基于SIMULINK/PSB的电励磁双凸极电机系统的建模与仿真

针对新型电励磁双凸极电机特点,采用MATLAB软件下的SIMULNK/PSB工具箱,对电励磁双凸极电机系统进行建模与仿真。建模时采用结构化和模块化的设计方法。介绍了系统各个功能模块构造的方法,并进行了整个系统的数字仿真。仿真结果与理论分析一致,表明了所用仿真方法的正确性和有效性。

基于模糊控制的电励磁双凸极电机系统仿真

本文根据四相电励磁双凸极电机的仿真模型,采用Matlab/Simulin对电机系统进行了仿真,采用模糊控制策略对电机进行控制,文中介绍了各模块的构成,通过仿真得出了电机的转速曲线及电流、转矩波形.系统仿真的结果与双凸极电机的理论分析一致.

浅析电励磁双凸极电机系统技术

电励磁双凸极电机具有结构简单、高可靠性、较高的能量密度和高速运行能力等优点。这种新型的无刷直流电机应用于起动/发电系统具有良好的前景。本文着重分析了电励磁双凸极电机的结构,工作原理及数学模型,以期为更好使用电励磁双凸极打下理论和实践基础。

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。

电励磁双凸极发电机偏心特性研究

针对电励磁双凸极发电机静态偏心故障,首先对于发电机的气隙长度进行了等效解析建模,并对静偏心程度与磁链、电磁转矩以及气隙磁密等重要特性的关系进行了理论推导。然后,通过Ansys有限元建立12/8三相电励磁双凸极发电机的2D有限元模型,并对电磁信号理论分析结果进行验证。最后,利用Workbench中耦合电磁、模态与谐响应分析模块对发电机的径向振动信号进行有限元仿真。研究结果表明,仿真结果与理论分析结果基本吻合,证明静偏心故障中偏心率对于电励磁双凸极发电机性能具有一定的影响,为后续其静偏心故障诊断提供理论基础。

新型定转子齿混合励磁双凸极电机转矩特性研究

为增大混合励磁双凸极电机的电磁转矩并减少转矩脉动,本文分析混合励磁双凸极电机电磁转矩产生机理。为有效利用磁阻转矩,对电机的定、转子齿分别进行开槽设计,使电机自感曲线分布发生变化,有效削弱负向磁阻转矩,减少磁阻转矩,增大平均转矩。对通场路耦合进行仿真验证,结果表明定转子开槽可在不增加转矩脉动的情况下提升转矩输出能力。

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。

电励磁双凸极无刷直流发电机热网络建模与热特性研究

电励磁双凸极无刷直流发电机具有调压方便、可靠性高的优点,在航空电源领域得到应用,但励磁绕组的引入会带来额外的励磁损耗,进而影响电机的温升。建立准确快速的电励磁双凸极电机温度场模型,并进行热特性研究对其安全稳定运行非常关键。该文对比分析集中励磁与分布励磁双凸极电机的结构特点与损耗分布特性。针对集中励磁双凸极电机的非均匀槽特点,考虑异型槽之间的热耦合作用,建立热网络分析模型。建立有限元分析模型验证了热网络模型的正确性,并对比分析不同转速与负载下集中励磁与分布励磁双凸极电机的热特性。搭建水冷集中励磁双凸极电机实验平台,并完成电磁与温升实验。实验结果与仿真结果一致,表明水冷条件下集中励磁双凸极电机相比于分布励磁双凸极电机具有更高的效率与更低的温升。

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。

基于改进型准比例谐振控制的电励磁双凸极电机电流谐波抑制方法

电励磁双凸极电机的非正弦反电动势特性会导致相电流存在较大的2次和4次谐波,从而降低电机的转矩输出能力。同时,电励磁双凸极电机的电流谐波频率较高,导致传统准比例谐振控制器经过双线性变换后会存在较大的谐振频率偏差,使得电流谐波抑制效果有限。针对此问题,该文首先推导了具有零谐振频率偏差的离散变换表达式,并对表达式进行简化处理,提出了一种基于改进型准比例谐振控制的电励磁双凸极电机电流谐波抑制方法。此外,结合电机的反电动势特性,分析了相电流谐波的产生原因,推导了考虑电流谐波和反电动势谐波的电励磁双凸极电机转矩模型,分析了相电流谐波对电机平均转矩的影响。最后,仿真和实验结果表明,所提方法可以有效地补偿谐振频率偏差,抑制电励磁双凸极电机的相电流谐波,提升电机的转矩输出能力。

不同励磁方式的电励磁双凸极电机正弦化设计与分析

该文在分析传统电励磁双凸极电机(doubly salient electro-magnetic machine,DSEM)反电势畸变的基础上,对两种不同励磁方式的DSEM进行正弦化设计,以实现该磁阻电机的正弦驱动,减小转矩脉动。提出相位调制正弦化的方法,指出该方法的设计原则,有效解决传统斜极DSEM反电势畸变、正弦度低的问题。研究发现,偶数相的DSEM经过特殊的定转子极弧系数设计后总有两相存在严格的互补关系,使所提正弦化方法的实现成为可能;并进一步提出提高反电势波形的对称性和正弦度的方法。随后,将设计的正弦化定子集中励磁电励磁双凸极电机、正弦化定子分布励磁电励磁双凸极电机和传统DSEM进行仿真对比分析。因为正弦化定子分布励磁电励磁双凸极电机性能最优,故加工其样机进行实验验证。实测样机不同励磁电流下空载反电势的总谐波失真均小于4%,采用基于空间矢量脉宽调制的正弦波驱动方式,实现DSEM的正弦化驱动,减小其输出转矩脉动。仿真和实验结果证明了DSEM正弦化设计和采用正弦驱动抑制转矩脉动的有效性,为高性能驱动应用提供了新的电机类型选择。

基于机电信号融合的电励磁双凸极电机绕组匝间短路故障诊断

定子绕组匝间短路是电励磁双凸极电机常见的故障,当匝间短路故障匝数较少时,对电机磁场的影响较小,使得难以通过单一故障特征精确地识别故障。该文通过分析该电机的本体结构和故障特征的提取机理,提出了一种基于振动和相电流信号的多源机电信号融合的电励磁双凸极电机短路故障综合诊断方法——基于多分类支持向量机及改进卷积神经网络的信号融合故障诊断。该文首先根据电励磁双凸极的结构特点研究了短路故障发生时特征信号的变化情况及提取机理;其次根据理论分析结果提出了一种自寻优卷积神经网络结合支持向量机的多源信号融合的故障诊断方法,该方法首先分别利用两种算法计算两个单信号特征下的故障诊断概率,再利用DS证据理论,得出融合后的诊断结果;最后通过实验表明,该文所提出的诊断方法可以更有效地识别电机不同的短路故障,降低了误判率,解决了单一信号源诊断方法精度较低的问题,具有良好的可靠性和互补性。

航空电励磁双凸极电机单/双层绕组下的发电性能研究

不同绕组结构的电机发电性能存在很大差异,选取合适的绕组形式对于电励磁双凸极电机在航空电源系统中的应用至关重要。该文对比研究单、双层绕组电励磁双凸极电机线性区和饱和区发电性能。首先,阐述2种电机的绕组结构形式与磁路特点。其次,在此基础上建立等效磁路模型,解析获得绕组结构对漏磁通的影响规律与机理,从原理上解释了不同绕组结构电励磁双凸极电机饱和特性差异的原因。最后,比较线性区和饱和区单、双层绕组电励磁双凸极电机的输出性能。结果表明:电流密度较低时,单层绕组电励磁双凸极电机的励磁效率更高,输出能力更强,但是双层绕组电机具有较强的过载能力,在航空电源系统中有更大的应用潜力。研制了原理样机,实验结果验证了仿真分析的有效性。

电励磁双凸极电机九状态转矩闭环控制策略研究

针对电励磁双凸极电机(doubly salient electro-magnetic motor,DSEM)运行时存在的转矩脉动问题,提出1种九状态转矩闭环控制策略。该控制策略基于实际非线性电感模型,通过在电机反电势过零点进行状态切换,抑制由电流续流引起的换相转矩脉动,并在各相反电势负过零点附近区域引入传统的两相导通模态,以增加电机出力。分析DSEM在各个模态下相电流、转矩输出的变化特性,基于占空比分析论证所提控制策略的可行性,并总结换相角度对控制策略的影响。最后,通过实验验证所提控制策略能够有效抑制电机转矩脉动,具有良好的动态性能以及较高的转矩电流比。

极端条件下基于特征层面信号融合的电励磁双凸极电机匝间短路故障诊断

电励磁双凸极电机(WFDSM)具有结构简单、可靠性高等优点,适用于航空航天等环境恶劣领域。当发生小匝数短路故障时,由于其电流、振动等信号不会产生明显的变化,难以用传统的检测手段区分。因此,该文提出一种基于特征层面多源信号融合和改进神经网络的WFDSM匝间短路故障诊断方法,用于诊断极端环境下WFDSM早期匝间短路故障。首先,对电流信号进行经验模态分解,获得本征模态函数,同时对振动信号进行小波包变换,并对分解后的各个频段提取峭度和裕度特征,同时计算能量占比;然后,将上述特征矩阵处理后输入改进卷积神经网络训练模型中;最后,通过实验表明,采取特征融合的计算方法诊断准确率可达98%,较数据层面和结果层面的融合计算方法准确率有明显的提升,并且对极端运行环境下的噪声,该方法具有很强的抗干扰能力。

高速轴向电励磁双凸极电机设计与特性分析

现代多电飞机技术不断发展,对航空电源系统提出了更高的要求。依据航空起动发电机具有可靠性高、功率密度高、电源容量大的要求,设计了一种高速轴向电励磁双凸极电机(DSAEM)。对电机的基本结构和工作原理进行了描述,建立了电机的数学模型,并通过有限元仿真加以验证,详细分析了电机的磁场、电感、空载特性和负载特性。结果表明,高速轴向电励磁双凸极电机具有完全对称的三相磁链,可输出更稳定的电压,其电机绕组的空间利用率高、功率密度大、效率高,可满足航空电源的基本需求。

基于三维非线性电感模型电励磁双凸极发电机系统建模的研究

电励磁双凸极发电机是一种应用前景看好的新型交流无刷电机,它以其独特的结构和优良的电气性能在飞机、车辆等领域有广阔的应用前景。目前国内外对它的研究大多基于分段线性电感模型,为了更准确地反映双凸极发电机的电磁特性,提出了一种新的构造三维非线性电感模型的方法,并在此基础上建立了整个电机系统的Matlab模型。以30kW、12/8极电励磁双凸极发电机为例,进行了仿真与实验比较,验证了此模型能够较好地反映双凸极电机实际工作特性,为双凸极电机系统的分析与设计提供了有力的工具。

基于双绕组电励磁双凸极电机的双余度发电系统

在一台电励磁双凸极发电机定子上设置两套3相电枢绕组实现双通道发电,通过调节励磁电流大小使两发电通道输出相应的额定电压,并联向负载供电。用等效磁路模型对双绕组电机的电感特性进行了理论研究,并用有限元方法对其电磁特性进行仿真计算,仿真结果与分析相一致;同时介绍了双余度发电系统的硬件构成,并实验验证了系统具有很好的稳态、动态特性和可靠性。

双凸极电励磁发电机系统非奇异终端滑模控制器的设计与仿真

针对双凸极电励磁发电机调压系统,提出了一种非奇异终端滑模控制的调压控制策略。介绍了双凸极电励磁发电机的结构,并构建了数学模型。在此基础上,详细分析了基于非奇异终端滑模控制的调压器工作原理,给出了相应的滑模面方程与滑模控制律。通过李雅普诺夫稳定性方程和固定PWM控制载波交截等限制条件,给出了控制律系数的计算选取方法。基于电磁有限元瞬态分析技术与控制电路构建了"场-路"联合仿真系统,并对发电机的稳态与动态运行性能进行了仿真,结果表明基于非奇异终端滑模控制的双凸极电励磁发电机调压系统具有良好的稳态性能和优良的动态特性,具有输出电压静差和纹波小、动态恢复时间短和动态输出电压变化小的优越性能。

电励磁双凸极风力发电机系统MPPT控制策略的对比

本文在分析电励磁双凸极风力发电机工作原理及其控制策略的基础上,针对定桨距风力机,运用叶尖速比法和功率信号反馈法,通过控制发电机励磁电流控制发电机的电磁转矩,调节机组转速,实现最大风能跟踪(MPPT)控制。为研究两种MPPT控制策略的效果,以阶跃风和随机风为例,对两种MPPT控制策略进行了仿真和实验研究,验证了控制策略的可行性与有效性。对两种控制策略进行了对比分析,比较得出功率信号反馈法优于叶尖速比法。