非理想运行条件下双馈感应发电机转矩脉动抑制方法综述

在非正弦和不平衡运行条件下,双馈感应发电机会面临显著的转矩脉动问题,严重威胁系统的安全稳定运行,因此有必要采取转矩脉动抑制措施。近些年,诸多学者针对该问题进行了广泛研究,并取得了一系列的科研成果,但鲜有对其进行总结归纳的文献。为此,该文首先介绍了双馈感应发电机系统结构,分析了非正弦和不平衡运行条件下转矩脉动成因,并明确了转矩脉动抑制的主要目标。其次,从硬件结构改进法和控制策略改进法两方面对现有技术方案进行归类总结,并从七个维度进行综合对比分析。最后,从软硬件协同抑制、参数鲁棒性提升、谐波损耗抑制和故障穿越四个方面对双馈感应发电机转矩脉动抑制方法的未来发展趋势进行了展望。

基于矢量控制的电励磁双凸极电机失磁容错运行转矩脉动抑制策略

电励磁双凸极电机(doubly salient electro-magnetic machine,DSEM)在航空和电动汽车等领域具有广阔的应用前景,这些领域对可靠性有更高的要求。DSEM通过励磁绕组实现他励,其励磁故障是影响DSEM电动运行可靠性的重要方面。针对DSEM驱动系统的励磁故障,该文提出一种基于矢量控制的DSEM失磁容错运行转矩脉动抑制策略。首先,根据瞬时功率不变原则建立DSEM失磁后极坐标系下的转矩数学模型,该模型建立磁阻转矩与电流矢量的幅值和相角之间的关系。随后,基于该模型,以铜耗最小化为目标确立电流矢量的相角,通过控制电流矢量的幅值抑制转矩脉动,将所得的电流矢量变换后得到三相参考电流,进行闭环控制。最后,针对1台18/12极DSEM,通过实验验证所提方法的可行性和有效性。

基于恒转矩控制的磁阻型球形电机转矩脉动抑制研究

与永磁球形电机不同,磁阻型球形电机的设计灵感来源于开关磁阻电机,双凸极结构的存在会导致它产生较大的转矩脉动,从而影响电机的稳定运行。为了抑制磁阻型球形电机的转矩脉动,从控制角度出发,提出一种恒转矩控制方法,通过对其自旋、倾斜和任意方向运动的分析研究,实现了磁阻型球形电机在自旋、倾斜和任意方向运动时的转矩脉动抑制。主要工作如下:首先,分析磁阻型球形电机的运动过程与通电情况,提出一种求解驱动电流的方法——转矩电流拟合多项式法;然后利用恒转矩控制方式实现了对磁阻型球形电机自旋、倾斜和任意方向运动时的转矩脉动抑制;最后,分别通过仿真和试验对不同位置的转矩脉动抑制进行了验证,验证结果表明了所研究方法的有效性。

多扇区插值预测算法的BLDCM转矩脉动抑制策略

无刷直流电机具有高可靠性、高效率等优点,但由于自身结构特点以及驱动特点,在运行过程中会产生较大的转矩脉动。针对该运行问题,构造了一种新型电压矢量扇区划分开关表,用于无刷直流电机的直接转矩控制。区别于传统的直接转矩控制只对电机电压矢量进行六扇区划分,提出将传统的扇区开关表扩展为十二扇区的方法。该策略通过将电压空间扩展为十二个扇区后,对应的有效电压矢量也增加至十二个,这使得转矩在每个扇区内可以选择更精准的电压矢量。改善了换相区域内电压矢量选择不准确所造成的转矩脉动这一问题,并通过生成三维插值特性曲线验证。最终实现电机控制性能的提高,达到高效率的直接转矩控制策略目的。最后,将该方案在仿真软件上进行测试,结果验证了所提出策略的准确性、有效性。

结构优化与直接瞬时转矩控制下的开关磁阻电机转矩脉动抑制

绕组换相时的转矩跌落是造成开关磁阻电机转矩脉动大的主要原因之一。针对该问题,本文在分析普通开关磁阻电机转矩脉动成因的基础上,研究了一种结构性优化与直接瞬时转矩控制相结合的转矩脉动抑制方法。通过增设内定子以及辅助绕组,构造一种周向错角开关磁阻电机,由内定子上的辅助绕组提供辅助转矩,以补偿外定子上主绕组在换相期间的转矩跌落。之后设计了直接瞬时转矩控制策略,根据转矩偏差信号以及扇区信号来直接切换功率变换器的工作模式,具有快速响应和转矩精确控制的优点。最后,在场-路耦合联合仿真环境下,搭建该电机六相绕组的直接瞬时转矩控制电路,对比分析了启动、加减速以及增、卸负载三种工况下的转矩特性以及转速特性。仿真结果表明,改进后的电机具有很好的转矩脉动抑制功能,且运行特性良好。

无刷直流电机转矩脉动抑制策略的仿真研究

无刷直流电机(Brushless Direct Current Motor,BLDCM)作为一种广泛使用的电机装置,在换相过程中会造成母线电流波动,产生较强的转矩脉动,影响电机运行稳定性。本文对无刷直流电机产生换相转矩脉动和续流转矩脉动的原因进行分析,针对采用传统PWM调制出现的换相转矩脉动和续流转矩脉动过大的问题,采用了一种基于传统PWM调制优化后的改进型PWM调制策略,该调制策略能够有效的抑制换相转矩脉动和续流转矩脉动。MATLAB/Simulink仿真结果表明改进型PWM调制策略和传统的PWM调制相比在转矩脉动抑制上有更加优良的表现。

基于模型预测电流控制的伺服电机系统转矩脉动抑制研究

永磁电机实际的气隙磁场分布非正弦,会导致反电动势波形中也存在相应的谐波分量,从而引起额外的转矩脉动,进而导致振动、噪声,降低系统的控制精度。为解决这一问题,提出一种基于谐波注入的永磁电机模型预测电流控制方法。建立适用于任意相永磁电机反电动势谐波产生的脉动转矩通用解析模型;基于此模型,从控制的角度出发,提出采用电流谐波注入以补偿反电动势谐波引起的转矩脉动控制策略,分析所需注入的电流谐波特性的一般表达式,并通过模型预测电流控制方法对电流进行控制。为验证所提出方法的有效性,以一台三相12槽10极表贴式永磁同步电机为例,通过MATLAB/Simulink设计考虑反电动势谐波的电机仿真模型,搭建基于谐波注入的电机控制系统。此外,为进一步验证所提出的方法正确性,也进行相应的试验验证。结果表明:谐波注入前、后电机的转矩脉动峰峰值从2 N·m降低到1.3 N·m。

基于分数阶全局滑模与Elman神经网络磁链观测的PMSM转矩脉动抑制研究

针对传统直接转矩控制转矩脉动较大的问题,提出一种基于构造分数阶全局滑模控制器和基于Elman神经网络电阻辨识的磁链观测器的PMSM转矩脉动抑制方法。首先,建立了PMSM的数学模型,以磁链和转矩误差建立了分数阶滑模面,设计了分数阶全局滑模控制器;其次,为了通过精确观测磁链来进一步实现转矩脉动的抑制,提出了基于Elman神经网络的电阻辨识方法,然后将辨识结果用于磁链观测器的设计,并与分数阶全局滑模控制器结合,构建了基于分数阶全局滑模与磁链观测的PMSM控制系统,实现对PMSM转矩脉动的抑制。试验结果表明,所提出的基于构造分数阶全局滑模控制器和基于Elman神经网络电阻辨识的磁链观测器相结合的方法可以很好地抑制转矩脉动。

基于新型转子结构的开关磁阻电机转矩脉动分析与优化

为抑制开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,SRM)转矩脉动,提出了一种耳形转子结构,以一台1500 r/min、7.5 kW的8/6极开关磁阻电机为例,通过建立有限元模型,对新型结构进行了验证与优化。结果表明,所提出的新型耳形结构能够有效抑制转矩脉动,同时对电机平均转矩影响较小。该新型转子结构和转矩脉动分析结果,可供开关磁阻电机结构优化参考,从而提升电机电磁性能并抑振降噪。

独立运行双馈直流发电系统的转矩脉动和电流谐波抑制

本文针对独立运行的双馈直流发电系统,提出一种改进的自抗扰控制方法。针对超螺旋观测器无法跟踪高频信号的不足,设计了改进超螺旋观测器来观测转子电流导数中的基频和6倍频交流分量,设计基于改进超螺旋观测器的自抗扰转子电流控制器,抑制由不可控整流器引起的6倍频转矩脉动,同时降低了定子电流中的-5次和7次谐波分量。将基于超螺旋观测器的自抗扰控制器用于直流电压控制环,改善了直流电压调节过程的动态性能,提高了在负载变化条件下直流电压环的鲁棒性。以功率为6 kW的双馈直流发电系统为对象进行了仿真和实验,验证了该方法对转矩脉动与电流谐波的抑制能力,以及直流电压控制的有效性。

关于洗衣机用开关磁阻电机转矩脉动抑制分析

随着我国经济水平的提升,家电产品市场消费规模稳定增长,开关磁阻电机能够较快的实现启停与正反转、其性能较好,在洗衣机等小型家电中应用较多。但是,开关磁阻电机在洗衣机驱动中,存在较大的转矩脉动,伴随剧烈震动、噪声较大等问题,对家庭日常生活产生影响。为了改善上述问题,本文通过麦克斯韦应力张量(Maxwell stress tensor)法对转矩脉动开展理论分析,之后在转子齿两侧开梯形槽,对梯形槽齿顶的槽深、槽宽、高度与开槽角度对开关磁阻电机转矩脉动的影响进行分析研究,根据有限元仿真优化设计方案,洗衣机开关磁阻电机转矩脉动系数得到降低,且平均转矩增大。

织机主轴开关磁阻电机转矩脉动分析与优化

为满足剑杆织机使用需求,针对发展前景广阔的开关磁阻电机进行设计研究。根据设计要求,基于设计原则确定结构参数,并建立有限元模型分析结构参数对转矩脉动的影响,实现了结构参数的优化。在此基础上对定子结构进行改进,提出一种定子齿两侧开槽的转矩脉动抑制结构,通过分析对转矩脉动的影响确定了合适的开槽参数。仿真结果表明,该结构能优化电机磁密分布,减小径向电磁力,有效抑制转矩脉动。通过仿真和实验静态转矩特性的对比,一定程度上验证了该设计方案的有效性,可为电机设计和研发过程中降低转矩脉动提供参考。

非理想反电势无刷直流电机转矩脉动抑制

从无刷直流电机转矩脉动产生的机理出发,分析了非理想反电动势情况下转矩脉动产生的原因,提出了通过直接转矩控制减少电磁转矩脉动的控制策略。仿真验证该控制方法能有效抑制由非理想反电势引起的无刷直流电机的转矩脉动。

一种合成电流控制的无刷直流电机转矩脉动抑制系统

具有非换相相电流反馈的无刷直流电机的传统双闭环调速系统,因非理想梯形波反电势和非理想方波相电流存在较大转矩脉动,该文引入正比于瞬时转矩的合成电流变量,并推导出每个扇区下的合成电流与非换相相电流之间的关系式,通过控制所需合成电流的对应非换相相电流,达到抑制转矩脉动的目的。此外,为了减小换相转矩脉动,采用一种基于PWM-on的新型调制方式。该调制方式在换相期间,三相将进行配合调制,通过计算给每一相分配不同的调制占空比,使开通相和关断相的电流变化率相等。所提转矩脉动抑制方法通过相应的Matlab仿真和数字信号处理驱动实验,验证了其可行性和有效性。

基于鲁棒迭代学习控制的永磁同步电机转矩脉动抑制

为了提高永磁同步电机转速伺服系统的性能,抑制转矩脉动对控制系统的影响,提出了滑模控制与迭代学习控制相结合的鲁棒迭代学习控制方法(RILC)。设计了迭代学习控制器抑制周期性转矩脉动,提出了滑模控制器提高系统的抗扰动性能,保证系统强鲁棒性及响应快速性。实验结果显示,电机以900r/min的速度运行时,采用鲁棒迭代学习控制可将速度脉动6次谐波幅值由0.89降低到0.56;加入0.5N·m的负载扰动后,转速波动最大值为22r/min,比PI-迭代学习控制法得到的值减小了1.8%。电机以60r/min运行时,采用鲁棒迭代学习控制可将速度脉动6次谐波幅值由4.87降低到0.45;加入0.5N·m的负载扰动的,转速波动最大值为24r/min,比PI-迭代学习控制法得到的值减小了23%。得到的结果表明,鲁棒迭代学习控制方法可有效抑制转矩脉动,同时可提高永磁同步电机转速伺服系统的鲁棒性和动态响应性能。

开关磁阻电机转矩脉动抑制技术

利用直接转矩控制技术对开关磁阻电机的转矩脉动可以进行有效抑制。开关磁阻电机双凸结构和磁路的严重饱和所造成的严重非线性,导致其固定参数在常规控制下不能很好适应工况变化,且带来转矩脉动较大的问题。针对这一问题,提出一种基于模糊PI建立开关磁阻电机直接转矩模型的方法来提高系统动态响应,并抑制转矩脉动。通过精确建立开关磁阻电机的非线性模型,以及使用有限元仿真软件分别计算出电机的磁链、电感和转矩的静态特性,搭建了开关磁阻调速系统的非线性数学模型。仿真与实验结果表明,该调速系统具有良好的动、静态性能,改善了转矩失控现象,有效降低了转矩脉动,同时提高了控制系统稳定性。

SRM转矩脉动抑制的控制策略分析

开关磁阻电机运行中转矩脉动比较明显,由此引起的电机噪声及转矩波动制约了其在高性能控制领域的应用。优化电机的结构设计及采用合适的控制技术是抑制开关磁阻电机转矩脉动的2种主要方法。在对开关磁阻电机转矩脉动产生机理分析的基础上,从控制的角度综述了开关磁阻电机转矩脉动抑制的若干解决方案的要点,分析了各种控制方法的优缺点,从而对进一步研究提出建议。

无刷直流电动机双闭环调速系统的转矩脉动抑制研究

主要阐述了具有速度/电流双PI控制器的无刷直流电动机(BLDCM)调速系统的转矩脉动抑制技术。传统无刷直流电动机双闭环调速系统因非理想梯形波反电动势和非理想方波相电流存在较大的转矩脉动,为此,提出一种相电流整形和新半桥PWM方式相结合的方法。其中,基于线反电动势常数的相电流整形技术能够解决因非理想梯形波反电动势引起的转矩脉动,通过分析相电流换相过程得到的新半桥PWM方式能够解决因非理想方波相电流引起的换相转矩脉动。通过四象限运行时的Matlab仿真和DSP驱动实验,验证了所提双闭环调速系统的转矩脉动抑制方案的可行性和有效性。

一种新的直接转矩控制转矩脉动抑制方法

针对永磁同步电机(permanent magnet synchronous,PMSM)直接转矩控制(direct torque control,DTC)系统中存在定子磁链和电磁转矩脉动较大的缺点,提出了一种改进的抑制转矩脉动、减小谐波电流的方法。将模糊控制与PID控制器相结合,取代传统的PI控制,并在直接转矩控制基础上加入谐波电流注入补偿环节,将空间矢量控制与直接转矩控制相结合,有效补偿三相电流谐波,针对谐波电流提取困难,提出了一种新的谐波电流提取方法。在此基础上重新建立了永磁同步电机新的SVM-DTC控制框图。通过仿真软件MATLAB对永磁同步电机传统直接转矩控制和改进后的直接转矩控制系统进行了仿真研究,并利用实验平台进行了实验验证。仿真和实验结果表明,改进后的系统有效抑制了磁链和转矩的脉动、减小了谐波电流,且能满足控制系统快速响应的要求,具有良好的动静态性能。

基于转矩分配的开关磁阻电机转矩脉动抑制的研究

转矩脉动是开关磁阻电机亟待解决的问题和研究难点之一,其限制了速度控制性能和位置测量精度的进一步提升。基于转矩分配的开关磁阻电机转矩脉动抑制的理论研究已取得较大进步,但由于电机磁路的非线性,使得在实际应用中转矩很难准确反馈。本文根据电机的实际规格和尺寸,采用Maxwell3D计算出在不同转子位置和相电流下的转矩,建立了转矩-电流逆模型;通过合理地设置开通角、换相重叠角和关断角,简化了程序设计,抑制了反向制动转矩;进而根据转矩分配函数,采用电流闭环对转矩进行间接控制。仿真和实验结果证明了该方法可以有效地减小转矩脉动。