考虑交叉耦合效应的混合励磁开关磁链电机转子位置估计

针对使用高频电压注入法估计混合励磁开关磁链永磁(HESFPM)电机转子位置时,由于直轴和交轴之间的交叉耦合效应使得转子位置估计精确度降低的问题,提出了一种对交叉耦合效应进行角度补偿的HESFPM电机励磁绕组高频电压注入位置估计方法。通过电枢绕组α、β轴高频电流响应估计转子位置,分析了交叉耦合效应对所提出的高频电压注入位置估计精确度的影响,通过离线方法测量出该效应导致的交叉饱和角,并进行无位置传感器控制在线角度补偿。最后,通过12槽10极HESFPM样机进行实验验证,实验结果表明电机运行在不同转速、负载工况下,所提方法能够有效减小位置估计直流偏置误差,具有良好动态跟随性能。

混合励磁开关磁链电机转子极数对调磁性能的影响

为了研究混合励磁开关磁链电机(hybrid excited switched flux permanent magnet,HESFPM,motors)的调磁特性,探讨影响HESFPM电机调磁性能的主要因素,解决具有宽调磁能力的HESFPM电机优化设计问题,文章通过分析不同定/转子极数和绕组结构的混合励磁开关磁链电机的拓扑结构、工作原理,比较了不同定/转子极数的混合励磁开关磁链电机的电磁性能和调磁性能。采用磁路分析方法和有限元计算方法,比较研究了不同电流密度、不同直流励磁绕组与电枢绕组槽面积对HESFPM电机电磁性能和调磁能力的影响。分析结果表明,对于采用相同定子结构的HESFPM电机,转子极数为N_s+2 (N_s为定子极数)的12槽HESFPM电机具有比转子极数为N_s-2的HESFPM电机具有更高的电磁转矩和更宽的调磁能力。最后,通过对一台12/10 HESFPM实验样机的测试进行验证。

混合励磁开关磁链电机转子齿开槽对齿槽转矩的影响研究

针对混合励磁双凸极电机齿槽转矩较高,引起较大的振动和噪声的问题,对在12/10混合励磁开关磁链(HESFPM)电机转子齿顶开设辅助槽的方法进行了研究。介绍了12/10 HESFPM电机的拓扑结构和工作原理,结合12/10 HESFPM电机齿槽转矩的解析表达式,解释了转子齿顶开辅助槽降低齿槽转矩的原因;应用有限元分析方法,研究了辅助槽槽数、槽型、间距、尺寸和励磁电流对齿槽转矩的影响;在对辅助槽结构优化的基础上,比较了应用不同辅助槽结构时12/10 HESFPM电机的齿槽转矩,得到了可以最大程度削弱齿槽转矩的辅助槽结构;最后,研究了辅助槽对空载反电动势和平均转矩的影响。研究结果表明:当每个转子齿顶有2个矩形辅助槽时,12/10 HESFPM电机的齿槽转矩降低了92.32%,而平均转矩仅降低了10.3%。

定子混合励磁开关磁链电机调磁能力优化及比较

通过对两种12/10混合励磁开关磁链(HESFPM)电机的比较,研究了不同定子结构混合励磁电机的调磁性能。第一种混合励磁开关磁链电机(HESFPM-1)选择直流励磁绕组来代替部分永磁体,而第二种电机(HESFPM-2)将直流励磁绕组放置在传统的开关磁链电机的定子轭部。HESFPM-2电机的直流励磁绕组槽面积更大,该电机具有更好的弱磁和增磁能力。在电机设计中,HESFPM-2电机的槽面积比具有较宽的范围,因此电机设计更加灵活。比较了两种混合励磁开关磁链电机在不同永磁体长度、宽度以及定子齿宽下,电机的转矩和调磁性能。通过有限元分析和实验样机对HESFPM-2电机的调磁性能进行了验证,结果表明,有限元仿真结果与实验结果有较好的一致性。

混合励磁磁悬浮开关磁阻电机转矩建模与分析

针对传统磁悬浮开关磁阻电机的输出转矩小及转矩与悬浮的耦合问题,提出一种四相16/14/8极混合励磁双定子磁悬浮开关磁阻电机。介绍了该电机的拓扑结构、转矩原理与悬浮原理,并优化了转矩绕组的励磁方式,运用有限元法比较分析了该电机与同参数不加永磁体电机的电磁特性,包括电机的转矩特性以及解耦特性,仿真结果验证了该电机自解耦结构的合理性及能有效提高输出转矩。在麦克斯韦应力法基础上,根据电机工作时的磁通分布建立了等效磁路图,采用分段函数拟合铁芯磁化曲线,推导出了考虑磁饱和的转矩数学模型,有限元仿真分析验证了转矩模型与仿真结果较吻合,最小相差约1.4%,最大相差约26%。

开关磁阻电机自抗扰无磁链直接转矩控制

针对传统直接转矩控制策略转矩脉动抑制性能弱、调速平稳性差和调速范围窄问题,提出一种基于自抗扰的开关磁阻电机无磁链直接转矩控制。分析传统直接控制转矩策略转矩脉动较大的原因,在此基础上设计了一种无磁链闭环控制方法并且重构了更适应电机运行特性的电压矢量;针对传统自抗扰参数过多难以整定问题,采用线性自抗扰控制器将其代替,提高了控制器的速度、抗扰动能力和鲁棒性。仿真验证结果表明,在不同转速、负载工况下,不仅动态响应性能提升,而且电机转矩脉动得到进一步抑制,电流峰值降低,进而提高了转矩电流比。

基于改进混合模型转子磁链观测器的异步电机无速度传感器控制

针对异步电机无速度传感器控制由于估计转子磁链不准确导致控制精度不佳的问题,提出了一种改进的混合模型转子磁链观测器设计方法。首先,介绍了常规的异步电机磁链观测方法,并借助异步电机的复矢量模型和特征函数详细分析了常规Gopinath型转子磁链观测器存在的主要问题。其次,为了解决常规磁链观测器存在的缺点,提出了一种改进的特征函数设计方法,进而得到了一种改进的混合模型转子磁链观测器。再次,基于特征函数和频率响应函数,进一步对比研究了常规Gopinath型转子磁链观测器和所提改进的混合模型转子磁链观测器的参数灵敏性。最后,利用所提混合模型转子磁链观测器的磁链观测结果和锁相环,实现了异步电机的无速度传感器控制。基于StarSim和YXSPACE-SP2000平台的对比实验结果,验证了所提混合模型转子磁链观测器的参数鲁棒性,同时也验证了所提无速度传感器控制策略的有效性。

考虑电感变化的双三相槽口永磁型混合励磁双凸极电机铜耗监督控制

提出了一种新型双三相槽口永磁型混合励磁双凸极发电机,建立了该电机的矢量空间解耦数学模型,分析了不同工况下电机的电感特性,并提出了一种考虑电感变化的发电稳压铜耗监督控制策略。该策略建立了以最小铜耗为目标,以转矩、电流和电压为约束的非线性规划模型。首先,查找电感响应面,获得电机在当前工况下的实时电感参数;其次,将实时电感代入模型作二次优化,得到适用于电机当前工况的d轴、q轴优化电流及励磁优化电流,在实现系统稳压发电的同时有效减少铜耗;最后,通过Ansys和Simulink的联合仿真,验证所提控制策略的正确性和有效性。

交流励磁混合励磁电机的调磁稳压控制策略

交流励磁混合励磁电机是一种特殊类型电机,其结合了交流励磁和混合励磁两种励磁技术,以实现更好的性能和控制灵活性。本文首先构建电机数学模型,其次推导基于励磁绕组磁场定向控制时输出电压与励磁绕组电流之间的关系,最后总结稳压原理,从而提出更为科学的控制策略。并通过试验验证提出策略的有效性和实用性,结果证明,提出的稳压策略和构建的数学模型具备应用价值,可以有效提高电机性能,降低能耗。

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%。

混合励磁发电机谐波无刷励磁系统设计研究

为解决永磁发电机气隙磁场调节问题并保持其无刷化的优点,提出一种基于谐波磁场的混合励磁发电机无刷励磁原理,推导转子励磁绕组电流与定子谐波励磁绕组电流之间的关联关系。给出了谐波无刷励磁系统的设计原则和方法,包括输入直流电流和不同频率交流电流励磁时的定子谐波励磁绕组极对数、转子谐波绕组和励磁绕组节距,以及构成谐波无刷励磁系统的绕组匝数的确定方法。以一台48槽、2对极的混合励磁发电机为例,详细分析了定子谐波励磁绕组、转子谐波绕组和励磁绕组设计过程,得到了相应的绕组展开图和绕组布置示意图。针对定子谐波励磁绕组极对数分别为8、12和24三种情况进行了仿真计算,电枢绕组空载线电压谐波分析与转子谐波绕组感应的谐波电动势次数均与理论分析相符。研制了一台谐波无刷混合励磁同步发电机样机,测试结果验证理论分析和计算的正确性。

定子不对称极混合励磁双凸极电机改进型非线性变磁网络模型构建方法研究

因低速大转矩、宽调速范围等优点,定子不对称极混合励磁双凸极电机(hybrid excitation asymmetric stator pole double salient machine,HEASPDSM)近年来受到业界人士的关注。然而,因HEASPDSM定子极间隔角度不等、依靠谐波工作等特点,传统的有限元法和变磁网络模型法很难快速、准确地计算出电机的关键参数及性能指标。为解决该问题,该文提出一种非线性变磁网络模型法,可便捷地计算出HEASPDSM定转子间的互磁导,进而对不同工况下的电机参数及特性进行深入分析。大量仿真和实验及对比分析表明:该方法较好地兼顾了有限元法的准确性、通用性和变磁网络模型法的快速性,可迅速准确地计算出不同工况下HEASPDSM的各种性能参数,为其后续的优化设计及应用拓展奠定了基础。

基于直接磁链跟踪控制的无刷双馈电机无Crowbar对称低电压穿越方法

低电压穿越(low-voltage ride through,LVRT)能力是并网型风电机组重要的性能指标之一。该文提出一种基于直接磁链跟踪控制的无刷双馈感应发电机(brushlessdoubly fed induction generator,BDFIG)无Crowbar对称低电压穿越方法。该方法基于开关表,通过直接选定电压空间矢量来控制无刷双馈电机控制绕组(control winding,CW)磁链的幅值和相位,以迅速抑制低电压穿越期间控制绕组的感应过电压和由此导致的过电流,同时快速向电网注入动态无功电流以支撑电压恢复。该方法无需坐标变换、系统结构简单、磁链动态响应迅速。样机实验结果表明,低电压穿越过程中,有功恢复及无功功率动态响应满足国标相关要求,且控制绕组电流得到有效抑制,验证了所提控制策略的有效性。

开关磁阻电机磁链特性在线建模方法

针对堵转实验或有限元分析获取开关磁阻电机(SRM)磁链特性繁琐耗时、算法复杂、可移植性差等不足,在分析了磁链计算原理基础上,提出了电感上升区间恒流激励方法,设计了磁链特性在线建模平台,给出了其运行方案和流程。样机在线建模结果证实了该方法的可操作性和可移植性,磁链数据误差小于0.008 Wb,为后续电机优化控制、转矩脉动抑制、性能提升及双电机协同控制系统功率平衡输出奠定了实验数据基础。

一种新型九相模块化混合励磁开关磁链直线电机

提出一种新型九相模块化混合励磁开关磁链直线电机(modular-hybrid excited flux switching linear machine,M-HEFSLM),在详细介绍电机的拓扑结构及运行原理基础上,优化了槽/极配合,并深入分析了最佳槽/极配合九相M-HEFSLM的电磁性能,分析结果由3D有限元进行了验证。通过与三相结构的对比,表明该九相M-HEFSLM性能优于三相结构,尤其表现在推力密度与缺相故障时的容错性能上。为了便于电机的安装与拆卸,提出了一种减小空载法向力的方法。可以看出,所提新型九相M-HEFSLM具有推力密度高、容错性能好、磁场可调、结构简单等优点,应用前景良好。

模块化定子混合励磁同步电机磁网络建模与分析

以一台模块化定子交替极转子结构的混合励磁同步电机为研究对象,提出了一种三维磁网络模型,综合考虑了定子齿顶局部饱和问题、定子槽漏磁、转子端部漏磁、轴向漏磁、电枢反应、转子转动等因素。利用所搭建的三维磁网络模型分别计算分析了电机的气隙磁通密度、磁链与电动势等特性,并通过有限元分析验证了模型的准确性,同时,还对混合励磁同步电机的性能包括调磁能力、电磁转矩、铁耗等进行了对比分析,得出了该电机调磁能力良好,在通以2 A与4 A励磁电流时,相磁链相较于无励磁时分别增加了22.68%与45.36%,而在通以-2 A与-4 A励磁电流时,相磁链分别降低了13.45%与24.9%;功率调节灵活,在低速工作时可以通过增加电励磁电流来提升电机的输出功率;以及采用非晶合金可以有效降低铁耗,提高效率的结论。该解析模型与有限元方法相比节约了大量时间,为更高效准确地分析混合励磁同步电机的性能提供了新的思路。

混合励磁双凸极电机电磁转矩非线性模型建模

针对混合励磁双凸极电机磁路饱和特性对电磁转矩的影响,提出一种具有几何意义的电磁转矩非线性计算模型。首先利用有限元电磁模型计算了磁链分布,提出磁链梯度的概念,根据磁共能原理,推导出电磁转矩的积分表达式,描述了其几何含义;然后仿真验证了所推导公式的正确性,并分别求解出满足恒转矩运行和最大转矩运行时的电枢电流波形,实现了电机在一定转子角度内的恒转矩输出和最大转矩输出;为便于实现方波控制,对方波电枢电流的波形参数进行优化,实现电机在方波电流下的最大转矩输出。经仿真验证,提出的混合励磁双凸极电机电磁转矩非线性模型具有计算准确、简单直观、便于应用的特点,为混合励磁双凸极电机设计提供参考。

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.

混合励磁交替极永磁电机多谐波调磁技术研究

高磁能永磁材料是电机实现高转矩/功率密度的前提条件,但其高矫顽力等特性导致电机弱磁困难,限制其在航空航天等高速场合的应用。针对此问题,该文提出一种混合励磁交替极永磁游标电机(hybrid excited consequent pole permanent magnet vernier machine,HE-CPPMVM)。该电机的转子采用CPPM结构,定子齿上同时绕有集中电枢绕组和直流励磁绕组。无励磁电流时,旋转的永磁场经定子齿的调制后与电枢反应谐波相互作用实现机电能量转换;施加励磁电流时,定子励磁绕组通电后可产生静止励磁磁场,经CPPM转子凸极铁芯调制后与电枢反应谐波相互作用可灵活调节电机磁场。该文介绍该电机的结构特征,建立交替极永磁场、励磁磁场和定转子磁导模型,阐述工作谐波特性,揭示其多谐波工作调磁原理。加工原理样机并进行测试,验证调磁原理的有效性。

基于励磁绕组高频信号注入的混合励磁开关磁链永磁电机位置估计

传统的零速或低速位置估计方法是将高频信号注入到永磁同步电机(PMSMs)的电枢绕组中,但该方法应用于具有低凸极比的混合励磁开关磁链永磁(HESFPM)电机时,位置检测精度较低。因此,该文提出将高频脉冲信号注入励磁绕组的转子位置估计方法。由于HESFPM电机中励磁绕组产生的磁链在d轴上,因此,励磁绕组中注入的高频脉冲信号可以在d轴上感应出高频电流信号。通过检测q轴高频电流信号,即当q轴高频电流信号为零时,判断转子的实际位置。为了验证所提出的位置估计方法,在一台HESFPM实验样机上进行实验验证。结果表明,所提出的HESFPM电机位置估计方法在稳态与动态响应方面均具有较高的精度。