磁桥式磁通切换型混合励磁电机电感特性分析与建模

混合励磁磁通切换电机是一种新型可调磁的交流无刷电机,为拓宽气隙磁场范围而引入的导磁磁桥给电感参数计算及电机建模增加了不确定因素。分别在定子坐标系和旋转坐标系下搭建了电机模型,探讨励磁电流和电枢电流变化对电感特性的影响规律。依据电感曲线对电枢反应敏感性的差异,采用二维拟合与分段双三次多项式拟合相结合的方法构造了电感与多重激励电流的曲面方程,并据此搭建了MATLAB/Simulink仿真模型。有限元仿真与实验结果验证了分析方法的正确性和有效性,为进一步研究该类电机奠定了一定的理论基础。

混合励磁型无轴承磁通切换电机损耗最小控制

混合励磁型无轴承磁通切换电机(BFSHEM)的电枢绕组需要同时流过转矩电流和悬浮电流,通常有着较大的绕组发热量及系统损耗量,制约着电机效率的进一步提升。针对上述问题,以12槽/10极BFSHEM为研究对象,通过合理分配电枢电流和励磁电流的占比,构建BFSHEM损耗最小控制策略以实现电机系统的总损耗最小。首先利用有限元仿真分析电机的铜耗及铁耗,从而确定影响电机损耗的可控电磁变量。由于影响BFSHEM铁耗的电磁变量较多,且各变量间耦合较强,鉴于现有铁耗模型难以兼顾BFSHEM铁耗计算的精度与速度要求,提出利用BP神经网络拟合出铁耗与各电磁变量的响应模型,之后使用广义模式直接搜索算法在线求解BFSHEM损耗模型的最优解,最后通过BFSHEM控制系统输出能够实现电机最小损耗的最优电流分配值。仿真及实验结果表明,BFSHEM损耗最小控制能够有效减少电机总损耗,减轻电枢绕组散热压力,提升电机输出效率,具有良好的应用前景。

混合励磁可变磁通磁阻电机齿槽转矩抑制研究

针对混合励磁可变磁通磁阻电机(hybrid excited variable flux reluctance machine,HEVFRM)齿槽转矩较高的问题,对6槽7极HEVFRM转子削极的方法进行了研究。建立空载气隙磁动势与磁导模型,计算空载气隙磁场中的谐波分布,通过比较原始转子、反余弦削极、反余弦加三次谐波削极与反余弦加三次、五次谐波削极转子空载气隙磁密谐波的幅值,削极转子结构可以降低高阶气隙磁密谐波幅值,来抑制齿槽转矩。结果表明,反余弦削极转子可以有效抑制齿槽转矩,将反余弦削极与谐波注入相结合可以进一步抑制齿槽转矩。其中,反余弦加三次、五次谐波削极转子结构可以抑制99.1%的齿槽转矩,而平均输出转矩仅降低4.5%。通过实验验证了反余弦削极转子可有效抑制6槽7极HEVFRM的齿槽转矩。

考虑电感变化的双三相槽口永磁型混合励磁双凸极电机铜耗监督控制

提出了一种新型双三相槽口永磁型混合励磁双凸极发电机,建立了该电机的矢量空间解耦数学模型,分析了不同工况下电机的电感特性,并提出了一种考虑电感变化的发电稳压铜耗监督控制策略。该策略建立了以最小铜耗为目标,以转矩、电流和电压为约束的非线性规划模型。首先,查找电感响应面,获得电机在当前工况下的实时电感参数;其次,将实时电感代入模型作二次优化,得到适用于电机当前工况的d轴、q轴优化电流及励磁优化电流,在实现系统稳压发电的同时有效减少铜耗;最后,通过Ansys和Simulink的联合仿真,验证所提控制策略的正确性和有效性。

并列式混合励磁磁通切换型电机及其电流矢量控制策略研究

为解决永磁磁通切换式电机磁场调节困难的问题,研究了一种新型并列式混合励磁磁通切换型(parallel hybridexcited flux-switching,PHEFS)电机,该电机继承了永磁磁通切换电机功率密度高、反电势正弦等优势,且具有较强的对称调磁能力。结合磁路仿真对该电机电感特性和弱磁性能进行了理论分析,建立了PHEFS电机的数学模型,提出了id 0最大转矩铜耗比电流矢量控制策略,通过对励磁电流和电枢电流的合理分配,在保证静态特性的同时,达到最大转矩铜耗比,以提高电机的运行效率。原理样机的实验结果证明了该电机良好的调磁性能及所提算法的合理性与有效性。

混合励磁轴向磁场磁通切换型永磁电机静态特性

提出一种混合励磁轴向磁场磁通切换永磁电机,以一台12/11极电机为例分析电机的结构特点和工作原理。基于三维有限元方法研究该电机静态特性,对空载永磁磁场和气隙磁通密度进行分析,研究永磁磁链、反电动势、定位力矩及绕组电感等电磁特性,分析不同励磁电流下的气隙磁场分布和调磁特性。结果表明:该种电机的磁链和反电动势均为双极性的正弦分布,适于无刷交流运行场合;通过调节励磁电流,线圈匝链磁通变化明显,调磁效果较好。

混合励磁磁通切换电机等效磁路模型

混合励磁磁通切换电机(flux-switching hybrid excitationmachine,FSHM)是一种新型定子励磁型交流无刷电机,具有磁链双极性、结构简单、功率密度高、运行可靠等优点。改变电励磁绕组电流的大小和方向,实现了对永磁气隙磁场的有效调节与控制,而引入导磁磁桥可提升气隙磁场调节范围。以建立电枢绕组磁链最大位置的等效磁路模型为切入点,推导了峰值磁通表达式,探索了磁桥段相对磁导率的估算方法,结合有限元仿真分析了磁桥厚度变化与磁桥式FSHM初始气隙磁密、磁桥磁密、气隙磁场调节能力、磁力线路径转移等特性的关系。样机的有限元仿真及实验结果与等效磁路模型预测趋势基本一致,验证了建模方法与理论分析的正确性,可用于指导磁通切换电机的设计与性能分析。

新型混合励磁磁通切换型磁阻电机的变结构磁路模型

为使磁通切换型磁阻电机(flux switching motor,FSM)兼具节电效果与励磁调节能力,提出一种新型单相混合励磁磁通切换型磁阻电机(hybrid excitation flux switching motor,HEFSM),其由励磁绕组与永磁体共同提供励磁磁动势,结构独特,磁路复杂。同时,提出一种适用于该电机静态特性分析的磁路模型建模方案,包括适用于结构变化的气隙及铁心磁阻确定方法,同时避免了重新列解磁路方程,求解方程时对磁化曲线进行插值处理,使得铁心的磁导率为非线性,更加贴合实际情况。设计制作了样机,进行了有限元仿真与实验研究。仿真、实验结果与所建模型计算结果对比表明,所建立的模型能够较好的反应电机的实际特性,为该类电机的设计、分析提供了参考。

新型混合励磁磁通切换型磁阻电机的非线性等效电感模型

新型混合励磁磁通切换型磁阻电机(hybrid excitation flux switching motor,HEFSM)中电枢绕组、励磁绕组、永磁体三者所产生的磁场相互耦合,建立动态数学模型比较困难。为分析该电机的动态特性,该文提出一种构造三维非线性等效电感的方法,该方法是在将永磁体与励磁绕组的作用效果等效为一个整体励磁激励的基础上,利用傅里叶级数拟合单一电感曲线并利用特定转子位置的磁路确定电感非线性比例系数。最后进行了实验研究,仿真计算和实验结果的对比表明:该文所建立的电感模型能够较好地反映电机的实际特性,为该类电机的动态分析、控制策略研究等提供了参考。

混合励磁型磁通切换电机电感特性分析

混合励磁型磁通切换电机是一种新型双凸极结构的无刷电机,永磁磁场、电励磁磁场和电枢反应磁场三者互相耦合。因此,需要建立较为精确的数学模型才能深入分析该电机的电磁性能与运行特性。基于有限元法研究了一台定子12槽转子10极的三相混合励磁磁通切换电机电感特性,包括电枢绕组、励磁绕组和两者之间的互感,并在此基础上通过派克变换,得到转子同步旋转坐标系下的交直轴电枢电感。所得结果为进一步研究该类型电机奠定了一定的理论基础。

弱磁型混合励磁磁通切换电机的结构与原理分析

针对永磁磁通切换电机的调磁难问题,提出一种H型混合励磁磁通切换电机。励磁绕组位于H型定子铁心单元的中间轭部,继承了永磁磁通切换电机的优点。介绍了电机的结构与工作原理,特别地对比讨论了磁路饱和时的调磁现象。从励磁磁通路径出发,分析了不同转子极数对电机弱磁能力的影响。有限元分析结果表明:该电机不仅继承了永磁磁通切换电机的优点,而且具有较强的弱磁能力,能够获得较高的定子磁链,无需额外铜耗就可获得最大的输出功率。

单相并联混合励磁磁通切换型磁阻电机建模与分析

磁通切换型磁阻电机可采用不同的励磁形式,其中电励磁式与混合励磁式的励磁磁动势是可调节的,在单相电励磁结构基础上分析设计了相同定转子极数比的并联混合励磁的磁通切换型磁阻电机。提出一种借助于变跨距电励磁磁通切换型磁阻电机的有限元仿真结果,以建立混合励磁结构的简化磁路模型的方法,通过该模型可获得描述电机动态特性的非线性等效励磁电流、电感等参数。制作了具有可比性的电励磁、混合励磁结构样机各一台,并进行了实验测试,模型计算值与实验值吻合度较高,验证了理论分析、建模方法的正确性。

轴向磁通切换型混合励磁同步电机优化分析

提出一种定子分割式轴向磁通切换型混合励磁同步电机,分析电机的电磁特性,进行优化分析。基于三维有限元方法,建立电机的有限元分析模型,获得电枢绕组磁链、空载电动势及绕组电感等参数电磁特性;分析定子槽口宽度、永磁体宽度、定子槽深度及转子齿宽度变化对绕组感应电动势的影响规律。有限元分析结果表明:通过调节励磁电流,线圈磁通变化明显,调磁效果较好;优化分析结果为电机尺寸的确定提供了一定的理论依据。

混合励磁轴向磁场磁通切换型永磁电机特性分析与试验研究

提出了一种适用于电动汽车驱动系统的E型铁心混合励磁轴向磁场磁通切换型永磁(HEAFFSPM)电机。以一台三相6/10极电机为例,基于三维有限元方法全面研究该电机静态特性,包括气隙磁密、空载永磁磁链、空载反电动势、电磁转矩、转矩-电流特性、绕组电感和磁场调节能力等;研究转子齿扇形角度和转子斜极对电机反电动势和齿槽转矩的影响,分析表明转子齿扇形和转子斜极可以改善反电动势和齿槽转矩波形。制造了一台2 k W样机并对其进行测试,验证了有限元分析结果的准确性,结果表明HEAFFSPM电机的磁链和反电动势均为正弦分布,带载能力和磁场调节能力均较强。

容错型混合励磁磁通切换电机的模型预测控制

为了提高电机驱动系统的带故障运行性能,实现电机的最小铜耗容错运行,提出一种基于模型预测控制算法的容错型混合励磁磁通切换(FTHEFS)电机容错控制方法。以1台6/13极FTHEFS电机为控制对象,针对电机单相绕组断路故障,基于三相四桥臂逆变器拓扑,分别对模型预测转矩控制和无差拍模型预测磁链控制算法下的最小铜耗容错控制方法进行研究分析,并对所提容错控制方法的可行性和有效性进行验证。研究结果表明:两种控制方法均能使故障前后转矩、转速和定子磁链保持不变,同时降低故障后的电机铜耗,保证系统稳定运行。与模型预测转矩控制相比,无差拍模型预测磁链容错控制能够在降低开关频率的同时减小故障前后的磁链脉动。

轴向磁通混合励磁同步电机弱磁控制

轴向磁通混合励磁同步电机(AFHESM)结合了轴向磁通电机和混合励磁同步电机的优点.为了研究AFHESM的运行性能,本文分析了它的拓扑结构和磁场调节机理,并推导了它的数学模型.基于传统弱磁控制理论,提出了一种将转速反馈控制、相角反馈控制和电压反馈控制相结合的闭环弱磁控制策略,利用MATLAB/Simulink建立了AFHESM的弱磁控制系统模型.仿真结果验证了该方法的有效性.

定子错位型混合励磁轴向磁通切换电机容错控制策略研究

定子错位型混合励磁轴向磁通切换(twisted-stator hybrid axial field flux-switching,TS-HAFFS)电机,具有轴向尺寸短、转矩密度大、调节范围宽、容错能力强等优点,适用于电动汽车驱动系统。为提高电驱动在系统故障状态下的运行性能,基于一台三相6/10极TS-HAFFS电机,提出一种基于恒定磁动势法的励磁绕组容错控制策略,并分别对电枢绕组容错策略和励磁绕组容错策略下TS-HAFFS电机控制系统进行仿真研究与实验验证。仿真与实验结果表明,单相绕组开路故障时2种方法均可维持电机转速、转矩基本不变,保证系统带故障运行的稳定性。相比于电枢绕组容错策略,采用励磁绕组容错控制的TS-HAFFS电机容错控制系统具有更广泛的应用场景和更好的系统性能,适用于电动汽车调速控制。

混合励磁轴向磁场磁通切换电机弱磁控制

混合励磁轴向磁场磁通切换电机(hybrid excited axialfield flux-switching machine,HEAFFSM)结合了磁通切换电机和混合励磁同步电机的优点。为了研究HEAFFSM在低速区和高速区的运行性能,该文分析了HEAFFSM的结构特性、磁场调节机理及电感特性,并推导了它的数学模型。基于矢量控制方法,建立了HEAFFSM驱动系统。在低速区,提出了一种保持id=0仅采用if进行增磁的控制策略,并采用该控制策略研究了HEAFFSM的低速区特性;在高速区,提出了一种基于电压差判断弱磁时刻的弱磁控制策略,并采用所提出的控制策略研究了HEAFFSM的弱磁特性。仿真与实验结果表明,在低速区,id=0控制可以充分利用HEAFFSM的输出转矩,HEAFFSM带载能力较强;在高速区,相对基于转速判断弱磁时刻的弱磁控制策略,该文所提出的弱磁策略可以充分利用逆变器的输出电压,拓宽HEAFFSM调速范围,因此HEAFFSM比较适合作为轮毂电机用作电动汽车的驱动。

混合励磁分块转子磁通切换电机电磁特性分析

为了提高电励磁转子分块式磁通切换电机转矩密度和功率密度,提出一种混合励磁分块转子磁通切换电机拓扑,通过在定子齿开槽,嵌入径向充磁的永磁体,提高了电机的转矩密度和功率密度。介绍了电机的工作原理、磁通切换方式和基本参数尺寸设计。通过有限元仿真得出静态永磁磁场分布、永磁磁链、反电势和定位力矩。与典型混合励磁磁通切换电机的调磁磁性能进行对比研究。有限元仿真结果表明:混合励磁分块转子磁通切换电机具有高转矩密度、高功率密度、强容错能力、强调磁能力,适合用于启动发电系统。

12/10极混合励磁磁通切换电机的快速设计

为探讨混合励磁磁通切换电机(flux-switching hybrid excitation machines,FSHM)的快速设计方法,以简单磁路法为蓝本,结合了磁网络法中关键磁路细分和迭代求解计算铁心磁导率技术,建立了某相电枢绕组磁链最大位置的单元电机非线性磁路解析模型。据此给出了电励磁绕组安匝数以及磁桥初始磁密的设置推荐值,并采用组合性试探法,对比分析了定子轭高对永磁体尺寸与调磁系数的影响规律;设计了一台1.5 kW、12/10极结构FSHM样机,进行了实验研究。有限元计算与实验结果验证了设计方法的正确性和有效性,为FSHM电机永磁与电励磁配置以及调磁系数等参数的确定提供了参考。