基于三维等效磁网络模型的混合励磁同步电机电磁特性分析

针对分析混合励磁同步电机电磁特性时,三维有限元法计算量大、耗时长,解析法难以考虑铁磁材料饱和影响的问题,提出一种改进的三维等效磁网络模型。该模型考虑了模块化定子齿和转子极靴不均匀饱和,磁极间漏磁、磁极端部漏磁和定子槽内漏磁,能够快速预测具有模块化定转子结构的新型混合励磁同步电机的电磁特性;在建模过程中,根据电机转动时定转子的相对位置,建立相应的气隙磁导等效模型,以进行动态分析。利用该模型,计算了混合励磁同步电机的气隙磁通密度分布、磁链、反电动势和转矩,分析了电机的励磁调节能力。最后,将计算结果与三维有限元、样机实验结果进行比较,验证了该模型的准确性和有效性,为具有三维磁通路径特性的复杂结构电机提供一种快速的初期设计方法。相比于传统模型,该模型精度提高约9.5%;相比于三维有限元法,该模型所需计算时间仅为其0.05%。

轴向磁通混合励磁同步电机弱磁控制

轴向磁通混合励磁同步电机(AFHESM)结合了轴向磁通电机和混合励磁同步电机的优点.为了研究AFHESM的运行性能,本文分析了它的拓扑结构和磁场调节机理,并推导了它的数学模型.基于传统弱磁控制理论,提出了一种将转速反馈控制、相角反馈控制和电压反馈控制相结合的闭环弱磁控制策略,利用MATLAB/Simulink建立了AFHESM的弱磁控制系统模型.仿真结果验证了该方法的有效性.

电动汽车混合励磁同步电机设计研究

混合励磁同步电机是一种将永磁体与电励磁磁极结合在一起的新型电机,其磁场能通过励磁线圈来调控,兼具电励磁同步电机气隙可调及永磁同步电机高效能的特点,在电动汽车等宽范围调磁领域有重要的研究价值。转子结构的特殊性使得转子有两种励磁方式,而且构成了一个比较复杂的系统。该文重点研究用于电动汽车的混合励磁同步电机的系统结构优化问题。

混合励磁同步电机及其控制技术综述和新进展

混合励磁同步电机(hybrid excited synchronous machine,HESM)是一种宽调速电机,它结合了永磁同步电机和电励磁同步电机的优点,又克服了它们各自的缺点。因此,它在宽速度运行范围的风力发电系统和电驱动系统具有广阔的应用前景。该文主要论述了混合励磁同步电机的基本特点,分析了几种典型的混合励磁同步电机的结构及工作原理,提出了一种新的混合励磁同步电机拓扑结构。在此基础上,推导了混合励磁同步电机的数学模型。基于分区控制策略,在低速区和高速区,分别研究了几种混合励磁同步电机控制技术,并对这些技术做了详细比较。针对目前混合励磁同步电机控制技术存在的不足之处,提出了一种新的效率最优控制策略。最后,给出了混合励磁同步电机及控制技术的发展趋势,展望了它的应用前景。

混合励磁同步电机铜耗最小化弱磁调速控制研究

混合励磁同步电机(hybrid excitation synchronous motor,HESM)具有调磁方便、调速范围宽等优势,在工业、军事领域应用前景广阔。该文在矢量控制和速度分区控制的基础上,针对HESM提出了一种铜耗最小化弱磁调速控制方法。该方法以电机铜耗最小化为目标,自适应地调节弱磁基速系数,在满足电枢端电压限制的条件下,对q轴电流、d轴电流与励磁电流进行最优配置。在深入分析弱磁基速系数对电机运行性能的影响的基础上,应用自适应控制方法对其进行调节以提高电机的调速范围、效率及动态特性等综合性能。最后,通过仿真和电机驱动实验验证了所提出的控制方法的正确性和有效性。结果表明,所提出的HESM弱磁控制方法,可实现电机综合性能的最优化控制。

新型混合励磁同步电机分区控制系统分析与设计

混合励磁同步电机综合了永磁电机和电励磁电机的优点,具有显著的宽调速特征。该文根据混合励磁同步电机的结构特点,结合空间电压矢量控制,提出了混合励磁电机的一种宽调速控制新方法。该控制方法在分区控制的基础上,低速区结合电机铜耗最小原理,高速区保持反电势q轴分量恒定,对不同运行区域分别采用不同的控制策略,使电机在整个运行区间都能表现出良好的性能。由于在高速区采用了励磁电流和d轴电流弱磁相结合的方式,使用该类调速系统比现有文献单纯采用励磁电流弱磁调速具有更宽的调速范围。实验表明,所设计的混合励磁同步电机宽调速系统,在低速区增磁运行时,通过调节励磁可以将转矩输出能力提高约1/3;高速区弱磁运行时,可将最高转速提升约1.5倍。

混合励磁同步电机驱动系统弱磁控制

针对混合励磁同步电机低速大转矩及宽调速的特点,提出一种基于空间电压矢量算法的弱磁调速控制方法。该控制方法在速度分区控制的基础上,在高速区,采用保持q轴反电势不变的铜耗最小控制策略,对电枢电流与励磁电流进行优化配置。搭建该电机驱动系统的仿真模型,对无电流弱磁、励磁电流弱磁、d轴电流与励磁电流共同弱磁3种不同电流控制模式下的调速效果进行分析;构建该电机驱动控制系统的实验平台,通过实验得到该电机的启动电流波形与稳态电流波形,对所提出的算法进行验证。仿真和实验结果表明,在铜耗最小控制条件下,采用d轴电流与励磁电流共同弱磁的混合励磁同步电机驱动系统比单纯采用励磁电流弱磁或无电流弱磁的驱动系统具有更宽的调速范围。

新型并列结构混合励磁同步电机的结构与原理

提出一种并列结构混合励磁同步电机,详细论述其结构特点、磁场分布特性和电压调节原理。考虑电机的非对称结构,建立电机三维有限元静磁场和瞬态场分析模型。通过静磁场有限元计算得到不同励磁磁势下电励磁同步电机内磁通分布和气隙磁密变化规律,利用瞬态场分析获得电机输出外特性。设计了2kW原理样机,实验数据和三维有限元计算结果与理论分析一致,验证了所提出电机的合理结构与正确原理,表明直流励磁电流可以双向调节电机内合成气隙磁通,从而有效调节绕组感应电势,解决高效永磁电机制成后电压难以调整的问题,并且具有永磁电机电压调整率低的优点,特别适用于航空应急电源系统。

混合励磁同步电机弱磁控制

为了研究混合励磁同步电机在高速时的带载能力、速度控制性能与抗干扰能力,提出了基于模糊控制的励磁电流弱磁控制策略和自抗扰控制的速度控制策略。在分析了励磁电流与电枢电流弱磁控制特点以及弱磁控制与电机带载能力之间关系的基础上,以转速误差与负载观测值为模糊控制输入,实现给定励磁电流的动态调整,协调励磁电流在混合励磁同步电机控制中带载与弱磁扩速之间的矛盾,使在满足弱磁扩速要求的基础上,提高了带载能力与速度控制性能;为了克服混合励磁同步电机调速过程中的参数耦合及负载扰动等影响,采用自抗扰控制方法,提高了调速系统的抗干扰能力。最后,仿真验证了所提出控制策略的有效性和可行性,提高了系统在高速时的整体动态性能。

切向磁钢混合励磁同步电机空载磁路计算及三维场分析

提出一种新结构切向磁钢混合励磁同步电机,分析其结构特点和运行原理。结合该新型电机径/轴向磁路特点,建立了空载等效磁路模型。通过求解非线性磁路方程,计算得到不同励磁磁势下径向与轴向磁路的磁通分布、主气隙磁密、空载感应电势。利用三维有限元法,研究了轴向磁路对径向磁路的影响,从而明晰主气隙磁场随励磁磁势的变化关系,与磁路法计算结果和理论分析是一致的,表明电机气隙磁密高、气隙磁场可调。所建立空载磁路模型及三维有限元分析方法为该新型电机的优化设计、性能分析以及负载特性进一步研究奠定了基础。

新型非对称交错混合励磁同步电机电磁设计

分析了新型非对称交错混合励磁同步电机的结构特征与工作原理。阐述电机的电磁设计理论与设计方法,包括电磁负荷与电机主要尺寸确定、定转子结构设计和励磁绕组的设计等。据此设计并制作一台2kW、8极样机,对样机进行不同负载条件下的调磁性能测试,给出不同转速和励磁电流时空载线反电动势变化及负载输出转矩变化情况。实验结果表明:该电机结构新颖,调磁性能较好,只需相对较小的励磁电流便可实现气隙磁通的宽范围调节。

并列结构混合励磁同步电机的轴向漏磁及其影响

并列结构混合励磁同步电机(hybrid excitation synchronous machine,HESM)是混合励磁电机的一种典型结构。该文指出并列结构混合励磁同步电机内永磁部分与电励磁部分之间存在漏磁通耦合现象。考虑漏磁通的3维分布特性,建立电机3维场有限元模型,分析轴向漏磁的磁通路径和分布情况,计算得到不同励磁电流方向下轴向漏磁大小和分布的变化规律,表明漏磁通存在使电励磁部分气隙磁场双向调节作用不对称,从而影响励磁电流对并列结构混合励磁同步电机输出电压的调节。原理样机实验结果验证了分析结论。轴向漏磁影响调磁特性的问题对其他并列结构混合励磁电机研究有普遍的参考价值,该类新型电机的设计中应注意合理选择永磁部分和电励磁部分转子之间的轴向距离。

混合励磁同步电机电抗计算与建模

混合励磁同步电机(Hybrid excitation synchronous machine,HESM)磁场分布往往呈现三维特性,二维有限元法难以适用。而三维有限元瞬态场分析的计算量巨大,进行混合励磁同步电机与控制系统外电路的闭环场路耦合仿真目前还不现实。本文建立了切向磁钢HESM的三维有限元模型,由静磁场计算得到气隙磁通随励磁电流的变化规律。利用三维瞬态场路耦合分析电机空载特性和外特性,由电势波形和矢量图推算不同励磁、不同负载电流下电机同步电抗值。根据电压方程建立了切向磁钢HESM的MATLAB/Simulink数学模型,仿真和实验结果验证了模型的正确性,为新型混合励磁同步电机的闭环系统仿真分析、快速计算提供了重要的分析手段。

混合励磁同步电机的技术方案分析

介绍了设计混合励磁同步电机(HESM)时,涉及的主要技术问题及其方案选择,包括原型电机方案、永磁/电励磁磁势串并联关系、励磁结构方案、定转子槽/极匹配原则和谐波抑制方案等。提出了一个励磁绕组位于转子的HESM样机模型,以该模型为例,计算了调磁特性,研究了斜槽方案对谐波抑制的有效性,分析了电励磁对电感的影响,对于HESM电感的非线性,为简化转矩控制的复杂性,宜采用i_d=0控制。研究了永磁/电励磁比重对调磁特性的影响,以凸极同步发电机为基础,适当增加永磁,设计得到的另一新型HESM,具有较强的励磁能力,且故障发生时可实现有效灭磁。

混合励磁同步电机反馈线性化控制

针对混合励磁同步电机(HESM)的电枢电流和励磁电流与机械角速度之间的非线性耦合问题,在基本电流控制实现输出低速大转矩、宽调速范围的基础上,利用非线性系统的微分几何理论,通过坐标变换与状态反馈,推导出精确线性化解耦条件及解耦矩阵,并得到三个可独立控制的线性子系统,即直轴电流子系统、励磁电流子系统和机械角速度子系统,实现HESM调速系统全局范围内电流环动态解耦控制。通过精确线性化控制、部分线性化控制与传统PI控制仿真对比,结果表明,所提出的精确线性化控制策略具有良好的转速跟踪能力与较强的鲁棒性,系统动、静态性能均得到提升。

混合励磁同步电机的低速控制策略研究

为提高混合励磁同步电机低速时的带载能力,减小负载扰动以及变速运动对控制系统的影响,提出了一种基于负载转矩观测器的励磁电流给定策略与q轴电流前馈补偿策略的混合控制策略。采用降阶观测器在线辨识负载转矩,将辨识后的负载转矩作为混合励磁同步电机是否需要提高转矩输出判断依据之一;同时将辨识后的负载转矩及其变化率作为励磁电流给定输入与q轴电流前馈补偿,进而提高混合励磁同步电机的带载能力,同时也可以克服因负载时变对控制性能的影响。仿真结果表明,提出的低速控制策略可以有效地提高混合励磁同步电机调速系统的动态特性与鲁棒性。

基于双幂次趋近率的混合励磁同步电机滑模控制

为了提高混合励磁同步电机id?0矢量控制调速系统的动态性能,采用基于双幂次趋近率的滑模控制方法设计了速度控制器。该方法不仅避免了常规幂次趋近率的系统超调与趋近速度之间的矛盾,还增强了混合励磁同步电机调速系统的抗扰动能力。最后,进行了仿真对比,结果表明,基于双幂次趋近率的滑模控制设计的速度控制器能够有效地提高调速系统的动态性能。

混合励磁同步电机

简述了混合励磁同步电机的工作原理、分类以及研究现状和特点,并指出了应用前景。

混合励磁同步电机控制策略比较研究

混合励磁同步电机是一种在永磁电机基础上发展起来的新型电机,具有低速大转矩及宽调速特点.根据混合励磁同步电机的结构特点和电磁特性,设计了一种新型的矢量控制系统.该控制系统在基于转子磁场定向的基础上,分别提出了id≠0与id=0的最小铜耗控制及简易控制等三种不同的电流控制策略.理论分析和计算机仿真结果表明,应用所提出的三种电流控制策略,都能使混合励磁同步电机具有良好的静动态性能,但采用不同的控制方法效率不同,这三种控制方法的仿真结果对比表明,采用id≠0的最小铜耗控制方法效率最高,而应用简易控制方法,算法虽然简单,但是效率也最低.

混合励磁同步电机调速系统控制技术研究

本文以提高混合励磁同步电机调速系统的控制性能为目标进行研究。首先,针对电流环各电流分量与转速之间的非线性耦合问题,提出采用电压前馈补偿算法来实现电流的动态解耦,提高系统的动态性能;其次,设计基于负载转矩观测的滑模速度控制器来弥补电压前馈补偿算法依赖电机参数的问题;最后,为了在保证电机动静态性能的基础上进一步提高电机的运行效率,采用铜耗最小的效率优化控制算法。仿真结果表明,与传统控制算法相比,采用本文改进的控制算法设计的混合励磁同步电机调速系统的动态性能有所提高,系统在转速或转矩突变时的电流脉动和转速波动减小、电机的效率提高。