轴径向静态偏心故障下外转子永磁发电机电磁转矩特性分析

对外转子永磁发电机轴径向静态偏心故障下的电磁转矩特性进行了理论解析、仿真计算和实验验证。首先,在考虑齿槽效应影响条件下,引入磁导修正系数ε(θ),推导出轴径向静态偏心前后气隙磁密表达式,并考虑绕组分布情况,构建一种新型的永磁发电机轴径向静态偏心故障下相电流数学模型,在此基础上得到轴径向偏心下电磁转矩解析表达式。其次,通过有限元仿真计算得到外转子永磁发电机轴径向静态偏心下的电磁转矩波动特性。最后,在一台外转子永磁发电机上通过故障模拟实验实例印证了解析分析和仿真计算结果。结果表明:相较于正常情况,径向偏心时,电磁转矩以直流、二倍频、四倍频成分为主,随着偏心程度的加剧,电磁转矩的直流、二倍频、四倍频成分幅值将随着增大;轴向偏心时,电磁转矩谐波成分不变,随着偏心程度的加剧,各谐波成分幅值将随着减小。对外转子永磁发电机气隙偏心故障分析的一个重要补充,对此类问题的现场检测和鉴定具有参考价值。

电动汽车用新型模块化聚磁转子永磁电机设计及其对比分析

将轮辐型内置式转子和Halbach永磁阵列结合,并取消转子铁心加强筋,减小漏磁达到高聚磁同时兼顾凸极比,实现高转矩/功率密度和宽调速范围。在保证永磁体用量相同的情况下,建立新型高凸极比聚磁转子和V型转子两种电机模型,针对两者的分段转子拓扑,开展电磁性能对比分析,包括气隙磁密、凸极比、功率以及弱磁扩速能力等。同时,考虑到无转子铁心加强筋会导致转子分段存在结构强度问题,仿真验证新型高凸极比聚磁转子结构在最高转速6000 r/min时给予碳纤维护套保护下转子结构强度的可靠性;分析温度限制下新型高凸极比转子电机的功率输出。另外,对比两种不同电机结构的振动噪声情况。最后,研制一台16极/72槽新型高凸极比转子永磁电机样机,实验验证有限元分析结果的准确性。进一步说明了新型高凸极比转子永磁电机在转矩/功率密度和宽调速运行等方面的性能优势。

基于磁热双向耦合的PMSM转子动态偏心研究

针对外转子永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)在制造、装配及使用过程中负载作用引起的动态偏心的影响,以120槽48级PMSM为研究对象,使用一种考虑温度变化对电机材料属性影响并反馈到电磁分析中进行多次迭代计算的磁热双向耦合分析方法,通过建立PMSM磁热双向耦合模型,基于额定工况对模型进行仿真计算,求解并分析了转子动态偏心对PMSM各部分损耗、温升、电磁性能及径向不平衡磁拉力的影响规律。研究表明,随着偏心率的增加,气隙磁密出现不均匀分布,并产生径向不平衡电磁力,其中径向电磁力密度谐波起主要作用的为低次、奇数谐波;磁密变化造成PMSM损耗和温升增加。通过对比表明,磁热双向耦合与单向磁热耦合相比更接近真实数据,具有更高的分析精度和可靠性。

采用改进遗传算法优化LS-SVM逆系统的外转子无铁心无轴承永磁同步发电机解耦控制

为了实现外转子无铁心无轴承永磁同步发电机(outer rotor coreless bearingless permanent magnet synchronous generator,ORC-BPMSG)的精确控制,提出一种基于改进遗传算法(improved genetic algorithm,IGA)优化最小二乘支持向量机(least square support vector machine,LS-SVM)逆系统的解耦控制策略。首先,基于ORC-BPMSG的结构及工作原理,推导其数学模型,并分析其可逆性。其次,建立LS-SVM回归方程,并采用IGA优化LS-SVM的性能参数,从而训练得到逆系统。然后,将逆系统与原系统串接,形成伪线性系统,实现了ORC-BPMSG的线性化和解耦。最后,将提出的控制方法与传统LS-SVM逆系统控制方法进行对比仿真和实验。仿真和实验结果表明:所提出的控制策略可以较好地实现ORC-BPMSG输出电压和悬浮力、以及悬浮力之间的解耦控制。

双风冷外转子永磁同步电机不同动密封结构的传热特性

为加强基于定转子双风冷外转子永磁同步电机内部小间隙处密封性的同时保障间隙的散热性,在考虑旋转因素下,利用计算流体力学的方法对电机小间隙处不同迷宫密封结构在不同工况下的流场和传热特性进行数值模拟,通过对间隙处压力、速度的分析,探讨上下间隙处不同迷宫密封结构对电机整体密封性能以及定子侧壁面散热性的影响,并使用泄漏量和努塞尔数作为评价因子对其密封性能和散热性进行评估。结果表明:轴流风扇工况为吸风时更有利于提升电机密封性并同时保障间隙处散热性;在上下定转子间隙处添加迷宫密封的方式可以有效提高电机在双风冷系统下的密封性,且上下间隙处密封结构的压降总和越大,泄漏量越小;间隙处定子侧壁面的平均努塞尔数因迷宫密封的添加会有所下降,并且当来流温度低于壁温时其下降程度随密封结构阻流效果的增大而增大,高于壁温时随密封结构阻流效果、凹槽漩涡强度的减小而增大;相较于无密封结构,定子侧双凹槽结构在提高电机整体密封性的同时有效保障了间隙的散热性,研究结果为外转子永磁同步电机内部间隙处密封和散热结构的设计提供了参考。

聚磁式转子轴向磁齿轮复合电机的有限元分析

在系统介绍轴向磁齿轮复合电机基本工作原理的基础上,提出了一种具有聚磁式转子的轴向磁齿轮复合电机。采用有限元分析方法对复合电机的电磁性能进行了三维数值仿真分析,验证了电机结构的合理性,并详细分析了聚磁式转子结构参数对电机输出转矩与轴向磁拉力的影响,得出转子参数对转子两侧圆周和轴向磁拉力的影响相似,为后续的试验研究提供了理论参考。

基于U型磁障转子永磁辅助磁阻电机参数化设计研究

针对U型磁障转子永磁辅助同步磁阻电机(PMA-SynRM),在定、转子设计方面进行研究。以设计的一台4极24槽小型PMA-SynRM为例,对比不同定子裂比、气隙长度下的电磁性能和转矩性能;提出U型磁障转子参数化设计模型及方法,研究U型磁障转子参数对PMA-SynRM交直轴电感差值、输出转矩、转矩脉动的影响。借助有限元分析法验证参数化设计分析合理性,发现利用参数化分析法对电机的电磁参数和转矩参数进行仿真分析时,转子的某一参数选取会出现最优值,可综合选取U型转子设计的最优方案,为同类型PMA-SynRM设计分析提供参考。

基于改进型LADRC的皮带机外转子永磁直驱调速控制策略的研究

煤矿皮带机外转子永磁直驱控制系统中的传统的PI控制器易受到外界扰动的影响,会存在启动电机转速超调以及在随机负载扰动下电机转速和转矩脉动较大等问题,本文对转速环进行改进,通过将转速和q轴电流引入自抗扰控制器,设计滑模负载转矩观测器与线性自抗扰控制器协同控制,来观测随机负载的扰动,并对i_(q)^(*)做出相应的补偿,能进一步提高自抗扰控制策略的抗扰动能力。为了模拟实际工况,在随机负载条件下用Matlab/Simulink对控制策略进行仿真分析,结果表明所改进的控制策略能使皮带机实现良好的“s”型启动特性,相比较PI控制,能有效抑制电机转速超调、有效降低随机负载变化对转速和转矩脉动的影响,提高了皮带运输机在复杂的工况下的稳定性和可靠性。

自抗扰控制的永磁外转子提升机矢量控制策略

针对永磁外转子提升机调速系统中负载参数变化和扰动不定等因素的影响,给出一种自抗扰控制与惯量辨识相结合的永磁外转子提升机矢量控制方法。设计了基于卡尔曼观测器的最小二乘法的转动惯量辨识算法,根据辨识的负载转动惯量参数与速度环自抗扰控制,适时调整自抗扰控制策略中的补偿因子参数。结果表明,自抗扰控制优于PI控制,加入惯量辨识的自抗扰控制使系统鲁棒性得到进一步增强,解决了因转动惯量变化而补偿因子不适应的问题,提高了自抗扰控制对负载扰动的抗干扰能力。

基于永磁辅助转子和改进磁障的笼型感应电机的研究

为了有效提高笼型感应电机的功率因数,通过对传统三相四极笼型感应电机的转子结构进行改造,提出了一种基于永磁辅助转子和改进磁障的新型笼型感应电机。采用二维瞬态有限元分析方法,对比和分析了所提新型感应电机和传统感应电机在磁路分布、磁通密度、功率因数和效率方面的性能差异。结果表明,相比于传统感应电机,所提出的新型感应电机可将功率因数提升至0.86~0.98,效率最高可达到95.5%,新型感应电机能够在优化的功率因数下更加高效地运行。

JKN-3×2.2P缠绕式永磁外转子提升机动力学特性研究

以JKN-3×2.2P缠绕式永磁外转子提升机为例,采用有限元分析方法对其动力学特性进行了分析。该方法首先将提升机参数输入到SimulationX软件,利用软件自动生成提升机的有限元模型;然后,基于该模型,分析了提升机在全过程运行中的动态特性、钢丝绳的动态张力以及不同转速和转矩条件下的功率水平。通过研究提升机的动力学特点,为提升机的结构设计和优化提供了支持,并确认该方法具有一定的应用价值。

基于转子磁链观测器的五相容错PMSM开路故障下的无位置传感器控制

五相容错永磁同步电机(PMSM)开路故障模型的不对称性,影响了其无位置运行性能。该文提出一种基于转子磁链观测器的无位置控制策略。首先,该策略在容错模型基础上,构建基于指数趋近律的滑模观测器(SMO)以获取反电动势信号;其次,为抑制所观测反电动势中直流偏置、低频和高频谐波对转子位置观测精度的影响,设计一种改进型二阶广义积分器(ISOGI),并将其和SMO级联构成转子磁链观测器;然后,采用锁相环技术从转子磁链中提取转子位置信息;最后,将该转子磁链观测器和容错控制策略相结合。实验结果表明,该策略提高了转子位置观测精度,实现了PMSM开路故障下的无位置高性能运行。

考虑转子磁链-电流环控制动态的虚拟惯量DFIG功频响应特性建模

含有虚拟惯量控制的双馈风电机组的频率响应特性受风电本体和控制环节等因素影响,该文提出一种考虑转子磁链-电流环控制动态的虚拟惯量双馈风电机组功频响应特性建模方法。首先,分析含虚拟惯量控制的双馈风电机组在受扰后的运行特性,基于小信号线性化方法分别建立风轮机、异步发电机及其轴系、转子侧功率环控制以及电流环控制的状态方程;基于定子磁链定向原理化简转子磁链-电流环线性化方程,利用状态方程建立考虑转子磁链-电流环控制的风电机组五阶闭环传递函数;通过频域法量化电流环作用的转子磁链频域响应,剖析所提模型与已有简化模型之间的区别,采用摄动理论分析电流环控制参数对所提模型有功功率-频率响应的影响。最后,在含双馈风电的5节点测试系统与某实际电力系统算例中对比时域仿真结果,结果表明:所提模型的功频响应精度高、适用性强。

船舶永磁同步推进电机的优化I/f起动控制方法

为解决高转矩与高转动惯量的船舶推进电机在开环I/f控制中转速和转矩波动大、电机易失步、效率低的问题,提出一种I/f控制改进方法。通过建立转矩角观测器,调节给定电流矢量的幅值,使其跟随负载转矩变化,提高系统鲁棒性。同时,将电机运行状态推进至接近最大转矩电流比状态,提高电机的运行效率;通过瞬时有功功率调节电流矢量的角速度,降低电磁转矩波动,加快电机的转速收敛过程。最后,在Matlab/Simulink中进行仿真实验,实验结果表明该方法可以显著提高推进电机运行效率和稳定性。

基于改进粒子群优化算法的外转子永磁同步电机的多目标优化设计

为降低外转子永磁同步电机(ERPMSM)作为皮带输送机驱动电机时的永磁体成本并提高电机性能,提出基于响应面法(RSM)和改进多目标粒子群优化(IMOPSO)算法的优化设计方法。在建立电机基本结构的基础上,将永磁体尺寸、气隙长度、槽口宽度等作为优化参数,将永磁体成本、输出转矩、转矩脉动等作为优化目标。通过参数灵敏度分析筛选出显著参数,基于RSM结合有限元仿真建立样本空间,并拟合出优化目标和优化参数的函数关系,通过IMOPSO寻优。最后对比优化前后的方案结果,所提多目标优化算法准确可靠且具有更好的收敛性和多样性,能够在降低永磁体成本的同时优化电机的性能。

径向-轴向复合气隙外转子永磁电动机的新型磁路研究

基于永磁材料本身磁导率低的特点,通过变换铁心结构获得低磁阻磁路,达到提高外转子永磁电动机功率密度的目标。运用Magnet软件对现有表贴式永磁电动机磁路进行静磁场分析,验证了相邻永磁体互为对方磁路中的大磁阻及漏磁大的缺陷。通过比较永磁材料、铁心材料和空气的磁导率特性,创新设计了一款径向-轴向复合气隙磁路的外转子永磁电动机。用Magnet软件对创新结构进行了对比静态磁场仿真,将气隙处的磁通量密度显著提高了20%。该结构如获得应用,则能提高外转子永磁电动机的功率密度,且能实现外转子永磁电动机目标应用对象的轻量化。

真空泵用反凸极永磁同步电机设计与性能分析

针对真空泵用驱动电机运行过程中存在转子温度高、散热难的问题,根据真空泵驱动工况的实际要求,设计了一台反凸极永磁同步电机和一台常规永磁同步电机。首先,利用有限元软件,分析了转子磁障尺寸对电机转矩的影响以及磁障层数对电感的影响,从而得出了转子磁障尺寸和磁障层数的合适值;其次,对两台电机的气隙磁密波形、空载反电动势和损耗等电磁性能进行了对比分析;最后,通过仿真对比分析了两台电机的温度场以及两者转子和转轴处的温升。结果表明,相比于常规永磁同步电机,反凸极永磁同步电机的转矩性能更好、转子损耗和转子温升更小,为新产品研发提供了科学的参考依据。

基于转子磁链观测的PMSM滑模观测器控制方法

传统永磁同步电机滑模观测器无位置控制方法一般基于反电势观测,为消除反电势中的高频分量,需对反电势进行低通滤波后再进行转速和位置角估算。而低通滤波器的引入会对反电势的相位造成影响,进而需增加额外的相位补偿环节去补偿相角误差。同时,反电势会随转速变化,这给采用锁相环方法估算转速和位置角的PI参数整定也造成一定困难。针对以上情况,设计了一种改进型积分策略,通过对反电势进行积分得到转子磁链,通过对转子磁链进行锁相环得到转速和位置角。由于转子磁链在全转速范围内保持恒定,因此一套PI参数能在全转速范围内获得较好的控制效果,仿真结果表明,该控制方法具有良好的控制性能。

煤矿永磁外转子提升机多工况运行特性研究

永磁外转子提升机在多工况下的运行特性复杂,容易出现冲击、振动以及噪声等问题。针对这些问题,该文从永磁外转子提升机的结构和工作原理进行分析,采用数值模拟分析法研究了永磁外转子提升机在空载启动、重载启动工况下的运行特性及规律,结果表明:相比于空载启动工况,重载启动的转速、电磁转矩以及三相电流趋于稳定状态的用时较长、启动负载较大、速度波动较大。这种情况非常容易引起提升系统的冲击和振动此研究结果可为后期永磁外转子提升机智能控制和减小冲击振动的研究提供参考。

大功率内转子永磁滚筒行星机构散热设计

针对研发的大功率集成式内转子永磁滚筒,为解决其内置大功率行星机构在有限安装空间内的散热问题,设计了一种内置蛇形盘管冷却方式,精确计算了行星机构的功率损失及散热量,确定了水冷装置的基本参数。样机试制完成后对其进行温升试验,各项试验结果均满足标准要求。从而验证了该行星机构冷却方式及散热计算方法的可行性。