合仿真的长时间迭代问题,实现多物理约束下非线性场-路结构的电磁与热特性快速分析.计算结果验证了本文方法的准确性和高效性.

永磁无刷单相电机场路耦合有限元仿真与实验研究

针对永磁无刷单相电机在异步起动时必须借助起动副绕组而需进行电容切换,导致电机结构复杂和可靠性降低的问题,首先从电机的电磁设计入手,提出了一种电机磁路不对称、具有自起动能力的永磁无刷单相电机结构,然后采用V/f控制的变频控制方法,实现了电机带额定负载的平滑自起动和稳定运行。并利用Maxwell软件建立了电机的场路耦合有限元仿真模型,对电机及其控制系统进行了仿真分析。最后利用样机及其控制器的实验平台对样机系统的各种运行状态进行了实验测试,并将实验结果与有限元仿真结果进行了对比分析,两者达到了很好的一致性。研究结果表明,气隙不对称永磁无刷单相电机系统具有自起动迅速、运动平稳、效率较高的特性,在空调等家用电器领域具有很好的应用前景。

基于场路耦合方法的100kV脉冲变压器设计与磁饱和特性

脉冲变压器结构简单,输出脉冲参数方便可调,能重频运行,在脉冲功率技术领域中应用广泛。通过理论计算以及电路仿真模拟设计脉冲变压器,电路模型中没能考虑磁芯在脉冲条件下的磁化过程,因此这种仿真设计方法不能准确预测脉冲变压器的输出波形。为此在建立磁芯J-A模型的基础上构建脉冲变压器的电磁场模型并耦合其外围电路可以实现脉冲变压器输出波形的精确模拟。采用场路耦合方法,设计了一台应用于直线变压器驱动源(fast linear transformer drive,FLTD)气体开关触发器的100 kV脉冲变压器,通过仿真与实验测试结果可知,脉冲变压器初级电容电压过高时,磁芯存在磁饱和问题,输出脉冲第一峰值波形发生改变。这种场路耦合计算方法能精确模拟磁芯饱和对电压波形的影响,脉冲幅值和前沿的误差均<10%,可指导脉冲变压器的工程设计。脉冲变压器输出脉冲经三电极气体开关陡化后幅值为108.5 kV,前沿为6 ns,陡度为14.3 kV/ns,能够稳定工作且已应用于FLTD气体开关测试平台。

基于有限元场路耦合的十二相整流发电机系统定子匝间短路分析

为研究十二相整流发电机系统在定子绕组匝间短路时的运行情况,建立了基于有限元场路耦合仿真的十二相整流发电机系统模型,该模型综合考虑了齿槽效应、谐波等的影响,具有较高的精确度,适用于系统的发电机故障和整流部分故障的研究。根据所建立的模型,对十二相整流发电机系统定子绕组匝间短路故障进行了研究,通过分析故障状态下系统的负载电压、相电压、相电流、短路电流等的变化特点,说明定子绕组匝间短路故障对系统产生的影响。通过仿真与实验结果对比,验证了该文所建模型的合理性和正确性。

同步感应线圈炮磁耦合仿真分析

驱动线圈和弹丸的磁耦合程度对同步感应线圈炮系统效率具有重要影响。通过分析储能脉冲电容器驱动的同步感应线圈炮的工作原理和数学模型,采用了场路耦合的方法进行仿真研究。重点研究了驱动线圈与弹丸线圈几何尺寸、相对位置对同步感应线圈炮磁耦合的影响。仿真结果表明,驱动线圈的内径与弹丸线圈的外径距离越小,驱动线圈有效电流半径与弹丸线圈有效电流半径距离越小,驱动线圈内半径越大,有利于增加驱动线圈和弹丸线圈之间的磁耦合程度,改善系统效率。该研究对于指导同步感应线圈炮设计与优化、开展多级感应线圈炮试验具有一定的参考价值。

脉冲方波激励下的无线电能传输仿真与实验

磁谐振式无线电能传输技术是基于谐振耦合现象利用近区磁场进行非辐射性、中距离输电的新技术。自MIT发表基于磁谐振的无线电能传输实验论文以来,各国学者相继进行了大量研究。许多结果都基于正弦交变电流作激励,以此分析计算线圈的耦合特性,计算耦合电压和功率。脉冲电流也可以产生交变磁场,脉冲激励下的无线电能传输有其自身的特性。本文分析了脉冲激励下的电路响应过程及谐振耦合机理,其耦合过程也是一种正弦波耦合,由场路耦合仿真分析和实验验证可知,与正弦激励相比,用脉冲方波作激励负载可获得较大的传输电压,此方式也可实现有效的无线电能传输。

刀闸拉合对柔性直流换流阀电磁干扰的仿真研究

为探究刀闸拉合对柔性直流换流阀的电磁干扰特性,针对刀闸拉合对柔直换流阀辐射电磁干扰试验,通过分析电磁干扰原理,在CST仿真软件中建立了仿真模型。基于TLM场路耦合计算方法开展了仿真计算,得出了电磁干扰试验中阀塔内各位置的辐射电磁干扰水平,探究了阀塔内不同高度位置的电磁干扰强度和屏蔽罩对电磁干扰水平的影响。结果表明:阀塔内各位置辐射电磁干扰频谱的峰值基本出现在0.7 MHz附近;一般情况下,高度对低频电磁干扰水平有一定影响,对高频电磁干扰水平影响很小,不同位置处随着高度的增大电场强度幅值变化情况不一致;在阀塔内靠近屏蔽罩的位置,屏蔽罩的电磁干扰屏蔽作用明显,在阀塔内离屏蔽罩较远的位置,屏蔽罩的电磁干扰屏蔽作用有限。

基于自抗扰的永磁同步电机附加谐波损耗抑制方法

针对永磁同步电机在变频器供电时,由时间电流谐波所引起的附加谐波损耗过大及难以在电机初始设计时被考虑到的问题,采用场路耦合联合仿真模型来计算电机的附加谐波损耗,并以4台现有的表贴式永磁同步电机为例,通过实验验证了场路耦合联合仿真模型的有效性,为电机设计之初附加谐波损耗的选取,以及后续温升的计算提供了前期计算的方法。同时提出一种基于自抗扰技术的附加谐波损耗抑制方法,设计一种适用于永磁同步电机矢量控制的自抗扰控制器,并从理论上验证了自抗扰控制器对于时间电流谐波的抑制作用,以及针对自抗扰控制器参数众多调参困难的问题,给出一种参数整定方案。最后通过引入所设计的自抗扰控制器,对电机的时间电流谐波进行计算和分析,使电机的附加谐波损耗降低了68.1%,为同类型电机的附加谐波损耗抑制提供了一种有效的方法。

不同频率和脉宽的方波激励下无线电能传输效果分析

磁谐振式无线电能传输技术是基于磁谐振耦合现象利用近区磁场进行非辐射性、中距离输电的新技术。许多结果采用正弦交变电流作为激励,计算耦合电压和传输功率。脉冲激励也可以产生交变磁场从而感生交变电流,此方式下的无线电能传输有其自身特点。文中分析了脉冲激励下的电路响应过程及谐振耦合机理,其耦合过程本质上也是正弦波的耦合。在同一输出电压的情况下,与正弦激励相比,用脉冲方波做激励,负载可以获得较大的传输功率。最后,通过实验比较了几种脉宽和频率不同的方波激励的传输效果。实验结果表明,可以使用低频脉冲信号控制高频谐振线圈,从而实现更为有效的无线电能传输。

无线电能传输非线性拓扑补偿结构研究

无线电能传输技术以其安全、便捷等优点,在手机、电动汽车等领域受到越来越多的关注,其中的拓扑补偿结构设计是提高系统性能的关键.而补偿网络的研究多年来均采用线性理论和线性分析方法,在设备的安全性、鲁棒性、偏移容忍度等方面不能令人满意。针对上述问题,提出一种非线性拓扑补偿结构,建立了基于T参数矩阵的电路模型;使用有限元分析软件对其进行场路耦合瞬态仿真,解决了由于非线性模型难以得到解析解的难题,仿真计算出了磁性材料在非线性饱和状态条件下,系统的输出电压随负载和耦合系数变化的情况;综合理论分析与仿真实验结果,设计出了带有非线性补偿拓扑结构的无线电能传输实验系统。实验结果表明:该非线性拓扑补偿网络在输出负载剧烈变化、耦合系数k剧烈变化的情况下,输出电压基本稳定,其潜在性能表现有望超过现有线性拓扑结构。

基于流变仪的高精度宽调速永磁同步驱动系统

为了确保钻井液流变仪的测试系统能够在恶劣环境下正常工作,设计了一种能够在宽广范围内速度连续可调且速度分辨率高的驱动系统.在电机本体方面采用分数槽结构,通过选取合适的极槽配合并对气隙磁密波形进行优化以削减其谐波含量及电机的齿槽效应,提高电机的速度分辨率和运行平稳性.在控制方面采用恒压频比控制方式,同时结合无位置传感器控制算法与空间矢量脉宽调制技术,以提高系统开环控制精度.基于所建立的电机及其控制系统的耦合仿真模型进行的分析表明:对分数槽电机系统的动态特性进行优化后,可使得电机在较宽的转速范围内平稳运行且具有很高的速度分辨率,能够满足流变仪对驱动系统的要求.

一种高速单相无刷直流电机的控制方法研究

针对传统单相无刷直流电机控制方法无法满足吸尘器应用对电机控制系统提出的性能要求的问题,提出了一种结合导通角调节、相角提前换相和关断后续流的复合控制方法。以一台350 W单相无刷直流电机为例,搭建了电机的二维有限元模型和控制系统的解析模型,采用场路耦合仿真对所提出的控制方法进行了验证。根据对仿真波形的分析,得出了电机性能关于不同开通角和关断角组合的变化规律,确定了最佳控制参数。并通过实验研究了所提出控制方法的可行性和有效性。实验结果表明,该控制方法能够使单相无刷直流电机控制系统实现转速分级可调、高转速和高效率等性能特点,满足吸尘器应用对电机性能的要求。仿真结果与实验数据基本吻合,证明所采用的场路耦合仿真方法具有实用意义。

影响磁导率测试的电磁检测探头设计因素分析

为了实现对某型火炮关键零部件硬度的原位无损检测,提出了一种基于磁导率测试的硬度电磁检测探头。该探头以差动方式实现检测,它包括检测线圈和参考线圈,磁导率变化引起感应电压变化由电桥电路实现输出。在此基础上,进一步建立对应的电磁场—电路耦合仿真的有限元模型,深入分析了探头结构和尺寸、检测频率及后端电桥电路对检测性能的影响,其结果可为实际探头的制作提供理论指导。

双凸极电励磁发电机调压器的滑模控制

给出了双凸极电励磁发电机的调压滑模控制策略。通过发电机数学模型和滑模控制律的建立,依托李雅普诺夫稳定性理论验证了发电系统的稳定性,确立了控制器参数的选取原则,分析了控制参数对发电机调压性能的影响。最后,建立了发电机调压器系统的"场-路"耦合仿真模型,同时进行了发电机稳态与动态调压控制的仿真与分析,并与传统的双环调压控制进行了对比。结果表明:滑模控制下的双凸极发电机系统具有更短的建压时间和更好的动态性能。

基于谐波注入算法的变频器驱动下PMSM损耗抑制方法

永磁同步电机(PMSM)在变频器驱动下运行时,受变频器所产生的含量较高的时间电流谐波影响,电机的损耗会大幅增加,这将严重影响到电机运行的安全性与稳定性,而通过对电机本体结构进行优化的传统方法所带来的损耗抑制效果有限,不足以解决问题。针对此,从电机的控制策略出发,提出了一种基于谐波注入算法的PMSM损耗抑制方法,通过对成分含量最高的5次、7次时间电流谐波进行抑制,来降低变频器驱动下电机的损耗。以场路耦合联合仿真模型为计算工具来验证算法的有效性,结果表明在加入谐波注入算法后电机的损耗降低了24.9%,所达到的效果较好,为电机的损耗抑制提供了一种参考。

永磁同步电动机变参数控制系统耦合分析

在永磁同步电机的运行过程中,电机定子绕组电感、永磁体磁链等参数会随着磁路饱和程度的变化而改变,且参数间存在交叉耦合,难以进行线性化分析.于是首先提出了一种考虑磁场饱和以及交叉耦合的电机定子电感和永磁体磁链计算方法,将计算结果拟合得到通用的多项式,可用于计算不同磁路饱和程度下的电机参数.而在进行电机控制时,交、直轴电感和永磁体磁链是控制算法设计的重要依据,直接影响控制系统的性能,为了实时获得精确的电机参数以提高控制性能,设计了基于场路耦合模型的永磁同步电机矢量控制系统,通过实时获取电机参数并应用于控制策略中,实现了变参数控制联合仿真,通过与固定参数控制系统对比,验证了该方法的有效性.