磁链分区的磁场增强型永磁电机全速域模型预测直接转矩控制

磁场增强型内置式永磁(flux intensifying interior permanent magnet,FI-IPM)电机的反凸极(L_(q)<L_(d))特性,使得正向d轴电流增强磁场,提高输出转矩的同时,也使得弱磁升速时d轴电流正负交替变化,电流角度变化大,磁链波动大,进而造成转矩脉动大、电流畸变振荡、响应速度慢等问题。针对这些问题,该文提出一种基于磁链分区的磁场增强型内置式永磁电机全速域模型预测直接转矩控制控制策略。根据FI-IPM电机速度运行区域与磁链状态映射关系,构建磁链和转矩预测模型。在此基础上,提出磁链分区控制,引入磁链差值判断增磁和弱磁运行区,并进行磁链补偿,解决不同速度运行域之间切换的震荡和不稳定问题。最后,通过实验验证所提出控制策略的有效性,为该类电机在电驱动系统中的应用提供技术方案。

V型交替极永磁同步电机气隙磁场调制效应研究

与传统V型永磁(V-shaped permanent magnet,VPM)结构相邻N和S极永磁体形成一对极磁场不同,V型交替极永磁(V-shaped consequent-pole permanent magnet,VCPM)结构永磁体与相邻铁心形成一对极磁场。为进一步探究VPM和VCPM电机磁场分布的不同带来的转矩性能差异,首先通过麦克斯韦应力张量法确认,并量化分析VPM和VCPM电机气隙磁密各次谐波转矩贡献,揭示两种电机主谐波与调制谐波转矩贡献的差异性,进而阐明VCPM电机转矩提升的根本原因在于其显著增加的调制谐波贡献的转矩分量。然后,研究关键结构参数对VCPM电机气隙磁场调制效应的影响规律。最后,加工一台VCPM样机并开展试验研究,验证理论分析和有限元仿真结果的可靠性。

轴向磁场永磁同步电机耦合故障特征分析

轴向磁场永磁同步电机在潮湿、高温和振动的环境长时间运转,容易出现匝间短路和永磁体退磁耦合故障。为了实现对耦合故障产生的信号进行特征分析。首先从电机工作原理入手,建立了电机三维有限元模型,并通过对比实验数据和仿真结果,确定了所建电机模型和实际电机相符合。然后结合simplorer实现了有限元模型对匝间短路故障、永磁体退磁故障和耦合故障的模拟。最后,对比了不同故障状态下电机模型的电磁转矩、感应电势和故障相电流等特征量,并分析了特征量各阶次谐波含量的变化。研究结果确定了有效区分单一匝间短路故障、单一永磁体退磁故障和耦合故障的特征量分别为感应电势分数次谐波含量和故障相电流出现的周期为极对数的电流脉动,为该类电机故障特征分析提供一定的参考依据。

真空泵用屏蔽式永磁同步电机电磁场-温度场互相迭代计算方法

真空泵用屏蔽式永磁同步电机发热严重,因此在设计阶段准确预测其温度对于真空泵系统的安全稳定运行具有重要意义。针对当前电机电磁场-温度场双向耦合计算方法只能考虑温度对电机材料物理性质参数的影响,提出了一种电机电磁场-温度场互相迭代计算方法。该方法不仅能够考虑温度对电机损耗和永磁体磁性能的影响,还能够考虑温度对电机部件材料导热能力和散热能力的影响,使电机电磁场和温度场预测更加符合实际情况。以一台1.5 kW屏蔽式永磁同步电机作为研究对象,基于提出的方法对电机的电磁性能和温度特性进行分析,并将分析结果与电磁热双向耦合计算结果进行了对比。此外还利用提出的互相迭代法分析了环境温度对电机温升的影响。该研究不仅可以为屏蔽式永磁同步电机优化设计提供理论依据,还可以为其运行安全性和可靠性提供参考。

基于增强型自适应观测器的永磁同步电机无速度传感器

为满足表贴式永磁同步电机(SPMSM)在全速范围内实现无位置/速度传感器运行的需要,本文研究了一种增强型自适应观测器。该增强型自适应观测器在自适应转速观测器中结合了适用于SPMSM的高频注入法,高频注入信号的误差响应信号在低速段起主导作用,校正自适应观测器的输出信号。随着转速逐渐增高,高频注入信号的作用逐渐减弱,直到一定转速后自适应观测器单独作用,这使其不但具有很好的动态特性而且在低速包括零速时也可以保证估算精度。这种增强型自适应观测器结合了两种方法的优点,实现电机无速度闭环起动,且在不同速度区域之间可以平滑过渡。实时实验证明了该增强型自适应观测器的有效性及实用性。

基于自适应滤波器在线解耦的磁场增强型永磁电机无位置传感器控制

针对磁场增强型永磁电机在零低速无位置传感器控制时,突出的次级凸极性谐波影响,以及位置观测振荡问题,该文提出一种基于自适应滤波器(ANF)在线解耦的无位置传感器控制算法。分析传统高频注入位置观测中转速及转子位置振荡的机理,以及多重凸极性耦合对高频信号注入观测的影响。在此基础上,构建自适应滤波器,对于特定次谐波进行在线解耦,消除了谐波影响,降低了次级凸极性影响,提高了磁场增强型电机无位置传感器控制驱动系统的低速位置估算精度。最后,建立磁场增强型电机新型无位置传感器矢量控制调速系统,实验结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。

基于增强型扰动观测器的五相永磁同步电机鲁棒电流控制策略

同步坐标系下比例积分(PI)控制性能易受参数摄动、转子永磁体谐波磁链以及逆变器死区效应等扰动的影响,限制了其在高性能驱动系统中的应用。为此,该文首先对五相永磁同步电机驱动系统中的扰动进行了特征分析和建模。分析表明,电机驱动性能主要受到系统中的低频和周期扰动影响。其次,设计一个增强型扰动观测器,同时对系统内的低频和周期扰动进行估计,并通过内部反馈通道对扰动进行补偿。再次,对扰动观测器参数的设计进行理论分析并给出参数设计方法。最后,实验结果表明,该文所提方法提高了PI控制器对参数摄动的鲁棒性,并有效抑制了由周期扰动引起的低次谐波电流。

一种新型转子永磁同步电机磁场分析及特性

提出一种面贴及内置两种方式混合的永磁电机转子拓扑新结构。采用有限元法分别建立内置式、面贴式及新型混合转子拓扑结构的永磁电机模型;计算3种结构电机的静态磁场,比较分析其等位线分布规律及一极距内气隙磁感应强度幅值分布;仿真了3种结构电机的空载感应电势,分析得出新型结构的永磁电机空载感应电势波形更接近正弦;计算了新型转子结构永磁电机的空载定子损耗及转矩等运行参数。

无轴承永磁同步电机的转子磁场定向控制研究

无轴承永磁同步电机由于功率密度大、转矩脉动低等优良特性受到了高度重视。文中针对一类表面贴装式无轴承永磁同步电机,详细推导出径向悬浮力表达式,建立了准确的数学模型。针对电磁转矩和径向悬浮力之间耦合的特点,采用了基于转子磁场定向的控制策略来实现这类无轴承永磁同步电机的非线性解耦控制。实验证明了该控制算法的有效性。该控制算法对插入式转子结构和内装式转子结构的无轴承永磁同步电机的控制系统设计具有一定的借鉴作用。

自起动永磁同步电机起动过程退磁磁场的计算与分析

自起动永磁电机起动过程中的退磁磁场可能导致永磁体的不可逆退磁。为分析退磁磁场产生的原因,建立了计及饱和、涡流等多种因素影响的自起动永磁同步电机起动过程退磁磁场的时步有限元模型,并分项计算了永磁体作用、鼠笼异步电机效应及变频永磁发电机效应的影响。计算结果表明,重载起动时,从低速开始,永磁体内就出现波动变化的退磁磁场,并在接近同步速时退磁效应最明显;而空载起动时,退磁磁场仅波动一次,并在0.5倍同步速附近出现较强的退磁效应。由理论分析可知,在转速较低时,永磁体就存在退磁效应,其磁密呈波动变化的根本原因在于鼠笼异步电机效应与变频发电机效应的共同作用。算例计算结果验证了理论分析的正确性。最后通过实验验证了所提有限元计算方法的有效性。

基于磁场定向控制的永磁同步电机参数测量

基于矢量控制原理,介绍永磁同步电机参数测量的一种新方法.该方法借助于同步伺服系统实现电机相关参数的测量,不需要特殊的仪器,也没有特别的测试要求,适用于永磁同步电机参数的现场测量.利用矢量控制情况下电机启动制动过程中速度的线性变化过程,测量电机转子的转动惯量,为电机控制系统的数学建模与仿真分析奠定基础.

基于转子磁场定向控制的永磁同步电机制动过程分析

阐述了伺服系统制动过程中电机所处的运行状态,即减流阶段、反接建流阶段、回馈发电制动阶段、能耗制动阶段(或者速度调整阶段)。仔细研究了系统制动过程中各阶段电机电流、电压、速度的变化规律,分析了影响制动过程的各种因素。提出了提高电机制动响应性能、抑制速度超调的措施,以及在系统设计、调整和构成中需要注意的方面。文章还分析了电机制动时能量的回馈和直流侧母线电压的变化,以及直流电压变化对系统的影响。仿真和实验证实了文中所做的分析。

基于混合磁场解析法的磁极偏心型表贴式永磁同步电机空载特性分析

为了准确、快速优化表贴式永磁同步电机磁极形状,降低气隙磁通密度波形畸变率,该文针对磁极偏心结构表贴式永磁同步电机,提出一种非线性混合磁场解析方法。首先基于子域分析方法建立磁极偏心型表贴式永磁电机磁场解析模型,同时建立考虑定、转子铁心磁导率非线性变化的等效磁网络模型。根据铁磁材料的B-H曲线计算出任意时刻定、转子铁心相对磁导率的分布情况,通过迭代计算得到修正系数,用于考虑定、转子铁心磁阻对电机空载特性的影响,并基于该混合磁场解析模型对气隙磁通密度、反电动势进行计算分析。在此基础上对磁极尺寸参数进行优化设计,得到最优磁极结构参数。最后设计、制作一台8极36槽磁极偏心型表贴式永磁同步电机,通过有限元仿真和实验测试对该文所提出混合磁场解析法的准确性进行了验证。

基于转子磁场定向的永磁同步电机牵引控制策略

以永磁同步电机为控制对象,研究了其转子磁场定向驱动的控制策略。首先分析永磁同步电机的数学模型,基于此研究转子磁场定向永磁同步电机的调速控制策略,并设计了速度外环和电流内环的调节器,最后通过系统仿真验证了整个驱动控制策略的有效性。结果表明,系统抗干扰能力强,具有良好的动静态性能。

400 kW永磁同步电机磁-流-热耦合特性分析

为准确分析大功率永磁同步电机运行时的温升特性,对400 kW,9 000 r/min的大功率永磁同步电机进行磁-流-热多物理场耦合分析。首先,对电机进行结构设计,分析其空载及负载的运行特性。其次,将损耗作为热源加载到温度场中,采用流热耦合,计算冷却流道中的冷却液对电机温度的影响。最后,考虑电机材料的温度特性对热性能的影响,提出双向耦合的方法,将电机磁场损耗实际分布加载到温度场中,再将绕组和永磁体温度变化情况反代至电磁场,通过有限元方法实现电机磁-流-热多物理场耦合。结果表明,双向耦合方法下,绕组的温升比单向耦合高6.27%,永磁体温升增加2.27%,提高了该类电机损耗和温升计算精度。

基于DSP的无位置传感器永磁同步电机磁场定向控制系统

介绍了一种采用DSP芯片TMS32 0C2 4x实现的永磁同步电机磁场定向控制方案。所采用的磁场定向控制策略 ,在较宽的速度范围内有效。文章着重介绍了一种改进算法 ,即取消相电流传感器且采用滑模观测器实现无位置传感器速度控制。

基于终端滑模的永磁同步电机磁场定向控制

在永磁同步电机磁场定向控制策略中,常采用传统的PI调节器实现转速环和电流环的控制,存在着抗干扰能力弱、鲁棒性差等问题.针对此问题,将终端滑模控制方法应用于永磁同步电机的磁场定向矢量控制,结合终端滑模理论和永磁同步电机的数学模型,提出一种速度环和iq环联合控制方法.该方法既提高了系统控制性能,又减少了控制器的数量.通过仿真实验验证了该控制策略的有效性.

高速永磁同步电机线圈与绕组电枢磁场计算方法及其内在联系

为简化和统一复杂绕组磁场的分析问题,提出一种简易的单匝线圈磁场预测绕组磁场计算方法。基于高速永磁同步电机等效同心圆多层模型和涡流场泊松方程,结合各种介质交界面条件和边界条件,建立了稀疏矩阵形式的单匝线圈电枢磁场的解析方程组。从绕组排布组合形式多样性的特点出发,根据线圈位置和同相线圈连接方式,通过线圈代数化和绕组集合化处理,将线圈和绕组之间的递推关系简化和统一,揭示其关联性。线圈和绕组电枢磁场的解析计算方法和内部关系得到有限元仿真和相关文献计算方法的证实,结果表明了使用单匝线圈磁场研究绕组磁场问题的准确性和可行性。最后基于相关计算方法和内部关系的研究,分析了绕组合成磁场时空谐波的规律。

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。

永磁电励混合励磁直线同步电机磁场的有限元分析

介绍了两种新型的永磁电励混合励磁直线同步电机的结构与特点。然后运用AN SYS8.1软件包对两种型式的直线电机进行了气隙磁场的分析 ,给出了磁场分布和电磁推力的分析结果。最后 。