基于电磁场分析的多相同步电机参数计算

多相同步电机在生产中随着其各项运行性能的改进得到了越发广泛的应用,有必要从多个方面深入挖掘电机的应用潜能。文章基于电磁场理论,分析和计算了多相同步电机的几大重要技术参数,包括空载特性、额定励磁电流、饱和同步电抗及电感,旨在对相关研究提供一定的参考借鉴。

直驱型多相永磁同步电机定子磁动势与气隙磁密特性分析

直驱型多相永磁同步电机由于相数多、采用分数槽绕组结构、电机的中性点连接与PWM控制方式多样等特点,使得电机绕组电流与磁场谐波含量极为复杂,电机性能与普通三相电机相比有较大区别,因此,有必要对其电磁特性进行细致的研究。该文建立了直驱型多相永磁同步电机定子绕组磁动势数学分析模型,给出了详细推导过程。研究了电机绕组电流和磁动势的影响因素:相数与供电方式、中性点接法、极槽匹配与绕组分布。全面分析了以上因素对直驱型多相永磁同步电机电流及磁场的影响。研究结果表明,增加电机的相数和极槽数,合理的选择中性点连接方式,可以有效减少电机的谐波含量,提高电机的性能。

直驱型多相永磁同步电机转矩脉动及损耗特性

与普通三相电机相比,直驱型多相永磁同步电机具有相数多、极槽匹配与绕组排布多样、中性点连接与PWM控制方式多样等特点,这使得电机绕组电流与磁场谐波含量极为复杂,电机性能也具有一定的特殊性。因此,有必要对其主要性能进行细致的研究:本文分析了电机转矩脉动及损耗与谐波磁场的关系;采用有限元软件Ansoft对目标电机进行建模,研究了直驱型多相永磁同步电机特有因素(相数与供电方式、中性点接法、极槽匹配与绕组排布)对电机转矩脉动及损耗的影响。研究结果表明,增加电机的相数和极槽数、合理的选择中性点连接方式,可以有效地减少电机磁场谐波含量,降低电机的转矩脉动及损耗。

多相永磁同步电机多维优化矢量控制

为了实现多相永磁同步电机的谐波最优控制,建立了中心点隔离的双Y移相30°的凸极式永磁同步电机数学模型,同时根据逆变器的输出能力,推导了系统的电压和电流约束。在此基础上,获得了电机全速度范围内的最优运行轨迹,并且提出了四区间电流规划方法,为多相永磁同步电机的控制策略研究提供了理论基础。考虑电机的耦合特性,根据最优运行轨迹提出了一种可以近似实现凸极式双Y移相30°的永磁同步电机的全速度范围的多维最优矢量控制的方法,完善了多相永磁同步电机的多维矢量控制理论,为需要谐波控制的场合提供了一种有效的控制方法,实验验证该方法的可行性。

多相永磁同步电机模糊神经网络控制调速系统

针对多相永磁同步电机具有非线性、强耦合等特点,传统的PID控制和模糊控制均不能达到很好的控制效果问题,依据空间矢量解耦的理论,建立了多相永磁同步电机的数学模型,给出了基于模糊高斯基函数神经网络的多相永磁同步电机调速系统控制方法,并在六相永磁同步电机上做了仿真分析研究。结果表明,该控制方法反应速度较快,无超调,在突加负载后速度也能够很好跟踪给定速度。响应过程中电磁力矩及定子电流基本上无振荡现象,稳态时电磁力矩恒定,对应的六相定子电流为规整正弦波。动静态性能均优于传统的PID控制和模糊控制。

多相永磁同步电机控制及风电应用综述

为深入探讨多相永磁同步发电机应用于风电领域的前景,归纳了多相永磁同步电机的建模方法与电流控制策略;分析了不同实际要求下的最佳谐波注入率对输出转矩的贡献差异及其原因;总结了多相永磁同步电机在正常状态和一相开路下的统一数学模型,通过矢量控制和电流优化策略实现电机开路故障下的无扰运行。最后指出了多相永磁同步发电机在风力发电应用中面临的机遇与挑战。

基于坐标轴变换的九相永磁同步电机无位置传感器缺相容错控制

多相永磁同步电机发生缺相故障后,电流畸变与内部参数变化对系统造成的干扰是无法预料的,这给无位置传感器驱动系统的稳定运行带来了极大挑战。为了实现电机无位置传感器控制下缺相故障在线切换容错运行,该文提出一种基于坐标轴变换的多相永磁同步电机无位置传感器缺相容错控制策略。首先,通过坐标轴变换建立故障后多相永磁同步电机的降阶解耦模型,并重构电机容错运行输出转矩最大时的容错电流。该建模方法适用于多相永磁同步电机任意缺相故障,且得到的数学模型与电流参考值不随故障相位置而变化。在此基础上,基于坐标轴变换的降阶解耦模型构建修正滑模观测器,有效提高无位置传感器缺相容错控制系统的转子位置估算精度。最后,通过一台9 kW九相永磁同步电机缺相容错试验,验证所提控制策略的有效性。

一种同步电机DTC系统的功率因数控制方法

对电励磁同步电机直接转矩控制系统(DTC)的功率因数控制环节进行理论分析,提出了一种以励磁电流调节为主,配合定子磁链调节的功率因数控制方法.在此控制系统中,励磁电流调节的主要作用是保持励磁电流的稳定性和励磁调节的快速性,系统根据无功转矩微调定子磁链作为励磁电流调节的补充,仿真和试验结果证实了该方法正确有效.

多相永磁同步电机磁场解析建模与容错性能分析

为了快速、准确计算多相永磁同步电机(PMSM)在一相或多相绕组故障发生时的容错运行能力,基于傅里叶级数分析方法,在二维极坐标系下建立了多相内转子表贴式永磁同步电机(SPMSM)绕组缺相不对称运行下的空载、负载磁场解析计算模型,并对气隙磁密、空载反电动势(EMF)以及电磁输出转矩等性能参数进行准确计算。设计制作一台44极48槽12相船舶用内转子SPMSM,并通过有限元分析和试验测试对磁场解析模型的准确性进行了验证。在此基础上,为了提高多相电机的容错能力,以最小等值相电流为优化目标,建立了多相电机驱动系统一相绕组开路故障容错控制策略,并以电磁输出转矩、转矩脉动等性能参数为考核指标,对12相SPMSM的容错性能进行了深入分析,进一步提高电机驱动系统的可靠性。

舰船多相永磁同步电机推进系统容错控制研究

根据综合矢量方法 ,提出了一种有效的容错控制方法 ,根据多相PMSM电力推进系统缺相故障后绕组的非对称分布的特点 ,提出了形成圆形磁场的各相定子电流的幅值和相位条件 ,并对容错控制的方法进行了仿真。

扇区集中式改进型不等齿多相永磁同步电机分析

为了降低电动汽车用表贴式永磁同步电机(surface mounted permanent magnet synchronous motor,SPMSM)的相间互感,提高其容错性能,提出一种可模块化设计的采用改进不等齿宽定子的扇区集中式分数槽集中绕组(fractional slot concentrated winding,FSCW)定子拓扑结构。在此基础上,推导了这种新拓扑结构仅由定子绕组产生的气隙磁密频谱的可行极槽组合,并对其可选的极槽组合方案进行分析。有限元分析(FEA)证明了这种新型拓扑结构可以有效地减小相间互感,提高输出转矩。通过建立采用这种新型拓扑结构的每相2线圈、每相3线圈、每相4线圈的六相SPMSM模型,比较反电动势(electromotive force,EMF)、转矩脉动、损耗和隔磁性能,得出了每相2、3、4组线圈的扇区集中式改进型不等齿FSCW电机的特性。结果表明,每相偶数组线圈和极数较少的极槽配合方案的转矩波动更低,隔磁性能更好,另外,每相线圈数越多电机的永磁体涡流损耗越低,但定子铁芯损耗越高。

多相凸极同步电机饱和同步电抗的计算

本文阐述了采用有限元法计算多相凸极同步电机饱和同步电抗的方法,最后以一台十二相凸极同步发电机为例,用这种方法对饱和同步电抗进行了计算。

多相永磁同步电机在舰船推进系统中的容错控制研究

多相永磁同步电机因其供电相数不受限制、容错性良好和变频调速等特性,近几年引起了各行各业的广泛关注。随着控制算法和电子技术的发展,多相永磁同步电机在舰船推进系统中逐渐应用起来。本文主要针对舰船推进系统的多相同步电机容错控制问题,建立多相永磁同步电机和舰船推进系统的矢量数学模型,并对电机的容错控制进行理论分析和仿真实验。

十五相永磁同步电机的驱动控制与容错运行

为进一步提高多相电机系统的容错能力,该文提出一种3×5 相永磁同步电机(PMSM),该电机绕组采用星形联结且三个中性点彼此独立结构,并对一相开路故障的五相绕组直接进行不降额的解耦控制与电流最优的滞环容错控制。首先,分析3×5 相PMSM 定子电压与磁链方程,并建立三dq 轴矢量控制模型;其次,在一相绕组开路的容错运行条件下,比较五相六桥臂空间矢量脉宽调制(SVPWM)容错控制与电流滞环容错控制的实现方式,并对两者的相电流进行谐波分析;最后,搭建基于FPGA 的十五相永磁同步电机驱动控制实验平台,解决了多路PWM 输出同步与PWM 输出管脚数量受限的问题。仿真和实验结果证明了所建立的电机控制模型与容错控制理论分析的正确性。

基于矢量空间解耦的五相永磁同步电机建模与仿真

从矢量空间解耦的观点出发,采用推广派克变换建立了五相永磁同步电机的数学模型,并分析了推广派克变换矩阵的特点。其结论为多相电机控制策略的研究,特别是多相PWM技术的研究提供了依据。仿真结果验证了方法的有效性,并指出了传统SVPWM方法在多相电机驱动系统中的不足。

新型N~*3相永磁同步电机的特性分析及其预测控制

永磁电机已成为现代传动中机电能量转换的核心部件,其性能是决定传动系统品质的关键。为了提高永磁电机容错性与可靠度及实现永磁电机模块化组装,该文设计一种新型N~*3相永磁同步电机。建立新型N~*3相永磁同步电机的有限元仿真模型,并通过有限元计算得到了N~*3相永磁同步电机的输出特性;针对新型N~*3相永磁同步电机特殊的绕组结构及特性,提出一种基于负载转矩观测与Smith预测相结合的预测控制算法。所提算法消除了数字控制系统中不可逆的一拍延时影响及抑制了高带宽的预测速度控制带来的振荡问题,同时满足了N~*3相永磁同步电机的高性能调速要求。最后,通过仿真与半实物实验验证新型N~*3相永磁同步电机的有效性和所提算法的可行性。

正弦削极修正模型的表贴式多相永磁电机模型-数据融合优化设计

为同时提高推进电机转矩密度与全转矩范围内运行效率,该文针对表贴式多相永磁直驱推进电机,提出一种从磁极局部优化到电机整体模型-数据融合优化的设计方法。首先,综合考虑定子齿槽、磁路饱和、永磁极漏磁等因素对电机气隙磁密的影响,对正弦削极下永磁体模型进行修正;其次,通过有限元计算建立数据样本,并分析筛选出与优化目标高度相关的结构尺寸作为显著变量;再次,建立多项式响应面模型,结合基于数据的改进贝叶斯算法反复迭代得到最优解,进而获得全局优化后电机整体设计方案;最后,通过仿真与实验验证磁极局部优化模型的正确性与电机模型-数据融合全局优化设计的有效性。

基于相电流平均值改进算法的九相永磁同步电机系统开路故障诊断

开路故障是多相永磁同步电机系统常见的电气故障,需要及时检测并精确定位,以保证多相电机系统及时切换至容错运行模式。该文针对H桥供电的多相永磁同步电机桥臂开路和绕组断相等常见开路故障,提出一种改进型相电流平均值算法。该方法将故障诊断变量由范围值改进为恒定值,无需再借助阈值辅助判断,同时有效避免了传统检测方法在空载及加载运行时的误诊断问题。最后,通过一台9kW九相永磁同步电机系统不同开路故障实验,验证了所提诊断方法的有效性。

多相永磁同步电动机的Fuzzy-PI双模控制研究

本文对比研究了速度环采用模糊控制和PI控制的永磁同步电机的多相PMSM磁场定向控制。从仿真结果可以看出,模糊控制的速度响应有明显的稳态误差,而PI控制容易产生超调和振荡。为此,本文提出了速度环采用Fuzzy-PI双模的控制方法,这种方法减少了稳态误差和振荡现象,使多相PMSM运行性能得到了极大的改善。

十二相非对称同步电机的动态数学模型与仿真

研究了十二相四Y移15°绕组非对称同步电动机物理结构的动态数学模型,并利用坐标旋转变换将其化简,建立了转子采用多回路模型的dq坐标系动态等效电路及基于MATLAB的可视化仿模型.进行了恒频方波供电情况下的仿真实验,给出了仿真波形,并进行了分析,结果表明仿真波形和电动机运行的实际情况相吻合,证明模型是正确有效的.模型参数简明,使用直观方便,能为对称或非对称十二相同步电机及其各种调速系统的研究和设计提供高效快速的仿真实验手段和科学依据.