盘式永磁同步交流调速电机的设计研究

盘式永磁同步交流调速电机以其特殊的结构,优越的性能特点被逐步应用于石油行业。文中提出了一种双定子单转子盘式永磁同步交流调速电机,其主要应用在顶驱设备上。研究了电机空载与负载状态下的电机性能,设计两种螺旋水道进行温度场对比分析,并对主要结构进行了有限元分析。该电动机采用了优化的电磁方案,紧凑的结构设计以及独特的螺旋水道冷却方式。经样机试验,该电机具有良好的调速和温升性能。为指导下一步研发更高功率的同类型电机打下了坚实的基础。

永磁同步电机变频调速系统动态解耦控制方法

常规的永磁同步电机变频调速系统解耦控制,主要采用系统反馈信号完成解耦控制,忽略了反馈信号的预测误差,导致解耦控制结果负荷响应幅值不够稳定.因此,提出永磁同步电机变频调速系统动态解耦控制方法.建立系统数学模型,在该模型中分离系统模式系数获取控制信号,对该信号进行优化处理,基于输出期望值计算预测误差,加权修正预测值,形成动态控制信号,分离有功-无功信号实现动态解耦控制.实验结果表明:所提方法应用后得出的动态解耦控制结果,表现出的负荷响应幅值较为稳定,满足了永磁同步电机变频调速系统的实际解耦控制需求.

直驱式永磁同步风力发电机调速仿真系统的教学应用——以“电力拖动及自动控制系统”课程为例

在碳中和、碳达峰背景下,风力发电作为重要的清洁能源,在电力能源中所占比例不断提高。对风力发电机的有效调速可以实现发电功率的最大化,由于交流风力发电机的调速系统复杂、关联度高、耦合性强,在实际运行调节过程中,需要综合考虑各种因素的影响,操作控制难度大,无法进行现场实验。基于“电力拖动及自动控制系统”课程教学的需求,构建了以综合设计为主体、探索创新为导向的直驱式永磁同步风力发电机(PMSG)仿真系统实验体系。通过虚拟仿真实验,学生对先进交流电机的调速系统有了整体认识,了解风力发电最大功率跟踪调速的基本知识,对专业的工程应用有了深入了解,增加专业认同感。针对不同的教学目标,设置多层次实验任务,满足不同学生的学习需求,激发学生学习兴趣,提升相关专业课程学习和实验的教学质量。

多源快变干扰船舶永磁同步电机调速控制方法

船舶运行环境中存在多种快速变化的扰动源,导致同步电机负载突变、电流输出产生误差等问题,从而影响电机的调速性能。因此,提出多源快变干扰船舶永磁同步电机调速控制方法。基于电机数学模型,利用分数阶积分滑模调速控制器控制电流输出;构建多源快变扰动观测器,获取多源快变总扰动,并输入至调速控制器内,实现永磁同步电机调速控制。实验结果说明,该方法控制下电流输出控制平滑,在应对多源快变干扰时能够有效减少转速跌落幅度。

基于模糊时变滑模的永磁同步电机调速系统设计

针对永磁同步电机突然加入负载时存在的转速波动和不稳定问题,提出一种基于积分时变滑模面和新型模糊增益趋近律的滑模调速方法。采用积分时变滑模面,在传统积分滑模面中加入一个时变项,借此提升系统的响应速度。改进传统的指数趋近律,加入非线性函数来削弱系统的抖振,同时根据不同的系统状态用模糊算法整定趋近律增益参数,着重于提升趋近速度和系统抗扰动能力。最后,使用李雅普诺夫稳定性判据证明了该控制系统的稳定性。在MATLAB/Simulink环境下将此控制策略与传统滑模控制策略进行对比,仿真结果表明:采用此控制方法的系统响应速度更快、抑制系统扰动和抖振的能力更强,具备更好的综合性能。

电动汽车永磁同步电机弱磁调速系统设计

近些年来,电动汽车作为一种清洁、高效的交通工具,受到了人们的广泛关注和应用。文章针对电动汽车永磁同步电机弱磁调速系统进行了设计,提出了一种基于MTPA控制算法的弱磁调速系统设计方案,并描述了永磁同步电机的数学模型。对PMSM调速系统进行建模与仿真设计,提出了系统性能优化方法建议。

永磁同步电机电流传感器交流法增益自学习

近年来电动汽车发展非常迅速,对于电机实出的电流、扭矩、抖动以及NVH性能的要求也越来越高。而采集到的电机三相电流的准确性将会对这些方面带来深远的影响。为了能够提高电机控制器采集到的电机的三相电流的准确性,需要研究控制器三相电流传感器的增益补偿、零漂等。利用下线台架的电流测量系统对电机控制器内的电流传感器进行增益自学习,从而使得电机的电流和扭矩更加稳定可靠。

磁通切换永磁同步电机宽调速运行分析及测试

磁通切换永磁同步电机以其简单的结构、低畸变率正弦性输出波形以及较高的转矩密度等优点,在电动汽车领域有着广泛应用,其运行特性由不同控制策略决定。针对传统磁通切换永磁同步电机运行范围较窄的不足,提出相应的最大转矩电流比和q轴弱磁控制策略。首先,分析磁通切换永磁同步电机运行工作机理及特点,建立相应的以定、转子为坐标系的数学模型。其次,根据电机不同运行区域工作特点对其性能进行仿真,计算结果显示可实现电机在高效运行的同时拓宽其运行范围。最后,基于一台1 kW样机搭建控制测试系统。转矩和功率输出测试结果显示,结果表明所提出的弱磁控制策略拓宽电机运行范围,正确性和有效性得到验证。

双定子盘式横向磁通永磁同步电机的原理分析与转矩脉动抑制

小型化是推动伺服电机技术进步的重要研究方向。通过研究提出具有转矩密度高、空间设计灵活优势的双定子盘盘式横向磁通永磁同步电机,实现电机设计的高度集成化,减小电机驱动系统体积。设计一台额定功率5.4 kW、额定转速3 000 r/min的双定子盘盘式横向磁通永磁同步电机,分析电机的主要电磁性能。为减小电机转矩脉动,提出齿极设计参数优化以及不对称定子盘结构两种手段,进一步研究不对称定子盘结构对电机转子结构强度的影响。实验验证了该电机的可行性以及主要性能参数。

矿用电机车永磁同步电动机模糊滑模控制策略的研究

矿用电机车为煤矿井下的辅助运输工具,由于井下恶劣的工作环境,影响到电机车的可靠性和工作效率。为了提高矿用电机车控制系统的技术性能,提出采用永磁同步电动机驱动及模糊滑模控制方案,设计了模糊滑模速度控制器,采取指数趋近律来降低滑模控制的抖振现象。对所提的矿用电机车永磁同步电动机的控制策略,在加减速和爬坡等实际工况进行了系统仿真,并与传统PI控制器进行了比较分析,结果表明模糊滑模控制有着更好的控制性能,有助于平稳调速,增强抗干扰能力。

基于改进蝴蝶算法的核主泵永磁同步电机自抗扰调速控制

为提高核主泵永磁同步电机(PMSM)调速控制的精度,在分析PMSM数学模型和建立PMSM自抗扰控制器模型的基础上,提出一种基于改进蝴蝶算法(IBOA)的PMSM自抗扰控制(ADRC)策略。首先,针对蝴蝶算法(BOA)后期收敛精度不高、易陷入局部最优等不足,引入转换概率动态调整策略和随机惯性权重策略来对BOA进行改进,得到IBOA算法。其次,采用IBOA算法对PMSM自抗扰控制器参数进行整定,选取出合理的PMSM自抗扰控制器参数。最后,将优化后的PMSM自抗扰控制器用于调速控制,并进行对比实验。结果表明,本文所提控制策略的响应速度更快,控制精度更高,抗干扰能力更强。

永磁同步电机转子位置信息控制技术分析

永磁同步电机因结构紧凑、运行稳定等特点,在工业、汽车、电力领域广泛应用,随着技术不同进步,在船舶、航天系统应用程度越来越高,在恶劣条件下,永磁同步电机的调速系统受到干扰,无法正常测量位置和转速等信息,这已成为永磁同步电机进一步应用的瓶颈,因此,加强永磁同步电机控制技术的研究迫切需要,首先分析国内外研究现状,然后建立数学模型,通过不同控制策略下仿真比较,最终得出改进后评估结果。

永磁同步电机双闭环调速PI控制器及其改进设计

以永磁同步电机(PMSM)为控制对象,分析传统电流环、速度环控制下的PMSM动态性能。在传统双闭环控制的基础上,进一步研究电压前馈解耦环节的引入对控制器造成的影响。建立上述两种PMSM矢量控制(FOC)系统仿真模型,仿真结果表明,电压前馈环节的引入提高了该控制系统的动态性能和稳态性能。

基于SVPWM的永磁同步电机交流调速系统的实验研究

依据矢量控制理论,研究了PMSM的控制策略,采用空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法,构建了PMSM的交流调速系统,并利用DSP和ASIPM器件对调速系统的控制性能进行了实验研究。实验结果表明系统的稳态和动态性能良好。

大功率盘式交流永磁同步电机电磁场分析

针对应用于石油钻井平台的510kW盘式交流永磁同步电机进行了建模,并分别从空载、负载、电感角度进行了三维电磁场仿真。建模中考虑了模型的对称性和周期性,将整体模型简化成1/4模型,从而显著减少了仿真的计算量。在电机空载状态下,得到了空载磁通密度分布,分析了永磁体极弧系数、槽口宽度和极槽配合对齿槽转矩的影响,通过优化,在永磁体极弧系数取0.85、槽口宽度取5mm、极槽配合取18槽16极时,得到了最小的齿槽转矩30.64N·m,这将有利于降低转矩波动,从而减小电机的振动和噪声,提高系统的控制精度和品质。在电机负载状态下,分析了不同电流激励源和内功率因数角下的电磁转矩波形:在恒转矩区,当相电流为550A、内功率因数角为22°、额定转速为1 600r/min时的电磁转矩为3.115kN·m;在恒功率调速区,当相电流为550A、内功率因数角为41°、转速为2 000r/min时,电磁转矩为2.577kN·m;在过载工作区,当相电流为1 140A、内功率因数角为47°、额定转速为1 600r/min时,电磁转矩为4.756kN·m,电机达到1.5倍过载。与同体积的其他电机相比,该电机的电磁转矩密度有显著提高,内功率因数角调整裕度也较大,能满足过载能力要求。此外,结合电机空载和负载求得的参数,绘制了盘式电机矢量图,求得同步电感值为0.31mH。

粘着控制中的交流永磁同步电机调速控制研究

交流永磁同步电机的模型参数辨识精度是影响电机矢量控制方法性能的关键。基于此,在交流永磁同步电机同步旋转坐标系的数学模型下,提出了一种交流永磁同步电机模型参数的辨识方法,采用直轴电流阶跃响应实验同时辨识定子电阻和直轴电感,脉冲电压实验检测交轴电感,速度驱动实验检测转子磁通。在电机模型参数辨识结果的基础上,讨论了基于矢量控制的交流永磁同步电机调速控制系统电流环和速度环的设计方法。在基于TMS320F2812 DSP的电力机车粘着控制实验平台上进行了实验研究。实验结果表明电机模型参数辨识方法的有效性,调速系统具有良好的动态和稳态性能。

大功率盘式交流永磁同步电机温度场流场耦合分析

根据510 k W盘式电机的电磁设计参数及热物性参数建立了三维温度场流场流固耦合模型,分析了额定工况下电机发热部件的温度分布,接着对样机进行了温升试验。针对温升试验电机温度偏高进行了改进性研究探索,从主动降低损耗和被动降低损耗两方面,研究了影响盘式电机温升的因素。主动降耗方面,建立了等效的二维直线电机模型,从铁耗理论模型和电磁仿真模型角度分析了不同牌号硅钢片在空载和负载工况下,铁耗瞬态变化趋势。对于供电频率较高的电机,尤其在弱磁区,铁耗往往成为影响电机温升的主要因素,对于卷绕定子铁心,建议采用沿着卷绕方向易于磁化、高磁感应强度、低损耗的晶体取向超薄硅钢片来降低高频铁耗。被动降耗方面,基于建立的三维耦合模型,分析了水道不同入口流速对电机定、转子最高温度影响、额定负载和过载工况下的定子绕组最高温度随入口冷却液流速变化趋势,最后将端盖端面水道流体单独建模,通过以上温升影响因素的分析,为之后盘式电机热管理的改进设计提供理论依据。

盘式永磁同步电机在油田注水泵上的研究及应用

盘式永磁同步电机的轴设计为空心轴,直接和注水泵的输入轴连接,取代传统异步电机+皮带轮+皮带的组合传动系统,减少中间传动环节,提高系统效率。永磁同步电机的功率因数高,加之采用变频智能闭环控制系统,使得油田注水系统节能效果明显;取消皮带传动系统,降低更换皮带的维护成本及现场运行噪声,减少安全隐患。

永磁同步电机在蓄电池电机车调速系统中的应用

针对矿用蓄电池电机车存在的能量消耗较大、电机容易出现故障的问题,研制出了一种基于永磁同步电机的蓄电池电机车调速系统。对永磁同步电机的控制策略进行了介绍,进一步研究了永磁同步电机调速器的运作流程,通过控制单元完成了对系统电机的控制以及安全保护措施,并采用CAN总线对信息传输方式进行了规范与简化。经由实验结果显示,本文研制的蓄电池电机车调速系统的调速性能效果显著,可以很好地应用到煤矿的生产运输中。

基于MATLAB软件的交流永磁同步电机调速系统研究

介绍了一种采用磁场定向理论控制交流永磁同步电机的调速系统,应用现代控制理论对电机直交轴耦合分量进行了解耦,并利用经典控制理论设计了电流环和角速度环调节器。MATLAB仿真结果证明了该方法的有效性,但系统调试时仍需根据具体情况适当调整以得到更理想的效果。