实心圆柱式永磁同步电机转子偏心气隙磁场的空间和频率特性

针对两极平行充磁实心圆柱式永磁同步电机(SCPMSM),分析转子偏心对气隙磁场空间和频率特性的影响。通过引入转子静态偏心和动态偏心磁导修正系数,建立了转子偏心气隙磁场的数学模型,分析了空载和负载情形下转子静态偏心以及动态偏心气隙磁场的空间和频率特性。以1台2极12槽SCPMSM为例,对转子偏心气隙磁场特性进行了有限元分析,验证了理论分析的正确性。

基于迭代式粒子群优化的永磁同步电机热网络模型参数辨识研究

针对集总参数热网络模型未知参数多、参数辨识收敛困难的问题,利用永磁同步电机在不同工况下的特性,提出迭代式粒子群优化辨识框架,用实验测量的电机温度场数据,以各节点估计温度与实测温度的均方误差作为目标函数,将并行优化转化为三步串行迭代优化,减少每一步优化变量数,缩小种群规模,避免陷入局部最优。应用于某额定功率70 kW电机,得到一般热阻和热容随温度变化的规律,电机损耗、绕组涡流系数和气隙热阻随转速变化的规律。台架实验表明,在综合驾驶工况下,以槽内绕组、端部绕组、永磁体、定子齿和定子轭的温度估计最大误差和平均误差作为评价指标,与实测结果以及传统的采用固定参数的集总参数模型相比,提出的模型精确度高,工况适应性好。

真空泵用屏蔽式永磁同步电机电磁场-温度场互相迭代计算方法

真空泵用屏蔽式永磁同步电机发热严重,因此在设计阶段准确预测其温度对于真空泵系统的安全稳定运行具有重要意义。针对当前电机电磁场-温度场双向耦合计算方法只能考虑温度对电机材料物理性质参数的影响,提出了一种电机电磁场-温度场互相迭代计算方法。该方法不仅能够考虑温度对电机损耗和永磁体磁性能的影响,还能够考虑温度对电机部件材料导热能力和散热能力的影响,使电机电磁场和温度场预测更加符合实际情况。以一台1.5 kW屏蔽式永磁同步电机作为研究对象,基于提出的方法对电机的电磁性能和温度特性进行分析,并将分析结果与电磁热双向耦合计算结果进行了对比。此外还利用提出的互相迭代法分析了环境温度对电机温升的影响。该研究不仅可以为屏蔽式永磁同步电机优化设计提供理论依据,还可以为其运行安全性和可靠性提供参考。

基于变增益最速梯度下降法的表贴式永磁同步电机位置修正策略

滑模观测器具有响应速度快、鲁棒性强等优点,已广泛应用于表贴式永磁同步电机无位置传感器的中、高速控制系统。然而,具有固定参数的滑模观测器很难在宽速度范围内保持一致的估算精度,而采用基于速度观测器带宽限制的方法进行噪声和扰动抑制会降低电机的动态性能。针对上述问题,该文首先分析滑模观测器估算表贴式永磁同步电机转子位置的误差产生机理,提出一种新型位置误差观测器,主要思想是基于磁链观测进行位置误差连续估算,并采用最速梯度下降法对积分过程进行反馈校正;然后,通过变增益循环迭代优化提高位置误差观测器的速度与准确性;最后搭建表贴式永磁同步电机加载测试平台进行实验,结果验证了所提方法具有位置观测精度高、鲁棒性强的特点。

基于轴线方向不等宽度磁极结构的表贴式永磁同步电机极频振动的削弱

针对一台10极12槽表贴式永磁同步电机的极频振动问题,提出了一种轴线方向不等宽度磁极结构的削弱方案。该方案可以在保证电机转矩密度前提下,有效降低电机的极频振动。首先,根据麦克斯韦张量法,推导出电机径向电磁力的解析表达式,并建立了作用在电机定子齿部电磁力模型;同时,对样机中产生极频电磁力谐波的因素进行了分析研究。然后,通过有限元仿真分析,介绍了利用轴线方向不等宽度磁极结构降低极频电磁力的基本机理,并对优化前后的电机的电磁性能和振动加速度进行了比较分析。最后,研究结果表明,采用轴线方向不等宽度磁极结构能够有效地减弱极频电磁力谐波和振动,同时保持电机的转矩密度,证实了优化方案的有效性。

基于参数辨识的低速永磁同步电机MTPA控制策略

在永磁同步电机运行过程中,由于铁芯材料磁导率呈非线性变化而导致电感变化,继而在最大转矩电流控制比(MTPA)控制下出现固有的计算参数与实际参数不匹配现象,严重影响了电机的动态性能和运行工况下的稳定性。针对这一现象,该文采用高频注入原理,通过对高频注入产生的响应信号解调辨识得到实时的电感参数,然后令辨识得到的电感参数参与到MTPA计算中,保证了参数辨识的准确性和电机运行的稳定性,避免了最大转矩电流控制参数与电机不匹配导致的失控问题。最后,采用DSP LAUNCHXL-F28379D为控制核心的实验平台对所提方法进行了验证,实验结果表明该方法能够有效辨识电感参数并实现最大转矩电流控制。

永磁同步电机喷油冷却传热关联式研究

文章研究的目的是快速预测永磁同步电机(PMSM)在喷油冷却条件下的传热性能。基于大量仿真数据,采用无量纲分析法,分别建立电机各部件的损耗模型与温度预测模型。结果表明,在700V母线电压下,无量纲电机热损耗模型获得的电机绕组、定子与转子损耗误差分别为5.3%、9.3%和8.9%;同时,无量纲温度预测模型计算的绕组温度、定子温度和转子温度与仿真结果的最大误差分别为4℃、8.3℃和1.8℃。该无量纲温度预测模型能够有效预测不同工况下的电机各部件温度,为电机优化设计提供理论支持。

应用显式模型预测控制的永磁同步风电机组频率电压协同调节

为解决高压直流输电线路发生闭锁故障引起送端近区功率冗余、造成频率和电压升高的问题,提出了一种面向频率电压协同调节的永磁同步风电机组的显式模型预测控制(EMPC)策略。该控制策略利用了直驱式永磁同步风力发电机组具有同时调节电网频率和电压的能力。根据频率摆动方程和电压灵敏度模型建立了换流站母线电压和电网频率的状态空间模型;将永磁同步风电机组的有功输出和无功输出相结合,利用多个EMPC控制器计算代价函数下的最优输出并进行组合,计算出故障后永磁同步风电机组的参考功率输出,以实现送端近区频率和电压的协同控制。在MATLAB/Simulink平台进行仿真验证表明:当闭锁故障发生时,EMPC控制策略不仅可以降低送端近区的频率和电压的峰值与稳态值,而且与其他控制方法相比,频率峰值降低了0.089 Hz,电压峰值降低了0.012(标幺值)。该研究可为电力系统的频率电压控制提供理论及工程参考。

内埋式永磁同步电机的弱磁控制策略

针对内埋式永磁同步电机的弱磁控制,提出一种修正电流设定值的方法。该方法由两部分组成:弱磁区域的确定和设定电流修正值的计算。电机运行所在的弱磁区域由恒转矩曲线方向和电流调节器输出电压递减方向之间的夹角来确定,输出电压的递减方向信息通过梯度下降法计算得到;设定电流修正值的大小根据该弱磁区域内转矩、电压变化量的方向信息和电流调节器输出电压与电压设定值的差值来确定。通过实验验证了该控制策略的正确性和可行性,实验结果表明所提出的控制策略控制精确度高、响应速度快、鲁棒性好。

基于磁饱和效应的表贴式永磁同步电机初始位置检测方法

根据表贴式永磁同步电机磁饱和效应模型检测转子初始位置,并通过有限元分析验证了其有效性;在位置检测算法上采用旋转电压注入法,通过高通与谐振滤波器显著放大微弱的高频电流响应,并高效衰减直流成分;结合改进的解调算法,准确提取出负序直流分量和铁心饱和度评价函数;转子位置检测结果由锁相环估算的转子方向结合基于饱和度评价函数的磁极极性判定方法来确定。通过Matlab/Simulink搭建了表贴式永磁同步电机零速下磁饱和仿真平台,验证了该文所提算法的有效性,同时硬件平台实验进一步验证了该方法具有简单可靠、准确度较高等特点。

嵌入式永磁同步电机自适应在线参数辨识

针对嵌入式永磁同步电机参数辨识问题,提出一种自适应在线参数辨识方法,可在同一模型中对定子电阻、d轴电感、q轴电感和永磁体磁链进行辨识。该方法基于模型参考自适应系统,在同步旋转d-q坐标系下,构造出q轴电流自适应观测器,利用q轴电流观测误差,借助Lyapunov超稳定理论建立参数的辨识模型并推导出待辨识参数的自适应律,保证了特定条件下系统的稳定性和辨识参数的收敛性,解决了参数在线辨识算法的鲁棒性差、算法复杂等问题。仿真和实验结果表明,辨识参数能够在较短的时间内收敛到真实值附近,并且具有较小的误差。

内埋式永磁同步电机永磁磁链的在线辨识

在无速度传感器工作条件下,为了实现永磁同步电机转子位置和转速的精确控制,需要对电机参数进行在线辨识。本文研究了无速度传感器控制条件下,内埋式永磁同步电机永磁磁链的辨识。该调速系统采用转子磁链定向的矢量控制作为基本的控制策略,利用模型参考自适应系统对转子位置和转速进行估算,提出了一种基于扩展卡尔曼滤波器的永磁同步电机永磁磁链辨识方法。本文基于上述研究,实现了无速度传感器控制条件下,内埋式永磁同步电机永磁磁链的在线辨识,采用上述方法能够很好地避免由于电机的低阶状态方程而引起的辨识问题。仿真和实验结果证明了该辨识方法的可行性与有效性,而且在模型参考自适应中采用辨识得到的磁链参数,能够大幅度降低转子位置的估算误差。

基于遗传算法的内埋式永磁同步电机参数辨识方法

针对内埋式永磁同步电机的反凸极特性及传统参数辨识方法存在的缺陷,结合电机的数学模型提出了一种基于遗传算法的参数辨识方法,该方法能同时辨识定子电阻、d轴电感、q轴电感和永磁体磁链四个参数。该方法所用的信号均为可直接检测的状态变量,从而减少了其他干扰对电机参数辨识的影响,提高了参数辨识的准确性。仿真和实验结果表明,利用遗传算法进行参数辨识鲁棒性强、收敛性好,在不同的转速、不同的负载以及不同的控制策略下,四个待辨识参数也能够在较短的时间内收敛到真实值,具有较高的精度,同时也克服了一般遗传算法对辨识参数初始值要求高的缺点。

一种表贴式永磁同步电机电流矢量闭环I/f控制方法

针对表贴式永磁同步电机(surface permanent magnet synchronous motor,SPMSM)开环I/f控制方法存在转速易波动、易失步、电流幅值固定的缺点,提出一种电流矢量闭环I/f控制方法。通过对SPMSM在电流矢量定向γ-δ坐标系下模型的分析,在SPMSM开环I/f控制结构的基础上引入瞬时功率反馈调节算法,通过电机的瞬时有功功率调节电流矢量的转速,在电磁转矩中增加阻尼特性分量,改善电机的转速收敛特性;通过瞬时无功功率调节电流矢量的幅值,使SPMSM运行在最大转矩/电流比状态,提高电机的效率和稳定性。该控制方法无需电机转速信息,且在最大转矩/电流比状态具有渐近稳定性。仿真和实验结果验证了该控制方法在电机起动、稳定运行和负载突变时的良好性能。

表贴式永磁同步电机无位置传感器起动新方法

针对表贴式永磁同步电机(surface mounted permanent magnet synchronous machines,SPMSM),该文提出一种脉振高频信号注入法结合载波频率成分法的无位置传感器起动控制新方法。该方法首先向SPMSM的d轴注入脉振高频信号,使得SPMSM呈现"饱和凸极性";然后引入载波频率成分法进行转子磁极极性判断,即提取三相载波正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation,SPWM)逆变器中的三相载波频率成分信号,解析其饱和分量幅值的正负,实现对SPMSM转子磁极极性的判别。与传统的通过二次注入其他形式的信号来判断转子磁极的方法相比,该方法有效改善了现有无位置传感器起动方法中存在的算法执行时间长、实施过程复杂等缺点。实验结果表明,所提方法能够准确、快速地检测出SPMSM的初始位置,保证电机顺利平稳起动,具有良好的位置估计精度。

表贴式三相永磁同步电机极槽径向力波补偿模型及参数辨识

在电机的径向力波调制中,谐波电流注入法是行之有效的方法,实现谐波电流注入法的关键是建立谐波电流注入补偿模型及参数辨识。该文根据麦克斯韦应力张量法,首先,推导出表贴式三相永磁同步电机由电磁作用产生的极槽径向力波的时空分布模型,判断具有补偿作用的谐波电流频次;其次,推导出单频次谐波电流注入补偿模型,并采用最小二乘法和牛顿迭代法进行参数辨识;再次,推导出双频次谐波电流同时注入时产生的耦合径向力波模型,并采用最小二乘法进行参数辨识;最后,推导出多频次谐波电流注入补偿模型。通过Ansys仿真和样机实验验证模型的正确性和有效性。

内埋式永磁同步电机驱动系统的弱磁控制

针对内埋式永磁同步电机(IPMSM)系统高频运行困难这一问题,提出了一种基于交轴电压的弱磁控制方法.该方法基于磁场定向控制,运用交轴电压控制直轴电流,将交轴电压的期望值与反馈值作差,计算得到弱磁电流误差信号,对其进行PI运算得到弱磁电流.由于在重负载时直流母线电压急剧下降,引入定子空间电压矢量的有效工作时间这一变量来闭环调节所得到弱磁电流,从而实现重负载情况下的弱磁控制.建立了内埋式永磁同步电机系统仿真模型,验证了算法的正确性.将所提出的弱磁控制方法应用变频空调压缩机控制系统中,开发了基于STM32F103R8T6 ARM的弱磁控制系统实验平台,实验验证该控制算法可显著提高IPMSM的弱磁转速范围.

错位式双边型永磁直线同步电机优化设计

针对12槽/11极双边型永磁直线电机,提出了采用电枢或磁极错位一定距离来削弱推力波动的有效方法,并进行了结构优化设计。针对该优化方案,研究了空载工况和额定工况时的电磁性能和推力性能,并进行实验测量与验证。通过与另外两种极数比槽数多的槽极配合(12槽/13极、12槽/14极)结构相比,不仅验证了错位方法的通用性,而且表明了极数比槽数多的槽极配合结构力性能更好,即12槽/14极结构力性能更优。

表贴式永磁同步电机转速环复合PI无位置传感器控制

针对传统永磁同步电机转速环PI控制下转速跟踪性能差的问题,设计一种复合PI无位置传感器应用于表贴式永磁同步电机转速环控制系统。在传统PI控制的基础上,转速环采用积分钳位型抗积分饱和方法,增加给定输入微分前馈环节和控制增益环节,增强转速环系统跟踪响应性能。分析无阻尼自然频率和阻尼比两者参数选取对系统转矩扰动和角速度测量噪声抑制能力的影响,证明系统抗转矩扰动性能与抑制噪声性能之间存在矛盾。针对该问题,设计以电机转子角速度为状态变量的新型滑模观测器对角速度进行观测,将其直接引入至转速闭环系统反馈,避免角速度反馈噪声对转速跟踪性能造成影响。实验结果验证了该理论分析的正确性与控制策略的可行性。

表贴式永磁同步电机转子涡流损耗解析计算

针对谐波电流引起的转子涡流损耗在某些表贴式永磁同步电机中可能会引起很高的温升的问题,研究了一种永磁同步电机转子涡流损耗的解析计算方法,该方法考虑了转子电枢反应和电机有限长的影响。在二维直角坐标系下,建立电磁场方程,通过对电磁场方程的解析求解得到转子涡流损耗的解析表达式。通过一个端部系数来等效电机有限长的影响。针对转子涡流损耗测量困难的问题,采用了一种能准确分离出转子涡流损耗的间接测量方法。实验结果表明所提出的解析计算方法可行。