低转矩波动交错转子连续极轴向磁通永磁电机设计

为消除轴向磁通电机中的偶次谐波,本文结合双转子连续极轴向磁通电机的结构特点,设计了一种转子交错布置的交错转子连续极轴向磁通电机。通过使用两转子之间交错180°电角度的交错转子连续极轴向磁通结构,消除了电机总气隙磁密中的偶次谐波,使电机转矩波动得到了显著降低。通过使用简化磁路,对交错转子连续极轴向磁通结构消除偶次谐波的原理进行了说明。最后通过有限元软件进行仿真验证。结果表明:本文提出的交错转子连续极轴向磁通电机虽然单个转子产生的相反电势中仍然存在大量的偶次谐波,但两转子共同产生的总相反电势中不存在偶次谐波,从而消除了电机中偶次谐波对电机转矩波动的影响;与传统连续极轴向磁通电机相比,交错转子连续极轴向磁通电机的转矩波动由49.06%降至7.09%,降低了85.55%;电机相反电势在电机绕组不变的基础上消除了偶次谐波,表明电机转子磁动势在电机定子的磁场中不存在偶次谐波,因此相比于传统连续极轴向磁通电机,交错转子连续极轴向磁通电机的铁耗由302.43 W降至276.43 W,降低了8.59%;此外,交错转子连续极轴向磁通电机的平均转矩由传统连续极轴向磁通电机的621.17 N·m提升至677.63 N·m,提升了9.08%。

降低永磁直流力矩电动机转矩波动的措施

转矩波动是影响永磁直流力矩电动机输出力矩稳定性和精度的主要因素之一。分析了永磁直流力矩电动机转矩波动产生的机理,主要包括换向和电磁磁阻引起的转矩波动。针对该原因主要采用虚槽、增加换向片数等措施降低转矩波动,对改进样机进行实际测试分析,转矩波动系数指标改善。

电磁因素引起的无刷直流电动机转矩波动与抑制

对由电磁因素引起的无刷直流电动机转矩波动的原理分析和理论探讨的基础上,以两相无刷直流电动机为例给出了相应转矩波动公式的推导过程,提出了一种通过控制电机电流抑制电磁转矩波动的策略和实现方法,并通过仿真计算验证了该方法的可行性和有效性。

抑制混合式步进电机转矩波动的时变重复控制

分析了五相混合步进电机电磁转矩波动产生的原理,提出了利用时变周期信号的重复控制来抑制转矩波动的新思路。首先将时变的t域的转矩信号,变换为具有固定周期的q域信号,再对其进行重复控制器设计,保持理想的驱动总电流,抑制转距波动。仿真与试验结果表明该控制方法效果明显。

永磁无刷直流电机转矩波动的自抗扰控制

自抗扰控制器(ADRC)是在继承经典PID不依赖于对象模型优点的基础上,通过改进经典PID固有缺陷而形成的新型控制器,性能优良且算法简单。在分析永磁无刷直流电机转矩波动研究现状的基础上,根据其自身特点以及自抗扰控制器的设计原则,提出了基于自抗扰控制器的永磁无刷直流电机转矩波动抑制方法。将电机等效为由2个非线性系统构成的串联对象,设计了2个一阶自抗扰控制器实现对电机的内外环控制,即外环控制转速并给出内环转矩参照值,内环控制转矩以抑制转矩波动,其实质是改善馈电电流波形。内环转矩子系统采用3个相同的扩张状态观测器(ESO)对三相转矩分别进行观测,进而得到电磁转矩估计值及转矩子系统的实时作用值,据此构造以逆变器直流侧电压为控制输入的转矩子系统一阶自抗扰控制器。实验结果表明,该控制方案不仅能够明显抑制电机运行中的转矩波动,而且电机具有良好的动态响应性能,控制系统具有较强的适应性和鲁棒性。

基于自适应人工神经网络的无刷直流电机换相转矩波动抑制新方法

分析了无刷直流电机换相转矩波动产生原理 ,提出了基于自适应人工神经网络控制的转矩波动抑制新方法。该方法对两个三层前馈式人工神经网络进行离线和在线训练 ,采用误差反传算法修正神经元间的权值。其中一个网络用于在线估计电机换相参数 ,另一个网络利用估计出的参数对换相过程中端电压瞬时调节 ,形成一个电压自校正调节器。该调节器通过调节端电压使换相过程中相电流下降和上升的速率近似相等 ,保持回路中总电流幅值不变 ,实现对换相基金项目 :天津市自然科学基金重点资助项目 ( 0 1380 0 811)。转矩波动的抑制。该方法不需预知系统的精确参数 ,且对环境变化有自适应调节功能。

基于无模型预测控制的无刷直流电机换相转矩波动抑制策略

无刷直流电机工作时产生的换相转矩波动严重影响着其在高精度伺服系统中的应用。本文将无模型控制中的泛模型思想与预测控制相结合,提出一种无模型预测控制方法来抑制无刷直流电机换相时的转矩波动。通过推导无刷直流电机控制系统的泛模型的表达式,将泛模型作为预测模型,通过价值函数选择最优的开关状态,保持非换相相电流值恒定。实验结果证明,该方法能有效抑制电机在额定转速以下的高、低速情况下的换相转矩波动,控制过程中不需要精确的电机参数,算法简单,易于实现。

无刷直流电机无位置传感器控制下的转矩波动抑制新策略

永磁无刷直流电机位置传感器和转矩波动的存在限制了它的应用范围.为扩大无刷直流电机在精度较高的伺服系统中的应用,提出在实现无位置传感器控制的同时,减少转矩波动的新策略.无刷直流电机转子位置与电机的电压、电流之间以及电机电流与转子位置、转矩之间都存在着一定的非线性对应关系.通过对两个径向基函数(RBF)神经网络按自适应训练算法进行训练,训练后的两个RBF神经网络分别实现了无刷直流电机转子位置和最大转矩运行时参考电流的在线估计.根据估计的参考电流对绕组的实际电流进行调节,最大限度地抑制了因电流波形不理想引起的转矩波动,为无刷直流电机在高性能伺服系统中的应用提供了保证.实验结果表明了此控制策略的有效性.

转矩波动下电动轮纵向阶次振动特性及理论分析

针对轮毂电机转矩波动激励引起的电动轮系统振动问题,通过台架试验测得了电动轮运行工况下振动加速度信号,揭示了电动轮系统纵向振动的阶次特征和高频特性.基于电机电磁转矩解析模型从磁场相互作用的角度分析了永磁体磁场非正弦分布和电流谐波对转矩波动的贡献,进而解释了电动轮阶次振动的来源,即电动轮6.0阶振动由永磁体非正弦分布引起;1.0阶振动主要由电流谐波引起;6.5阶振动则由电流谐波和永磁体非正弦分布共同引起.为解释电动轮高频振动现象建立了基于刚性环理论的电动轮动力学模型并进行模态分析,结果表明,电动轮3个共振峰处高频振动分别对应轮胎和车轮同向旋转、反向旋转和纵向平移模态.

永磁无刷直流电机换相转矩波动的分析研究

在考虑齿槽、永磁体结构的影响时,根据相绕组的实际感生电势,讨论了永磁无刷直流电机的换相过程.从一个新的角度分析了绕组换相引起转矩波动的原因,指出换相转矩波动不仅与电机绕组电流有关,还与换相时相绕组感生电势瞬时值、换相位置角、绕组参数等因素有关.通过数值计算结果说明了各因素对换相转矩波动的影响程度,为研究换相转矩波动的减小措施和永磁无刷电机的设计及控制提供了理论依据.

自起动永磁电动机的稳态转矩波动研究

由于自起动永磁电动机定转子双侧开槽、转子带有铸铝鼠笼,所以其谐波磁场比直流无刷电动机复杂。采用场-路-运动耦合的时步有限元方法对其稳态转矩波动现象进行研究,建立两种时步有限元计算模型对稳态转矩曲线进行分析。第一种模型包括转子运动方程,第二种模型不包括转子运动方程。分析表明采用两种模型计算谐波转矩的结果一致。采用第二种模型,通过加载基波或谐波电流,揭示了齿槽转矩、源于定子基波电流的谐波转矩及源于谐波电流的谐波转矩对稳态转矩波动的影响。通过与实测转矩对比验证了计算结果的正确性。

减小无刷直流电机换相转矩波动和换相时间的协调控制方法

无刷直流电机在换相区间内,三相都参与机电能量转换,因此该文采用三相交流电机控制中常采用的坐标变换理论分析无刷直流电机的换相过程,得到两相静止坐标系下的无刷直流电机换相模型。结合逆变器的输出电压约束条件,并分析无刷直流电机运行在高速和低速模式下不同工作点的电压与电流矢量轨迹图。针对采用抑制换相转矩波动所带来的换相时间加长问题,提出了一种协调控制换相时间和减小换相转矩波动的控制方法,避免了无刷直流电机的换相失败。最后,通过实验验证了所提方法的有效性和实用性。

多单元永磁同步电机数学模型与转矩波动抑制

为了提升永磁同步电机整机输出功率,同时降低每相绕组的电压、电流等级,通常采用多相或多单元设计。以一台五单元直驱式低速大扭矩永磁同步电动机为对象,建立了多单元永磁同步电机的电压、转矩方程。在部分单元电机容错运行时,采用磁共能法推导出单元电机不同数量、位置时的转矩波动解析表达式,并给出采用注入3次谐波电流抑制转矩波动的方法。数值分析和试验结果表明,所建立的多单元电机数学模型准确,转矩波动抑制方法有效,在部分单元电机额定状态运行时,转矩波动最多可降低3.5%,该数学模型和转矩波动公式及其抑制方法均可有条件推广至不同单元数量的电机分析之中。

一种基于电流反馈的分段式PWM控制无刷直流电机转矩波动抑制方法

无刷直流电机伺服系统具有广泛的应用场合,但转矩波动限制了其在高精度场合的应用。针对非理想反电动势引起的无刷直流电机转矩波动提出了一种基于电流反馈的分段式PWM控制方法。该方法通过线反电动势观测器获得产生目标转矩值的参考电流,以实现对电机转矩的直接控制。同时,针对电机高速与低速运行状态分别采用不同的PWM控制策略来有效消除换相转矩波动,系统具有低转矩波动和高转矩输出的特点。通过在Matlab/Simulink环境下建立系统仿真模型,对该控制方法的转矩直接控制能力进行检验,并对转矩波动进行了对比;搭建实验平台对具有非理想反电动势的无刷直流电机进行了驱动实验。仿真和实验结果表明,该文所提出的控制方法能有效减小转矩波动,提高无刷直流电机伺服系统输出转矩的稳定性和位置控制精确度。

考虑转矩波动的电动汽车悬架NVH性能参数优化

为某轮边驱动电动汽车建立了悬架-轮胎-路面多体动力学模型,并以考虑转子磁场谐波影响的转矩波动模型为激励,依次用响应面法和梯度下降法对衬套和弹簧等悬架参数进行了两次优化。最终的结果表明,优化后明显减少了转矩波动对车身振动的影响,提高了悬架的NVH性能。

高磁负荷单相无刷直流电机的转矩波动抑制

在具有较高磁负荷的单相无刷直流电动机中,不均匀气隙结构以及通常存在的电流尖峰将导致尖峰定位转矩的产生,从而造成合成转矩特性的严重畸变。该文在稳态运动磁场计算及场路耦合计算的基础上,分析了气隙渐变结构中各结构要素对定位转矩峰值的影响及合理设计,并研究了各种驱动模式对转矩特性的影响,提出了采用有限转角的电压驱动模式降低转矩波动及噪声。样机试验表明,采用一定的关断角度可以有效降低电机噪声及提高性能。

基于实测相电流的永磁同步电机转矩波动阶次来源分析及幅值预测

由于转子磁场非正弦分布、定子开槽及电流谐波等因素影响,轮毂永磁同步电机输出转矩中存在波动,驱动转矩波动将给轮毂电机驱动车辆带来振动噪声问题。为分析各因素对转矩波动的贡献及影响机理,通过转鼓倒拖试验实测了电机空载反电动势,进而确定了转子磁场分布情况及转子磁通系数;通过电机驱动转鼓试验实测了电机三相负载电流信号,发现电流中存在丰富的谐波成分并确定了谐波幅值及初始相位;考虑转子磁通和相电流谐波解析推导了电磁转矩表达式,分析了转矩波动阶次来源并根据电流谐波幅值和相位规律预测了各阶次幅值大小,进而确定了转子磁通谐波和电流谐波对转矩波动的贡献;通过实测的振动加速度信号间接验证了转矩波动阶次分析及幅值预测的准确性。结合试验和理论准确分析了轮毂电机转矩波动的全貌及其来源,为电动轮系统的振动优化提供了方向。

基于换相过程控制的开关磁阻电动机转矩波动最小化研究

转矩波动是开关磁阻电动机较为突出的问题。在对开关磁阻电动机转矩模型分析的基础上,提出了一种控制策略用于解决换相过程中转矩平滑过渡的问题,详细讨论了该控制策略的一种在线控制方案。理论分析表明该方法能减小转矩波动,且效果较好;通过对12/4极三相开关磁阻电动机的仿真和实验研究,验证了所提方案的可行性。

基于实测定子电流的表贴式永磁同步电机转矩波动系数计算方法

利用实测定子电流计算转矩波动系数有助于监测永磁同步电机在实际工况下的转矩波动程度以及根据其变化进行故障预测。针对采用d-q轴数学模型、矢量控制的表贴式永磁同步电机,考虑永磁同步电机定子电流基波、谐波与转子磁场基波、谐波的相互作用对转矩波动的影响,推导出转矩解析计算模型。实测定子电流以及转子磁场进行傅里叶分析,确定主要谐波阶次以及转矩波动的主要阶次。依据对实验实例的分析,提出了利用实测定子电流计算永磁同步电机转矩及其波动系数的方法。结果表明能够用于实时监测永磁同步电机在实际工况下输出转矩波动系数。

无位置传感器开关磁阻电机的转矩波动抑制

针对开关磁阻电机驱动系统中位置传感器及转矩脉动的存在限制其应用范围的问题,提出利用网络结构简单、学习效率高的柔性神经网络对其进行建模,进而对开关磁阻电机无位置传感器控制下的转矩波动抑制方法进行了研究.建立了2个柔性神经网络:第1个完成由电机绕组的相电流、相磁链到转子位置之间的非线性映射,将离线训练好的网络用于转子位置的在线估计;第2个完成由电机期望转矩、转子位置到期望的优化电流之间的非线性映射,通过电流跟踪控制,使电机相电流跟随优化电流变化,实现转矩波动抑制.仿真和实验结果显示,柔性神经网络的收敛速度为传统神经网络的6倍,从而实现了转子位置快速的估算,估算误差控制在[-4,°4°]内,同时转矩波动降低1000/,验证了该控制策略较之于传统控制方法的优势.