永磁式同步电机热分析研究综述

对永磁同步电机的损耗和温度场进行研究综述。介绍了永磁同步电机不同部位散热的分析和测定方法,并详细说明了关键参数量测的实验方法。最后给出计算关键参数的方法,从而构造更精确的集总参数热网络模型。

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。

基于改进型滑模的永磁同步电机控制

为了解决永磁同步电机传统滑模观测器确定转子位置时产生的抖振和控制系统抗干扰能力较弱的问题,本文提出了一种新的控制策略。该策略采用定子电流和反电动势作为控制变量,并引入具有鲁棒性强,跟踪性能好的高阶滑模变结构观测器,以替代传统的滑模观测器,从而提高系统的抗干扰能力。同时,该策略还使用饱和函数作为切换函数,以削弱抖振现象。此外,引入改进型锁相环来代替反正切函数,用于求解转子位置和转速,避免微分求解时引入噪音信号并减少滤波器导致的相位延迟问题。对于速度环控制,本文采用混合终端非奇异滑模控制器代替传统的PI控制器,以改善系统的动态性能。通过仿真验证,结果表明所提出的策略的正确性和有效性。

基于变限幅结构的内埋式永磁同步电机转速动态优化控制策略

针对内埋式永磁同步电机(interior permanent magnet synchronous motor,IPMSM)的转速动态性能优化展开研究,详细分析多种工况下的电流工作点轨迹及转速动态过程,揭示传统方法中存在的电流工作点轨迹偏移、转速超调、转矩波动等问题。针对这些问题,该文提出一种基于变限幅结构的转速动态优化控制策略,在转速环引入一个变限幅结构,并通过引入转速误差生成转矩控制信号,实现了转速、转矩的同步控制。该文提出的方法使转速误差呈指数收敛,不仅有效抑制了转速超调和转矩波动,还消除了传统方法中电流工作点轨迹的波动、偏移等问题,显著缩短了转速调节时间并提升了转速动态性能。最后,通过实验验证所提转速动态优化控制策略的有效性。

带负载扰动补偿的永磁同步电机改进MRAS观测器控制

针对传统模型参考自适应系统(MRAS)对转速和负载变化敏感及鲁棒性差等问题,提出一种基于快速超螺旋滑模自适应观测器的改进型控制算法。利用快速超螺旋滑模代替传统的PI自适应环节,提高了系统鲁棒性;考虑负载转矩对系统产生的影响,将负载转矩和转速作为状态变量,选取转速实际值与观测值误差作为滑模面,设计负载转矩滑模观测器,将实时辨识的负载转矩引入到电流环,对参考转矩进行前馈补偿,提高了系统的抗负载扰动能力。以表贴式永磁同步电机为控制对象进行仿真和实验。结果表明:相比传统的模型参考自适应控制,改进型快速超螺旋滑模观测器控制具有更好的动态性能和鲁棒性。

基于反电动势的表贴式永磁同步电机位置传感器故障诊断研究

永磁同步电机驱动系统中转子位置的获取至关重要,影响着系统运行安全与稳定性。其位置传感器常常因为工作环境较为恶劣,信号间的不匹配等原因产生故障,无法为驱动控制系统提供有效的转子位置信息。文章基于直接转矩控制的控制方法,构建了一种基于反电动势的滑膜观测器,用做表贴式永磁同步电机故障诊断。通过合理的滑膜增益值与切换函数构建滑模观测器,通过反正切函数提取转子位置信息,并在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型进行验证。

凸极式永磁同步电机矢量控制算法研究与工程实现

以新能源电动汽车用凸极式永磁同步电机为研究对象,根据驱动电机的实际运行工况,提出了在基速以下的恒扭矩区采用最大转矩电流比控制,基速以上的恒功率区采用弱磁控制的矢量控制策略。通过查表法实现矢量控制,即根据电机运行工况,实时查表得到电机交、直轴电流的参考值,实现对永磁同步电机的控制。

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。

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。

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。

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。

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.

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。

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。