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。

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。

基于多回路-有限元耦合数学模型的同步发电机定子单相接地故障保护方案校验方法

同步发电机数学模型是进行故障暂态仿真,设计、校验保护方案的理论基础。文中将多回路方法与电磁场有限元计算相结合,建立了同步发电机的多回路–有限元耦合数学模型,其突出优点在于:可以同时计及定子绕组对地分布电容,磁路饱和、磁极形状、齿槽效应等因素,适用于同步发电机定子单相接地故障暂态分析及保护方案(尤其是三次谐波电压保护方案)校验。应用该数学模型完成了同步发电机定子单相接地故障暂态数字仿真,仿真与实验结果基本吻合,验证了该数学模型的准确性与有效性。进而提出了基于多回路-有限元耦合数学模型的同步发电机定子单相接地故障三次谐波电压保护方案校验方法。应用该方法对典型的定子单相接地稳态判据、暂态判据进行仿真校验,结果与实验基本吻合,表明该方法是正确可行的。

V字型永磁转子IPMSM饱和磁场分析及电感参数计算

针对内置式永磁同步电动机(IPMSM)在运行过程中受磁路饱和与磁路交叉耦合影响,导致电机电感参数随运行工况不同而变化,使电机控制性能下降等问题,采用Maxwell 2D电磁场有限元分析软件对V字型永磁转子IPMSM内部饱和磁场进行仿真分析,并利用静态磁场能够自动冻结磁导率的优势对考虑磁路饱和与磁路交叉耦合的电机交、直轴电感进行了精确计算。仿真实验表明电机带载运行时,受磁路交叉耦合的影响,电机内部磁场发生畸变,交、直轴电感值随磁路饱和程度的增大而减小。研究结果为该类电机的优化设计、性能分析和有效控制提供了理论依据和参考。

应用分布磁路法的隐极同步发电机空载气隙磁场解析计算

将分布磁路法应用于隐极同步发电机空载气隙磁场解析计算中,采用分布磁路法充分考虑磁路饱和的影响,在此基础上,通过计算定、转子开槽时气隙相对比磁导函数,进一步分析了定、转子齿槽效应对气隙磁场的影响。对比有限元仿真结果,可以发现利用分布磁路法并考虑齿槽效应的解析计算结果精确度较高,对比不同半径处的气隙磁密计算结果,气隙中心位置处的磁密波形与有限元仿真结果吻合度极高,从而验证了计及定、转子齿槽效应的分布磁路法计算隐极同步发电机空载气隙磁场的有效性和准确性,为该类电机精确设计和性能分析提供了理论基础。

基于改进广义磁路法的表贴式永磁电机空载气隙磁场解析计算

该文通过在计算中引入复数气隙比磁导,对传统广义磁路法中的气隙磁阻进行了修正,并将改进的广义磁路法应用于表贴式永磁电机的空载气隙磁场解析计算,能够同时考虑到磁路饱和、铁磁材料非线性以及定子开槽的影响。该文提出的解析计算方法与有限元仿真结果吻合,实验测试进一步验证了改进的广义磁路法的有效性和准确性。

基于保角变换与等效磁路法的永磁直驱发电机气隙磁场计算

该文开展了负载工况下永磁直驱发电机气隙磁场研究。基于精确域求解和保角变换,计算考虑齿槽效应的气隙磁场标量磁势;采用离散线电流元,定量模拟发电机定转子局部出现的磁饱和现象;基于考虑几何尺寸的定转子非线性磁阻计算方法,建立包含发电机定转子结构以及气隙长度的等效磁路,给出相应的迭代求解流程。以实际在役兆瓦级永磁直驱风力发电机为对象,计算考虑齿槽效应的气隙磁场分布,分析了空载和负载工况下磁饱和效应对气隙磁场分布曲线波形和谐波成分的影响,并与有限元计算结果对比,验证了所提出的分析模型和求解方法的有效性。

基于超螺旋滑模观测器的同步磁阻电机无位置传感器控制

针对同步磁阻电机(SynRM)铁心饱和以及交叉耦合效应引起的电感参数变化问题,传统基于滑模观测器(SMO)的无传感器控制方法所采用的定电感参数难以实现高性能控制,提出一种基于超螺旋滑模观测器(STASMO)的自适应电感无传感器控制策略,并给出所提控制方案的稳定性条件。通过有限元仿真获得静态下的电机磁链饱和数据,利用该数据对电机磁链饱和模型进行拟合,并将所得饱和模型应用于观测器中以实时自适应解决电感参数变化问题。最后,通过仿真验证了所提出的无位置传感器控制方法的有效性和优良的控制性能。

轴-径向混合磁轴承动态特性及控制研究

为了减小三自由度轴-径向混合磁轴承(ARHMB)的涡流损耗并增加轴向磁力,提出轴向采用软磁复合材料(SMCs)制备的推力轴承,在推力盘与转子的气隙处引入Halbach阵列以增强轴向气隙磁密,径向采用叠片结构.首先,基于动态磁通分布及等效磁路法,建立综合考虑涡流、漏磁及交叉耦合效应的等效磁阻模型;其次,对比分析了材料类型及交叉耦合效应对等效磁阻频率响应、动态刚度的影响;最后,采用计及涡流、漏磁及交叉耦合效应不完全微分PID控制对ARHMB进行研究.研究结果表明:SMCs制备的ARHMB相比碳钢材料可以提供更大、更稳定的磁力以及更大的工作带宽,在高频条件下具有更好的动态特性;考虑交叉耦合效应时,SMCs制备的ARHMB动态特性在高频时变化率较大,不可忽略;对于低带宽工作的碳钢轴承,交叉耦合效应不明显;电磁轴承系统响应速度很快、超调量小、稳态误差近似为0,具有良好的控制特性.

用MATLAB实现考虑主磁路饱和时异步电机的数字仿真

采用异步电机准饱和数学模型 ,考虑主磁场饱和效应对电机运行的影响 .与采用线性化模型相比 ,其仿真结果更接近实际情况 .利用MATLAB语言进行仿真 ,最后给出可视化了的仿真结果 .

基于虚拟直流信号注入的内置式永磁同步电动机MTPA控制方法

为了进一步提高内置式永磁同步电动机(IPMSM)的MTPA控制效果,针对现有基于虚拟正弦信号注入的MTPA控制方法存在的不足,综合考虑IPMSM磁路饱和及交叉耦合效应的影响,提出了改进的基于虚拟直流信号注入的MTPA控制方法,避免使用滤波器,能够获得快速的MTPA轨迹跟踪性能。重点分析了q轴静态电感受IPMSM磁路饱和及交叉耦合效应影响导致的误差,在无需已知IPMSM本体参数的情况下,可以对其进行补偿,进一步提高了MTPA控制精度,通过仿真分析验证了该方法的可行性和有效性。

永磁同步电机转子初始位置检测方法

针对永磁同步电机转子初始位置检测已有方法存在的电机"抖动"、对电机参数依赖性强、高频电流信号数学处理算法复杂等问题,提出一种基于高频电压信号注入法的永磁同步电机转子初始位置检测方法。该方法通过对三相高频电压信号的电流响应进行低通滤波,比较三相电流响应幅值的大小关系,依据转子位置角θ对三相高频电流响应信号幅值的调制规律,得到电机转子初始位置信息,最后利用电机磁路饱和效应区分电机转子NS极性。理论分析及实验表明,该方法能准确检测出电机转子初始位置信息,电机转子不会发生"抖动",检测方法对电机参数依赖性低,电流处理算法简单,不需要额外增加硬件电路,检测误差较小,可满足永磁同步电机的平稳起动要求。

异极型径向磁轴承的非线性解析模型

针对异极型径向磁轴承(HeRMB)气隙磁密分布和电磁力的计算,建立等效磁路法和气隙磁导函数相结合的非线性解析模型.通过计算磁轴承磁路各部分的集中磁导,建立计及饱和效应的等效磁路.采用考虑齿槽效应和转子偏心的气隙磁导函数计算气隙磁密分布,得到作用在转子上的电磁力,利用有限元验证了该解析模型的计算精度.利用建立的解析模型,研究偏置电流的影响和耦合效应.结果表明,偏置电流的变化对电磁力特性有很明显的影响;当转子无偏心时,X、Y2个方向相互解耦,当转子有偏心时,2个方向之间会有耦合.

基于高频注入法的船舶电推PMSM低速域转子位置估计

为进一步提高电力推进船舶用永磁同步推进电机在转子位置传感器发生故障情况下的可靠性,采用无位置传感器控制技术估计的转子位置来实现推进电机的闭环控制。在分析电力推进船舶系统结构的基础上,根据三相永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)的矢量控制原理,在低速域范围内采用基于高频注入法的转子位置估计算法,在两相静止坐标系中以高频响应电流作为调制信号对高频响应电流进行处理,经过低通滤波后,采用外差法构建转子位置误差信号,再提取转子d轴位置,利用磁路饱和效应判断转子NS极性。在仿真软件MATLAB/Simulink中对该算法在电力推进船舶永磁同步电动机控制系统中进行验证。验证结果表明:基于高频注入法的无位置传感器控制技术在电力推进船舶PMSM低速范围可准确地估计转子位置。

永磁同步电机转子初始位置检测技术研究进展

永磁同步电机凭借效率高、转动惯量小等优势在电机控制领域得到越来越广泛的应用。高性能驱动控制领域要求有可靠和快捷的电机启动过程,因此转子的速度位置信息必不可少。永磁同步电机转子初始位置估算的精确性将直接决定电机能否起动以及电机控制性能的好坏。位置传感器体积大,成本高,对环境敏感,限制了永磁同步电机的应用范围,因此无位置传感器技术逐渐成为研究热点。文中将针对无位置传感器永磁同步电机的转子初始位置检测方法进行论述,分别介绍基于电机自身的磁路结构凸极效应和基于定子铁心的非线性饱和特性的转子位置检测方法以及具体实施方案,并对永磁同步电机的初始位置检测方法进行了总结和展望。

永磁电机转子位置检测方法

电机起动过程中转子位置检测对于电机可靠运行起着重要作用,因此需在电机运行前检测转子位置,以确保电机顺利起动。为此提出一种在电机零速状态下,基于电压高频信号注入法检测电机转子初始位置方法。先通过坐标变换法得到三相电流表达式,确定转子位置范围,进而用线性近似法得到转子位置信息;再通过电机磁路饱和效应明确转子极性,确定转子准确位置;最后通过仿真实验,验证该方法可准确检测转子位置信息,并具有结构简单、误差小的优势。

基于虚拟信号注入的新型五相磁场增强型永磁电机主动式MTPA策略

对于五相永磁电机最大转矩电流比(maximum torque per ampere,MTPA)控制系统,由于电机交叉耦合及饱和效应的存在,极大影响MTPA控制精度,无法满足其用于电动汽车领域的多工况运行需求.针对此问题,本文从电机驱动系统的角度,提出一种新的主动式MTPA策略.在电机设计阶段,提前考虑基于虚拟信号注入的MTPA(MTPA based on virtual signal injection,VSI-MTPA)控制精度,提出一种反凸极效应增强的五相磁场增强型内置式永磁容错(flux-intensifying fault-tolerant interior permanent magnet,FIFT-IPM)电机,以抑制交叉耦合及饱和效应对MTPA点追踪精度的影响;同时从控制算法的角度,针对五相FIFT-IPM电机的反凸极特性,提出相应的高精度VSI-MTPA控制策略,进一步提升五相FIFT-IPM电机MTPA控制驱动系统的动稳态性能.最后,搭建电机驱动系统实验平台,验证所提策略的可行性和有效性.

交直流混合供电同步发电机空载电压波形的计算

为了提供高品质的电力供应 ,交直流混合供电发电机的交流电压波形畸变率和直流电压纹波倍受关注 ,但其精确计算比较困难 ,尤其是在磁路饱和的情况下。将电机的多回路理论与有限元方法结合建立了交直流混合供电同步发电机的数学模型 ,对发电机的空载特性和交流电压波形进行了计算 ,考虑了凸极效应、磁路饱和以及斜槽的影响。计算结果与实验的采样波形吻合较好 ,证明了数学模型的正确性和精度 ,为进一步的稳态性能分析打下了基础 。