考虑磁路饱和及交叉耦合效应的内置式永磁同步电机无传感器优化方法

针对传统高频电压注入法中解调过程复杂、带宽局限、估计精度易受磁路饱和及交叉耦合效应影响等缺陷,提出一种基于离散电流特征分析和电感误差在线辨识的内置式永磁同步电机(IPMSM)无传感器优化方法。首先,建立考虑交叉饱和效应的高频电压模型,将正交的高频方波电压信号注入静止坐标系,设计梳状滤波器,分离出高频响应电流,并利用相邻采样时刻的高频电流解调出转子位置的初定值。在分离和解调过程中消除了滤波器带来的劣势,并且计算量小。然后,分析电感参数与估计误差的关系,提出针对正交方波注入法的电感辨识方法和转子位置估计误差补偿策略。最后,将估计误差辨识结果补偿到转子位置的初定值中,提高了估计精度。在15kW电机控制平台上的实验结果证明了该策略的可行性和有效性,而且该方法简单可靠,不受带载时电感参数变化的影响。

基于非线性磁路饱和模型的永磁同步电机增益调度电流控制

随着永磁同步电机(permanent magnet synchronous machine,PMSM)过载能力、功率密度和转矩密度的提高,磁路饱和程度加深且变化剧烈,其非线性限制电流环的动态性能并且降低控制器的鲁棒性。该文提出一种PMSM增益调度电流控制策略,基于以微分电感为参数的非线性磁路饱和模型,设计小信号模型的线性内模控制器,根据电流调度变量插值成非线性控制,非线性耦合的消除保持非线性控制小信号化与线性内模控制的一致性,获得不同形式非线性积分的增益调度电流控制器。采用内模控制维持小信号系统相同的闭环特性,使得该非线性控制也具有相同的线性闭环特性,达到反馈线性化的效果,提高大范围工况的性能。通过仿真和实验验证控制器的有效性。

考虑磁路交叉饱和的内置式永磁同步电动机调速控制

内置式永磁同步电动机由于在结构上气隙小,交直轴电感参数差异大,因此其控制性能受参数影响敏感。由于内置式永磁同步电动机的这个特点,它在其整个控制区域,即恒转矩区域和弱磁运行区域,都必须要考虑磁路交叉饱和对电机参数的影响。文章建立了考虑交叉饱和的永磁同步电动机暂态有限元模型,通过有限元模型和修正的电感计算方法对考虑交叉饱和情况下的电机d轴和q轴电感进行了分析计算。并利用有限元模型对电机最佳电流控制角、输出转矩及弱磁控制性能等进行分析。最后用求得的电感参数用于控制并与直接采用有限元方法的分析结果进行比较验证,实验结果表明两者完全吻合。

磁路交叉饱和对内置式永磁同步电机宽调速控制性能影响的研究

无论是在恒转矩运行区域还是在恒功率运行区域,内置式永磁同步电机的电磁参数对其控制系统的性能都会产生重要影响。该文建立了考虑磁路交叉饱和的电机有限元模型,通过对已有电感计算模型分析,提出了一种更精确的电感参数计算模型。通过实验对不同参数下控制性能进行比较分析,并对磁路饱和交叉饱和对控制性能影响进行分析。实验结果表明,采用所建立的电感参数计算模型所得参数进行控制系统设计,可有效提高电机控制性能。

采用统一磁路及空载试验的变压器饱和模型

为了精确地对变压器饱和进行仿真并建立变压器饱和模型,提出了一种基于统一磁路(UMEC)模型及空载试验的变压器饱和新模型。该模型利用UMEC来表示磁路中各个磁导之间的关系,并采用变压器空载试验获得电压、电流有效值曲线和功率损耗曲线,通过分段线性化方法得到变压器励磁磁导与电流之间的关系而近似表示磁路的饱和。该模型充分利用了UMEC模型的优点,如无需绕组匝数、铁芯横截面积和铁芯长度,以及UMEC模型中铁芯磁导和铁轭磁导之间存在的关系,使得通过励磁支路的非线性也间接地反映了铁轭的非线性;同时,其励磁支路的非线性只需通过简单的变压器空载试验就可获得。仿真计算表明,该方法既具有较高的仿真精度,且由于参数易得,在实际工程中推广使用方便。

考虑主磁路饱和与铁损的异步电机模型

通过推导任意同步旋转坐标系下考虑主磁路饱和与铁损的异步电机状态方程,研究互感与铁损等效电阻随压频比的变化规律,提出了一种互感曲线的工程辨识方法。采用多项式拟合互感与铁损等效电阻曲线描述主磁路饱和与铁损变化,建立了考虑主磁路饱和与铁损的异步电机仿真模型。仿真及实验的动态及稳态结果验证了仿真模型的正确性、有效性与精确性,为异步电机的高性能控制提供了一个更接近电机真实物理行为的实用模型。

汽轮发电机磁路饱和与磁场畸变共同作用对运行的影响

以300 MW汽轮发电机为实例,以有限元方法为工具,研究大型汽轮发电机在临界失稳条件下磁路饱和与磁场畸变共同作用的本质特点及其对运行的影响。通过对比分析不同饱和程度和不同功角下的磁场分布、磁密波形及感应电势等,发现两者共同作用不仅会导致产生相同气隙电势所需的合成磁势发生变化,而且还会引起磁密波形对称性及其谐波含量的显著变化;进一步研究了这些变化对给定负载下的励磁电流、气隙磁场方向、电势波形和定子铁心齿部磁密波形的影响。上述结果为进一步研究发电机在非正常运行条件下的模型和参数提供重要参考。

考虑磁路饱和的内置式永磁同步电机电感参数旋转辨识算法

实现对永磁同步电机调速系统高性能控制的基础是准确的数学模型和电机参数,其中电感参数对电机的稳态和动态运行性能影响较大,而对于内置式永磁同步电机而言电感除了受凸极结构影响之外,还受磁路饱和等因素的影响。考虑到定子电流引起的磁路饱和效应与交叉耦合效应对电感的影响,基于矢量控制技术分别提出了d轴和q轴电感旋转辨识新算法,即d轴复合电流激励法和转矩调整法。为了提高电感辨识准确度,还采用基于电压误差曲线的补偿算法对逆变器非线性因素引起的输出电压误差进行了补偿。最后在电机控制实验平台上通过实验验证了提出的电感辨识算法的可行性和有效性。

考虑主磁路饱和时感应电机的综合矢量模型

提出了一种用综合矢量表示并考虑了主磁路瞬态饱和时的感应电机数学模型。在引出了磁路稳态饱和与瞬态饱和的概念之后，推导了用综合矢量表示的感应电机的电压方程式和电磁转矩表达式，从而得到感应电机的饱和非线性数学模型。利用该模型对感应电机的起动瞬态过程进行了仿真研究。结果表明，本文提出的感应电机饱和非线性综合矢量数学模型是可行的。

同步发电机阻尼绕组和磁路饱和对低频振荡阻尼的影响

采用特征值分析法研究同步发电机阻尼绕组以及磁路饱和对低频振荡阻尼的影响。建立了同步发电机三阶以及考虑阻尼绕组的六阶小扰动线性化模型,并在模型中考虑了磁路饱和效应。为详细分析同步发电机阻尼绕组和磁路饱和对低频振荡阻尼的影响,采用了简化的单机无穷大系统。计算表明,在分析低频振荡问题时:同步发电机三阶模型不宜用于分析进相或轻载运行的机组,这一结论和是否安装电力系统稳定器(PSS)以及是否忽略磁路饱和无关;忽略磁路饱和的同步发电机三阶模型在额定工况附近具有比较高的准确性;磁路饱和对六阶模型的影响较小,但是对于含PSS的进相运行机组,不宜忽略磁路饱和;为得到准确的结论,建议在同步发电机模型中考虑阻尼绕组和磁路饱和的影响。

耦合磁路单铁芯饱和电抗器的设计

饱和电抗器的传统设计方法均以磁路独立的双铁芯为基础，作为一种补充，本文对耦合磁路的单芯饱电抗器的设计方法作了详细的论述。

基于磁路饱和调整的永磁机构设计方法

从分析永磁机构磁路的饱和度入手,以提高静态保持力降低工作能耗为目的,对单稳态永磁机构磁路进行调整。首先确定了永磁机构中永久磁铁的工作点,其后着重研究了衔铁面积与磁路饱和的关系,及其对机构合闸保持力、分合闸电流峰值、分合闸动作时间和刚分刚合速度等动静态性能的影响,最终确定动铁心最佳尺寸。实验证明调整尺寸对机构性能的改进效果显著。

考虑主、漏磁路饱和的双馈风电低电压穿越动态性能分析

由于双馈感应电机主磁路及漏磁路饱和因素的影响,传统线性模型已不能准确模拟低电压穿越响应特性。为此,通过推导同步旋转坐标系下考虑主磁路及漏磁路饱和的双馈电机状态方程,研究了双馈电机阻尼系数与主、漏磁路饱和的关系,讨论了电网发生三相短路故障时,主、漏磁路饱和对定转子暂态磁链衰减过程的影响。Matlab/Simulink仿真结果验证了理论分析的正确性。

考虑磁路饱和的IPMSM电感辨识算法及变参数MTPA控制策略

内置式永磁同步电机(IPMSM)d、q轴电感会随着磁路饱和程度的不同而发生改变,这会降低最大转矩电流比(MTPA)控制的有效性。考虑到定子电流引起的磁路饱和及交叉饱和效应的影响,提出了相应的d、q轴电感辨识算法和变参数MTPA控制策略。采用基于旋转高频电压注入的d、q轴电感辨识算法可在其他电机参数未知的前提下得到不同负载条件下的d、q轴电感;变参数MTPA控制策略能够充分利用标幺值化处理的优势,在转矩-最优电流控制表不变的基础上,只需根据实际d、q轴电感更新电流基值和转矩基值便可克服电感变化带来的不利影响,并实现一定转矩条件下的最佳MTPA控制。最后在电机控制实验平台上通过实验对提出的电感辨识算法和变参数MTPA控制策略的可行性和有效性进行了验证。

考虑磁路饱和及集肤效应的异步风力发电机组暂态性能分析

为准确分析异步发电机不同详细模型对大型风电机组暂态性能的影响,该文结合2个质量块的风力机传动链等效模型,分别建立了笼型异步发电机考虑主磁路、定转子漏磁路饱和以及集肤效应影响的风电机组数学模型。针对大型风电机组在机械大扰动和电网电压骤降情况下,利用Matlab/Simulink平台对机组在不同数学模型描述时的暂态过程进行了仿真比较。结果表明,尤其在电网电压骤降时,电机磁路饱和对机组暂态运行性能的影响较为显著。

考虑磁路饱和同步磁阻电机的矢量控制

同步磁阻电机因无永磁体且具有转矩特性好的特点,得到了越来越多的应用。该电机在运行和控制中d、q轴磁路饱和以及交叉饱和带来的影响较大,为此,论文分析了d、q轴电流对d、q轴磁路交叉饱和的影响,建立了考虑磁路饱和的同步磁阻电机模型,提出了改进的基于磁链观测的同步磁阻电机矢量控制算法,并建立了基于此算法的同步磁阻电机的矢量控制系统,利用所建立的仿真系统和实验系统进行了仿真和实验研究。仿真和实验结果表明,所提出的基于磁链观测的矢量控制算法能够处理同步磁阻电机磁路饱和的影响,提高系统控制的动态性能。

考虑磁路饱和的永磁同步电机弱磁调速系统仿真

该文应用一种基于电压反馈的弱磁调速策略建立永磁同步电机的弱磁调速系统,并采用Matlab/Simulink软件搭建系统仿真模型。在建模中考虑不同工况下由于磁路饱和状态不同所引起的电机参数非线性,分析磁路饱和对电机性能的影响,仿真计算考虑磁路饱和效应时电机的弱磁调速性能。通过与理论计算结果比较,验证了仿真模型的正确性。

考虑主磁路饱和时的异步电机d-q-n模型

提出了基于磁化曲线的异步电机磁路饱和dqn模型。该模型的分析方法有别于传统的磁路饱和处理方法,它直接利用了磁化曲线来考虑磁路饱和对电机的影响。在对磁化曲线进行处理的基础上,推导了考虑磁路饱和时异步电机的电压、电磁转矩方程,给出了Matlab/Simulink仿真模型和结果。比较线性模型同试验结果,表明了该模型较之线性模型具有一定的改进。

考虑主磁路饱和的隐极同步电机V形曲线

从隐极同步电机的线性模型分析入手,导出其V形曲线的解析式。利用同步电机空载实验数据通过多项式拟合得到磁化曲线,提出隐极同步电机V形曲线的精确分析法,即基于稳态线性模型而激磁电抗参数随主磁路饱和程度不同而相应变化的分析方法。考虑主磁路饱和的同步电机激磁参数的估计值由最小二乘法参数辨识得到,实验数据与仿真结果基本吻合。仿真结果表明,考虑主磁路饱和后,消除了线性模型下隐极同步电机V形曲线过励时相对密集的现象。

饱和铁芯型高温超导故障限流器漏磁场分析与等效磁路模型的建立

在分析饱和铁芯型高温超导故障限流器(Saturated iron-core superconducting fault current limiter,SISFCL)基本结构的基础上,建立由44个双饼组成的单螺管型超导绕组的限流器三维模型;利用三维有限元方法(Finite element method,FEM)计算限流器漏磁感应强度的大小和方向,得到了漏磁的分布特点;采用磁场分割的方法建立了考虑漏磁影响的SISFCL等效磁路模型;最后将仿真计算结果与实测结果进行对比,验证了所建立的等效磁路模型的有效性。