基于径向气隙磁密和定子电流的永磁同步电机均匀退磁故障诊断研究

该文提出一种基于径向气隙磁密和定子电流的永磁同步电机均匀退磁故障诊断方法。首先,建立电机的d轴等效磁路模型,分析均匀退磁故障后径向气隙磁密的变化规律;然后,获取电机的径向气隙磁密和定子电流信号,对各极下径向气隙磁密幅值进行归一化处理,并绘制雷达图,根据雷达图和比较相同定子电流幅值下健康电机和故障电机的各极下径向气隙磁密幅值的平均值,来诊断均匀退磁故障;利用空载各极下径向气隙磁密幅值的平均值计算故障程度。最后,仿真和实验结果均验证所提均匀退磁故障诊断方法的有效性。

基于车用永磁同步电机转子结构的电磁噪声优化仿真分析

针对目标电机低速加速段中存在明显类似“口哨”的高频噪声的问题及电机量产降本原则,将48槽8极峰值功率62 kW的乘用车前驱动电机作为案例进行电磁方案设计。基于设计指标及存在问题设计了定子结构相同内置式转子拓扑结构不同的优化方案,推导计算了两电机方案气隙磁场幅值波形时空分布方程及电磁力表达式,建立了两电机方案有限元模型及电磁-结构声场耦合模型,仿真分析比较两电机气隙磁密及径向电磁力谐波含量。基于仿真结果得到优化方案,在不牺牲电磁性能的前提下削弱了低速段加速过程的0阶6f1径向电磁力,并使磁钢用量从1.474 kg降低到了1.371 kg,实现了降本目的。最后分别制作样机进行实验验证,结果表明优化方案明显削弱了低速段径向振动,降低了24倍频电磁噪声,与仿真结果相吻合。

永磁同步电机变结构模糊神经网络控制策略

为改善永磁同步电机矢量控制技术在复杂工况下控制器参数不能做出实时调整导致控制性能差的问题,分析了模糊逻辑与神经网络控制原理,提出了一种基于高斯径向基神经网络与模糊控制的相结合的智能控制策略。以转速误差以及误差的变化率为依据构建增量补偿式二维变结构模糊神经网络PID控制器(deformable fuzzy neural network,DFNN)通过RBF神经网络参数辨识器获取永磁同步电机的雅可比信息矩阵(Jacobian matrix),通过变结构算法确定变结构模糊神经网络的结构信息。在MATLAB/Simulink中仿真结果表明,该控制系统提升了电机启动以及目标转速发生改变时的响应速度,同时降低了超调量,在负载转矩存在扰动时转速变化小,且能够快速回归至给定值,优化了矢量控制系统的性能。

定子槽结构的永磁同步电机振动噪声优化

为改善永磁同步电机一阶齿谐波引起的振动噪声,基于ANSYS Workbench多物理场耦合平台,对电机电磁噪声进行联合仿真,优化电机振动噪声.分析一阶齿谐波引起的振动噪声所在的空间与时间阶次,通过对定子结构优化的方式降低电机的振动噪声.分析定子槽的各种参数对电机气隙磁通密度的影响,并通过回归分析的方式得到其对电机气隙磁密的回归模型,利用优化算法找到最适合定子槽参数.经仿真分析表明优化后的电机气隙磁密得到明显改善,0空间阶次由12倍电磁频率引起的48时间阶次的电磁噪声得到显著降低,证明优化方案的可靠性.

非串级结构下的双三相永磁同步电机调速控制和电流谐波抑制研究

该文针对多源时变干扰影响的双三相永磁同步电机系统,研究其基波平面内的调速控制问题和谐波平面内的谐波电流抑制问题。首先,在基波平面采用非串级控制结构,通过构造广义比例积分观测器(generalized proportional integral observer,GPIO)估计转速环的多源快变干扰;然后,针对q轴电流的过流保护问题,在传统比例微分反馈控制器的基础上利用障碍函数设计思想,结合干扰估计信息,得到基于GPIO的电流约束复合控制器;其次,在谐波平面,通过设计2个GPIO精准估计电流环的多源快变干扰,并与比例反馈控制器结合形成复合控制器来抑制2个电流环中的谐波电流。最后,给出严谨的稳定性分析,并通过对比实验验证所提方法的有效性。

内置式永磁同步电机不同转子拓扑结构对电机性能的影响分析

为了研究不同转子拓扑结构对8极48槽内置式永磁同步电机(IPMSM)的电磁性能和噪声性能的影响,分别建立了单层无隔磁桥、单层有隔磁桥、双层无隔磁桥以及双层有隔磁桥转子拓扑结构的内置式永磁同步电机的有限元模型。除转子拓扑结构以外,四种电机的定子拓扑结构、永磁体使用量等其它条件完全相同。首先,对电机电磁性能和噪声性能进行相关的理论分析。其次,建立四种电机的有限元模型,对四种电机的凸极率、输出转矩、转矩脉动以及空载反电势谐波畸变率等电磁性能进行比较分析,并对四种电机进行模态分析。最后,比较了四种电机的振动响应和噪声特性。结果表明,双层有隔磁桥转子结构的内置式永磁同步电机电磁性能最好,并且其噪声削弱效果也最好。

双并列转子永磁同步电机转矩脉动产生机理及抑制

双并列转子永磁同步电机由于部分定子铁心和绕组的缺失,存在较大的转矩脉动,限制了其在并行对驱类机械装备中的应用。该文对双并列转子永磁电机转矩脉动产生机理进行分析,并提出了相应的抑制方法。对比了N-N型、N-S型两种转子结构,阐明了N-S型转子结构的优越性。在此基础上,开展了转矩脉动产生机理研究,按照影响因素不同,逐次分析了齿槽效应、端部效应、永磁齿轮效应以及绕组参数不对称对电机转矩脉动的作用机理,构建了各个转矩分量的解析表达式。通过有限元模型,验证了理论分析的正确性。针对产生转矩脉动的不同分量,提出了相应的抑制方法,其中抑制空载转矩可以通过优化电机的结构参数来实现,抑制纹波转矩可以通过优化绕组位置分布来实现。搭建样机实验平台,验证了分析模型的准确性。

新型永磁同步电机散热结构仿真分析与优化

永磁同步电机因其外形紧凑、效率高和功率密度大等特点,广泛应用于众多领域。但在长时间运行过程中,其内部会产生热量,影响电机的性能及寿命,因此,安全有效的散热方法是至关重要的。本论文首先建立了新型永磁同步电机的三维模型,通过模拟发现,电机在运行过程中,内部温度分布不均匀,存在一些散热难点。然后,为解决这些问题,分析了散热结构的优化方法,包括改善散热通道设计和引入新型热导材料等,再次进行了仿真评估。结果表明,优化后的散热结构显著提升了电机的散热效果,降低了电机的内部最高温度,使得电机的稳定运行时间得以增长,有效保障了电机的效率和寿命。此项研究为新型永磁同步电机的散热设计提供了有益参考和新的设计思路。

滑模变结构控制在永磁同步电机控制中的实现和仿真

永磁同步电机(PMSM)是一个强耦合、多变量、非线性系统,控制难度大,而滑模变结构控制对外部扰动和参数变化有较强的自适应性,更适合实现PMSM的高性能控制。利用Matlab搭建滑模变结构控制系统模型,研究其动态性能,仿真结果显示,该系统具有良好的跟随性能和鲁棒性。

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.

基于槽极比选择的切向永磁同步电机永磁体涡流损耗抑制措施

为抑制切向永磁同步电机的永磁体涡流损耗,基于麦克斯韦方程和本构方程,对永磁体形状进行近似假设,构建了永磁体涡流损耗的估算模型。使用一种基于卡特系数概念的磁导函数来估算由于定子开槽引起的槽下磁感应强度变化。基于五台槽极比分别为1.05、1.20、1.30、2.40和3.60的电机设计方案对理论分析结论进行了验证。在负载电流和两倍负载电流下,分析永磁体损耗,得到了每台电机的径向气隙磁密曲线及其谐波含量。考虑到增加槽极比对定子铁耗和永磁体涡流损耗的削弱效果,给出了电机槽极比选择策略。研究结果表明,增加槽极比能减弱定子槽下磁感应强度变化,从而抑制气隙磁场中低次谐波含量,减小永磁体涡流损耗,使电机运行更加可靠,但也会引入更多高次谐波,从而增加定子铁耗。

基于凸极效应的永磁同步电机振动分析

凸极率的改变会给齿槽转矩带来影响,同时相比较表贴式的结构,其更复杂的结构所带来的谐波也对电机的减振带来巨大的冲击。针对凸极效应所产生的问题,本文基于理论分析以及Ansys有限元仿真平台,对一台具有凸极效应的车用永磁同步电机进行研究,对不同凸极率对电机齿槽转矩以及径向电磁力密度进行对比分析。其次,对三维结构的定子冲片模态进行分析,讨论了可能产生共振的频率。最后,将径向电磁力与有限元模型相耦合,对电机的电磁力引起的振动进行谐响应分析,为车用永磁同步电机的凸极率选择和优化设计提供参考价值。

永磁同步电机电磁噪声优化研究

为分析研究永磁同步电机径向电磁力波作用在定子齿上引起的电磁噪声,建立了基于场路耦合的电磁噪声仿真模型,进一步基于该模型进行电磁噪声求解与优化。首先利用场路耦合模型求解电机径向电磁力波,作为电机振动噪声仿真的载荷激励;然后采用模态叠加法和边界元法进行电机电磁噪声仿真,将A计权声压级结果与实验数据进行对比分析;最后基于响应面法确定辅助槽的最佳参数,并基于该参数在转子外侧开设两个弧形辅助槽优化电机电磁噪声。实验和仿真结果表明,基于场路耦合的电磁噪声仿真模型能够更加准确地模拟电机中高频噪声,且合理选择辅助槽参数可以明显改善电机电磁噪声,使得A计权声压级降低了3dB以上。

开绕组六相永磁同步电机模型预测电流控制

针对六相永磁同步电机模型预测电流控制中存在固有的共模电压较大和计算量繁重的问题,提出了一种开绕组六相永磁同步电机模型预测电流控制方法。首先,将六相永磁同步电机绕组的中性点打开并接入两个六相电压源逆变器,形成双逆变器馈电的开绕组结构,目的是抵消逆变器之间共模电压。其次,双逆变器馈电会产生繁多的电压矢量,从中选出具有零共模电压性质的矢量。在此基础上,又考虑了x-y平面的谐波电流问题和母线电压利用率的问题,将矢量集精简为一个包含7个电压矢量的控制集,减少了计算负担。最后,通过与现存的传统六相永磁同步电机模型预测电流控制方法进行对比仿真,证明了所提出方法的有效性。

稀土永磁同步电机的轻量化技术分析

阐述稀土永磁同步电机的优点,它是一种采用稀土永磁材料作为励磁的同步电机,具有无滑差、高效率、高功率因数等。探讨稀土永磁同步电机的拓扑结构设计和优化、稀土永磁同步电机机壳以及支撑架的结构优化。介绍稀土永磁同步电机集成化的特点。

内置式永磁同步电机不同转子拓扑结构的电磁性能及电磁振动噪声分析

为了研究转子拓扑结构对内置式永磁同步电机(IPMSM)电磁性能以及电磁振动噪声的影响,以8极48槽永磁同步电机为例,根据设计指标,分别建立单层和双层永磁体两种内置式转子的永磁同步电机有限元模型,两个模型在定子、绕组、永磁体用量及轴向长度上完全一致。首先,从磁路结构的角度分析交直轴电感的区别,并分别对电机的交直轴电感参数、转矩波动、空载反电势及其谐波含量和输出外特性进行有限元分析比较。其次,根据麦克斯韦张量法推导出径向电磁力密度的解析表达式,并分别将两台电机的气隙磁密和径向电磁力密度及经过傅里叶分解后的谐波含量进行分析比较。最后,建立电机的三维有限元模型,计算定子铁心和定子组件径向模态的振型及固有频率,并对两台电机的电磁振动噪声特性进行仿真分析比较。结果表明,对于内置式永磁同步电机,在永磁体用量相同的情况下,双层永磁体比单层永磁体的转子结构具有更加良好的电磁特性及电磁振动噪声表现。

永磁同步电机拓扑结构对散热性能的影响

为了探究永磁同步电机拓扑结构变化对电机散热性能的影响,以30 kW电动叉车用水冷型内置式永磁同步电机为例,建立改进的等效热网络模型,并利用电机的有限元温度场模型计算验证其准确性。采用热网络模型,计算不同定转子结构下电机的温度场,分析定子齿宽、定子槽深、永磁体夹角等拓扑结构改变对电机散热性能的影响规律,为永磁同步电机的运行性能优化提供参考。

一类永磁同步电机混沌运动的GWO-RBFNN双参协同智能优化控制

针对永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor, PMSM)混沌控制问题,提出了一种基于GWO-RBFNN的双参协同智能优化控制方法。从控制器能够自动搜索预期运动状态的角度出发,选择Poincaré截面上两点间距离作为控制器输入,并考虑到系统参数对系统动力学行为的耦合影响作用,基于径向基函数神经网络(radial basis function neural network, RBFNN)设计了双参协同控制器;采用灰狼优化算法(grey wolf optimization, GWO)优化选择控制器参数,以实现最佳的控制器性能;通过对PMSM系统中两个可控参数进行微幅扰动调整,将系统从混沌状态控制到预期的运动状态。研究结果表明,相较于基于GWO-RBFNN的单参数智能优化控制方法,基于GWO-RBFNN的双参协同智能优化控制方法具有更优的性能。虽然两种方法均能实现混沌运动控制,但相较而言,基于GWO-RBFNN的双参协同智能优化控制方法控制速度更快,超调量更小。

基于NEDC路谱的对称与非对称型永磁同步电机优化设计

用于电动汽车的永磁同步电机不仅需要考虑额定工况的性能,还需要考虑整个路谱下的综合效率。基于此,介绍了一种基于新标欧洲循环测试(NEDC)路谱的非对称V型内嵌式永磁同步电机优化设计方法。将上述非对称电机中永磁体上下两部分的几何参数分别作为独立参数进行参数化建模,然后以NEDC效率和转矩成本比为优化目标,采用遗传算法分别对对称和非对称V型永磁同步电机进行多目标优化。最后,选取帕累托前沿上的最佳设计点进行电磁性能仿真比较。仿真结果表明,与对称结构相比,非对称转子结构由于磁场偏移效应而表现出更强的转矩性能。因此,非对称V型永磁同步电机具有更加优异的电磁性能和更低的制造成本,在电动汽车领域具有广阔的应用前景。

电流时间谐波对永磁同步电机电磁振动的影响

为了揭示电流时间谐波对电机电磁振动和噪声的影响,结合Maxwell应力方程解析计算了变频器供电时永磁同步电机的径向电磁力,并解析计算了径向电磁力的阶次和频率变化规律。指出变频器的供电使电机在低频和中高频频段产生的电磁振动和噪声均有不同程度的加剧。以一台48槽8极永磁同步电机为例,分别建立了变频器供电和正弦波供电情况下电机电磁有限元模型和结构有限元模型。通过ANSYS多物理场联合仿真对比了2种供电方式下电机的振动响应和噪声变化,验证了解析分析的正确性。最后通过实验验证了仿真的可靠性。