直驱型多相永磁同步电机定子磁动势与气隙磁密特性分析

直驱型多相永磁同步电机由于相数多、采用分数槽绕组结构、电机的中性点连接与PWM控制方式多样等特点,使得电机绕组电流与磁场谐波含量极为复杂,电机性能与普通三相电机相比有较大区别,因此,有必要对其电磁特性进行细致的研究。该文建立了直驱型多相永磁同步电机定子绕组磁动势数学分析模型,给出了详细推导过程。研究了电机绕组电流和磁动势的影响因素:相数与供电方式、中性点接法、极槽匹配与绕组分布。全面分析了以上因素对直驱型多相永磁同步电机电流及磁场的影响。研究结果表明,增加电机的相数和极槽数,合理的选择中性点连接方式,可以有效减少电机的谐波含量,提高电机的性能。

直驱型多相永磁同步电机转矩脉动及损耗特性

与普通三相电机相比,直驱型多相永磁同步电机具有相数多、极槽匹配与绕组排布多样、中性点连接与PWM控制方式多样等特点,这使得电机绕组电流与磁场谐波含量极为复杂,电机性能也具有一定的特殊性。因此,有必要对其主要性能进行细致的研究:本文分析了电机转矩脉动及损耗与谐波磁场的关系;采用有限元软件Ansoft对目标电机进行建模,研究了直驱型多相永磁同步电机特有因素(相数与供电方式、中性点接法、极槽匹配与绕组排布)对电机转矩脉动及损耗的影响。研究结果表明,增加电机的相数和极槽数、合理的选择中性点连接方式,可以有效地减少电机磁场谐波含量,降低电机的转矩脉动及损耗。

直驱永磁同步电机均匀退磁性能分析和故障诊断

均匀退磁是永磁同步电机的一种常见退磁故障类型,通过对永磁体不同退磁程度下的电机性能的分析,提出了反电动势(Back-EMF)回转半径法来诊断直驱永磁同步电机(DDPMSM)均匀退磁故障。利用时间延迟嵌入(TDE)技术得到其反电动势的差分相空间图形的坐标数据,并建立了反电动势回转半径的模型。对一台不同运行速度和不同故障程度下的DDPMSM反电动势回转半径进行了仿真计算,得出退磁故障程度与回转半径成线性关系,并用最小二乘法拟合了退磁程度与回转半径和速度相关的数学方程。仿真结果证明,所提出的DDPMSM均匀退磁故障诊断方法的可行性和有效性。

基于负载转矩观测器的直驱式永磁同步电机新型速度控制器设计

为减小采用传统PI速度控制器控制时直驱式永磁同步电机转速的超调量,提出了一种新型速度控制器。同时,针对负载转矩和电机参数变化等扰动因素对系统控制性能的影响,设计了负载转矩观测器,并将观测的转矩值转换为负载电流引入到电流调节器的输入端,对新型速度控制器的输出进行补偿。仿真与实验结果表明,所提出的新型速度控制器可有效减小转速的超调量,提高转速的跟踪性能和系统的抗负载扰动能力;设计的负载转矩观测器能够对负载转矩进行准确的观测;采用的负载转矩前馈补偿控制方法进一步提高了系统的抗负载扰动能力,验证了该文所提基于负载转矩观测器的新型速度控制器的正确性和有效性。

基于谐振数字滤波器的直驱式永磁同步电机转矩脉动抑制方法

由于受逆变器的非线性特性、转子永磁体磁场谐波和齿槽转矩等因素的影响,永磁同步电机定子电流中含有大量的高次谐波分量,这些谐波分量与转子永磁体磁场作用,使电机产生转矩脉动,特别在直驱系统中,转矩脉动更为严重。针对这一问题,提出一种基于谐振数字滤波器的转矩脉动抑制方法。该方法基于理想谐振控制器在谐振频率点处的增益为无穷大,可以对谐振频率点处的正弦信号实现零稳态误差跟踪控制的特点,在文中设计了一个谐振数字滤波器,并把它串联在电流环PI控制器的输出端。通过谐振控制器产生谐波电压补偿信号,抵消电流环PI控制器输出电压中的谐波分量,实现对输出电压的数字滤波,从而减小定子中的谐波电流含量,实现对转矩脉动的抑制。仿真与实验结果验证了文中所提方法的正确性和有效性。

基于自抗扰技术的直驱永磁同步电机无传感器控制

针对传统比例积分(PI)控制器在负载突变时存在响应速度慢、调节能力不足、鲁棒性差等问题,在直驱永磁同步电机(DPMSM)控制中采用自抗扰控制器取代传统PI控制器。其中采用了一个在原点周围具有良好连续性和平滑性的新型非线性控制函数,为了提高DPMSM无位置传感器的控制性能,滑模观测器中采用双曲正切函数取代符号函数,减小系统抖振。仿真结果表明:改进后的控制系统在突加负载时转速最大跌落量减小了40 r/min,且恢复时间相较于传统控制系统加快了0.01 s,有效提高了控制系统的响应速度和抗负载扰动的能力。

120°相带环形绕组直驱永磁同步电机性能分析

基于相同电负荷、磁负荷及等永磁体用量的设计原则,建立了不同绕组结构的传统直驱永磁同步电机(DDPMSM)、传统环形绕组DDPMSM和120°相带环形绕组DDPMSM的有限元模型。分析了空载运行时3种电机的磁场分布、气隙磁密和反电势,对比了负载运行时3种电机的输出转矩、效率及功率因数等性能参数。制造了一台120°相带环形绕组DDPMSM样机,搭建了样机实验测试平台,测试了样机在不同工况下的输出转矩和输出功率,对比分析了实验与有限元结果,验证了有限元模型及分析结果的正确性。研究结果表明:120°相带环形绕组DDPMSM较传统DDPMSM和传统环形绕组DDPMSM具有体积小、转矩密度高、转矩常数大等优势。

直驱式永磁同步电机改进型无差拍直接转矩控制研究

为提高直驱式永磁同步电机(DD-PMSM)的动态响应性能,提出了一种改进型无差拍直接转矩控制(DB-DTC)策略。改进型DB-DTC在保留传统DB-DTC动态响应性能的基础上,简化了控制过程,降低了实时计算量。通过在MATLAB/Simulink环境下搭建仿真模型,对传统DB-DTC和改进型DB-DTC的控制效果进行对比,并将改进型DB-DTC结合位置型阻抗控制策略,验证控制策略的优越性。仿真结果表明,在位置控制模式下,相对于传统DB-DTC,所提控制策略的电机转动至给定角度以及转速降为零所需的时间减少0.002 s,稳态运行角度误差减少0.02°。在速度控制模式下,相对于传统DB-DTC,所提控制策略的电机达到给定转速的时间减少0.004 s,稳态转速误差降低0.03 r/min,稳态转速波动降低0.06 r/min,在电机进入稳态运行以后,q轴电流峰值降低0.193 A,q轴的电流脉动降低0.204 A。电机控制系统具有更好的动态性能和更强的抗干扰能力。

永磁同步电机匝间短路故障短路线圈定位方法

为了研究基于电机外部电信号的直驱永磁同步电机早期匝间短路故障检测及定位方法,提出一种基于探测线圈阵列的DDPMSM的ISF短路线圈定位方法。首先,提出一种基于电机绕组分布及连接方式的探测线圈阵列;其次,分析了探测线圈工作机理,建立了考虑短路线圈位置的探测线圈反电势矩阵;然后,利用所建立的探测线圈反电势矩阵,分析用于ISF短路线圈位置的故障特征量。提出了利用探测线圈反电势差值进行ISF故障检测和故障线圈组的定位,利用探测线圈反电势残差进行短路线圈的定位,提出基于上述定位特征量的ISF定位方法。仿真和实验结果验证了所提出方法的正确性和有效性。最后,以样机为例,将所提出的定位方法与现有故障定位方法进行比较,进一步证明方法的准确性和灵敏性。

推车机用低速直驱永磁同步电机的设计与应用

目前推车机驱动系统多采用“异步电机+减速机”的驱动方式,存在传动环节多,整体效率低,能耗大等问题。采用低速直驱永磁同步电机,替代传统的驱动方式,由永磁电机直接驱动负载,系统效率高,运行平稳可靠,安装维护简单,可实现智能控制。本文介绍了某一运行现场推车机的使用情况,分析存在的问题,根据实际运行工况,合理选型,专门开发设计了一款具有高起动转矩、高过载转矩特性的永磁同步电机,能够满足推车机运行工况的要求。通过有限元软件进行仿真分析,其性能结果满足技术要求,并制造样机,在现场进行试验验证,试验结果与仿真结果一致性较好,该电机现场运行良好,解决了原有系统存在的问题,值得推广应用。

直驱永磁牵引电机振动原因分析

目的:与传统的异步电机相比,直驱永磁传动可省掉齿轮传动装置,提高传动效率,减小传动机构维护工作量,并提高传动系统整体效能。为解决直驱永磁牵引电机低速运行时振动加剧的问题,提高直驱永磁牵引电机服役寿命及安全性与舒适性,特开展本研究。方法:针对直驱永磁牵引电机在90~105 r/min转速范围内出现的振动加剧问题,根据永磁电机振动机理通过解析法分析了直驱永磁牵引电机极槽配合与电机径向电磁力之间的数值关系;使用SKF-AX型数据采集器对直驱永磁牵引电机传动端与非传动端及不同方向进行振动加速度检测,并对振动结果进行频谱分析,找到引起振动的频段;通过有限元方法对直驱永磁牵引电机进行径向力分析,对定子铁心模态进行分析,得到径向力的幅值、频率以及定子铁心自振频率。结果及结论:结合解析法、振动检测试验及有限元仿真分析证明该电机在90~105 r/min转速范围内发生共振是引起振动加剧的根本原因;并基于以上分析对该电机的极槽配合进行了改进,将电机14极114槽更改为14极126槽。通过有限元仿真分析及振动检测试验可知,已有效解决了电机在90~105 r/min出现的共振问题,提高了直驱永磁电力机车的安全性与舒适性。

直驱永磁同步风力发电系统低压穿越技术

风能作为一种清洁能源,风力发电技术日益成熟,随着风力发电占发电系统比例不断增加,风力发电系统对电网电能质量影响也比较突出。在电网电压发生故障时,要求风力发电系统能够正常运行且为电网提供无功功率,由此引起发电机输出功率与输入电网的功率不平衡,对风电机组造成损坏,本文主要研究直驱永磁同步风力发电系统在电网电压跌落时能够通过控制策略实现低压穿越。

基于鲁棒UKF的永磁同步电机转子速度估计

针对无位置传感器直驱永磁同步电机系统(DD-PMSG:Direct-Driven Permanent Magnetic Synchronous Generator),无迹Kalman滤波(UKF:Unscented Kalman Filtering)方法鲁棒性不高的问题,提出了基于一种新的鲁棒UKF的转子速度估计方法。该方法将DD-PMSG模型转化为由发电机机电状态与定子参数组成的增广方程形式。运用鲁棒UKF算法,可同时辨识发电机的机电状态和定子不确定参数动态,使估计发电机参数不确定的鲁棒性得以改善。仿真结果表明,与传统UKF方法相比,该方法对存在不确定性及非高斯噪声的系统模型具有较强的鲁棒性。

集中绕组模块组合式定子结构对低速大功率永磁电机性能影响

针对集中绕组模块组合式定子结构对低速大功率直驱永磁同步电机性能的影响进行研究。首先介绍了模块化定子的分块规则和分块数。基于绕组函数法推导了单个定子单元模块在不同拆分方式下的绕组函数和电感表达式。基于有限元仿真先分析了仅绕组分块对电机性能影响;然后分析了冲片和绕组都分块对电机性能影响。通过对比空载和负载性能,总结出各种定子模块化拆分方案的优缺点,为大功率低速直驱永磁同步电机的模块化设计与制造建立了基础。

基于比例多谐振控制的直驱永磁风力发电系统谐波抑制研究

直驱永磁同步发电机受变流器开关频率限制及电网电压畸变的影响,并网电流常含有大量且难以消除的低频谐波。文章基于双PWM并网变流器建立永磁同步风力发电系统仿真模型;提出一种高性能比例多谐振电流环控制器以提高电流环的谐波抑制能力和改善跟踪控制性能,并对基于传统PI控制及比例多谐振控制的永磁风力发电系统进行了对比。仿真和实验结果验证了风力发电控制系统模型的正确性,以及比例多谐振控制器谐波抑制的优越性。

基于内模控制的兆瓦级直驱PMSM控制方法研究

这里充分结合永磁同步电机(PMSM)与直驱传动方式的优点,首次将兆瓦级直驱PMSM(DD-PMSM)应用于电力机车,提高了电力机车传动系统的效率。提出了一种基于内模控制(IMC)的兆瓦级DD-PMSM控制方法,解决了在低开关频率下分段调制时控制参数较多以及PMSM在轴存在交叉耦合的问题,提高了整车系统的鲁棒性。通过在分段调制策略中的7,3脉冲下采用中间60°的调制方式,实现了较高的电压利用率以及到方波调制的平稳切换。最终在电力机车地面联调试验平台上完成了1.2MW DD-PMSM的相关试验,验证了所采用控制算法的有效性。

基于DIgSILENT/PowerFactory的直驱风机的建模研究

直驱永磁同步风电机组具有结构设计紧凑、柔性、轻盈化的优点。其凭借显著的技术优点,研发受到了越来越多的关注,具有很好的发展前景。文章对直驱永磁机组的建模进行了研究。

新型低故障顶驱关键技术研究与应用

针对传统顶驱结构复杂和故障率高的问题,研发了一套适用于4000 m钻机的新型顶驱系统。新型顶驱采用永磁同步电机直接驱动主轴旋转钻进,采用水冷散热技术进行电机冷却。与传统顶驱相比,新型顶驱将液压站布局在地面,同时省去了减速箱、润滑泵站、冷却风机等部件,使得零部件数量减少45%以上。将提环直接与电机壳体连接,主轴承置于电机转子内部,缩小了顶驱的尺寸,减少了主承载件的数量。导轨结构进行了优化设计,提高了操作的便捷性。新型顶驱具有结构简单、故障率低等优点。已在20余口钻井中进行了现场应用,验证了其可靠性,提升了作业效率。该新型顶驱可广泛应用于石油天然气钻井与修井、地质勘探、页岩气和煤气层勘探等领域,具有良好的市场应用前景。

风储联合并网发电系统的控制策略研究

并网运行控制方法是保证风储联合发电系统可靠运行需要解决的关键技术问题之一。本文首先建立了风力涡轮机和锂离子蓄电池的数学模型,并且给出了风力发电系统网侧和机侧变换器在两相同步旋转坐标系下的数学模型。详细研究了风力发电系统和储能逆变器的并网运行控制策略。最后通过仿真研究验证了本文研究方法的可行性和有效性。

宜城板桥风电场入网电能质量测试及谐波治理

对湖北华润宜城板桥风电场的基本情况、风电场对电能质量影响的原理、风电场入网的电能质量技术规定进行了阐述,重点分析了板桥风电场入网电能质量检测及谐波治理。针对湖北华润宜城板桥风电场入网检测时发现的公共连接点处4次谐波电流超标问题,经测试分析给出了超标的原因及治理建议;风电场根据建议联系设备厂家,对相关设备进行调整,完成谐波治理;最后经检测电能质量合格,治理成功。