注入谐波电流的长初级双边直线感应电机推力波动优化研究

长初级双边直线感应电机(DLIM)的端部效应会引起推力波动,影响电机稳定运行。为降低电机推力波动,采用注入谐波电流方法抑制纵向端部效应引起的两倍滑差频率的推力波动,推导出注入谐波电流后电机气隙磁密和电磁推力的解析表达式。求解出使推力波动分量的合成结果为0时,应注入谐波电流频率、相位、幅值的表达式,并分析注入谐波电流对气隙磁密、推力特性的影响。最后建立长初级双边直线感应电机的有限元模型,仿真计算注入谐波电流的相关参数,分析比较注入谐波电流前后气隙磁密和推力特性,并将仿真结果与解析计算结果对比,二者具有很高的一致性。结果表明注入谐波电流可大幅降低推力波动,为长初级双边直线感应电机推力波动的优化研究提供理论依据。

双边长初级磁通切换永磁直线电机推力波动分析及抑制

基于旋转型磁通切换永磁电机的工作原理和电磁发射的特点,提出了一种应用于电磁发射的新型磁通切换型长初级永磁直线电机,该电机具有推力密度大、动子结构简单、质量小的优点。首先,分析了该电机的结构和工作原理,并对该电机的电磁推力各分量的计算公式进行了推导。其次,分析了在正常和故障状态下引起推力波动的原因:根据推力波动产生的机理,针对边端定位力、磁阻力和容错控制运行状态下永磁谐波分量引起的推力波动,分别提出了采用楔形边端设计、绕组电感互补、电流谐波注入和次级错极等方法进行了优化和补偿,并通过二维瞬态有限元进行了验证仿真。最后,通过一台长次级的磁通切换永磁直线电机验证了有限元仿真的正确性以及所提出的推力波动抑制方法的有效性。

对称电流激励长初级直线感应电机推力波动研究

直线感应电机受纵向边端效应影响,推力将产生波动。该文首先对推力波动产生的原因进行了定性分析,推导出推力存在明显的两倍供电频率和两倍转差频率波动,并指出通过控制初级电流对称,将消除由初级电流负序分量引起两倍供电频率推力波动。从一维电磁场分析出发,对比了初级坐标系和次级坐标系两种推导途径,指出初级坐标系下选取边界条件应注意的问题。基于次级坐标系,推导出对称电流激励下推力的时谐解析表达式,得到了推力各分量的转差特性,指出该文研究的直线电机适宜运行在低转差率状态。最后利用直线加速平台进行试验验证,实验结果和理论计算吻合较好。

长初级直线感应电机分段供电切换暂态过程

针对采用常规分段供电方式的长初级直线感应电机由于次级的运动,其覆盖每段定子的长度不断变化,导致通电定子段电机参数不断变化,无法对负载实现精确控制的缺点,设计了带中间母排结构的分段供电网络,可以保证电机在整个运行过程中模型和参数固定不变,能够利用现有各种控制算法实现高性能控制。对于采用反并联晶闸管作为分段供电切换开关,从晶闸管开通和关断的"数学——物理"模型出发,分析了分段供电切换过程中开关暂态过程及其对电机性能的影响。利用某采用分段供电的长初级双边直线感应电动机原理样机进行实验,实验结果与理论分析相吻合,验证了理论分析的正确性。

长初级双边直线电机高性能控制策略

介绍了适用于电磁弹射的长初级双边直线电机,给出其在两相同步运动坐标系上的数学模型,建立了按次级磁场定向的矢量控制系统。针对由于动态纵向端部效应导致励磁电感变化使磁场定向遭到破坏和控制系统动态性能下降的问题,提出了采用动态纵向端部效应系数进行实时修正的解决办法。为了提高驱动系统的机械可靠性,提出一种采用新型自适应律的改进模型参考自适应系统进行速度辨识,实现了无速度传感器矢量控制。仿真及实验结果表明,提出的考虑动态纵向端部效应按次级磁场定向的控制策略具有良好的性能,采用新型自适应律的模型参考自适应辨识系统能在保证收敛速度的同时提高辨识系统的稳定性。

双边型长初级直线感应电机电磁推力特性研究

针对电磁弹射及空间实验系统用双边型长初级直线感应电机(double sided long primary linear induction motor,DSLPLIM)的电磁推力特性,首先根据电磁场理论,通过对初级行波电流层和次级电流的微分运算,推导出计及端部效应的直线感应电机气隙磁密的解析表达式,同时,依据洛伦兹力公式,推导出直线感应电机平均电磁推力的解析计算表达式;其次,为削弱端部效应引起的推力波动,采用发卡式全填充绕组以改善直线感应电机气隙磁密分布的正弦性(减小推力波动),同时为提升电机的电磁推力,改进现有次级板开槽结构,实现涡流路径的优化;最后,针对发卡式绕组和次级板开槽2种改进,利用推导的解析计算公式和3D有限元仿真软件,分别计算双边型直线感应电机的气隙磁密分布和电磁推力特性曲线。对比分析表明:发卡式全填充绕组的使用不仅能削弱直线感应电机的推力波动,还能有效提升电磁推力的大小,提高直线感应电机的运行性能;改进次级开槽结构可有效提升电机的电磁推力,增大推力密度。

长初级双边直线感应电机制动特性研究

长初级双边直线感应电机(double-sided linear induction motor,DSLIM)制动时短次级作用区域与未作用区域的气隙磁场不同,造成的纵向动态边端效应对电机制动性能产生一定影响。该文建立长初级DSLIM解析模型,在考虑电机横向边端效应与纵向动态边端效应的基础上,推导长初级DSLIM回馈制动与直流能耗制动时气隙磁密和制动力解析公式,分析长初级DSLIM随滑差率、品质因数、次级速度、次级电阻等参数变化下的制动特性,定量分析纵向动态边端效应对回馈制动与直流能耗制动的不同影响。研究显示电机回馈制动时的纵向动态边端效应在滑差率接近零时变小,直流能耗制动时的纵向动态边端效应在最大制动力时最强,通过增加次级作用区域极数和电机低滑差率制动能有效抑制纵向动态边端效应。建立了一台实验样机三维有限元模型,进行了仿真与实验,结果验证了长初级DSLIM制动特性计算方法的准确性与实用性。

变极距长初级双边直线感应电机磁场分析

直线感应电机气隙磁场的研究是电机工作性能和设计的重要考虑依据,直线感应电机的气隙是开断不连续直线型气隙,行波磁场由入端向出端方向移动,由于结构不连续性,使得气隙中存在附加磁场。基于直线感应电机的场理论分析,以麦克斯韦方程组为理论分析基础,建立变极矩长初级双边直线感应电机气隙磁场方程。分析研究极矩变化对气隙磁场的影响,分析电机电磁推力特性输出,并对变极矩电机气隙行波磁场的特性进行研究。

端部效应对长初级双边直线感应电机影响研究

针对变极矩直线感应电机极矩的变化,对端部效应亦产生影响,致使合成磁场畸变这一问题,分别采用电磁场理论分析方法和等效电路两种分析方法,根据直线感应电机磁场气隙磁通密度,以及直线感应电机等效电路,推导出了场理论及路理论直线感应电机端部效应参数方程,分析了入端衰减参数、出端衰减参数、行波波长等端部效应参数对电机气隙磁场的影响;对极矩变化型长初级双边直线感应电机进行了建模分析,分析了极矩变化对端部效应参数、电机气隙磁场影响。研究结果表明:极矩的变化对直线电机横向端部效应影响较小,对纵向端部效应影响较大,且随着极矩的增加,纵向端部效应影响逐渐减小。

弹射驱动用变极距长初级双边直线感应电机设计

根据实际加速指标要求,提出一种极距变化型双边直线感应电机,在设计加工直线电机时,电机极距可连续变化,亦可分段变化,不同位移对应不同的电机极距,制造过程可采用数控机床方便加工。变极距直线电机绕组为无槽绕组,无槽结构利于减小直线电机体积,又可以减小气隙磁场齿谐波对电机的影响。电机定子采用分段式供电,可以提高电机电压利用率,进而提高电机的运行性能。采用变极距双边直线感应电机作为加速驱动,无需检测速度和位移,加速过程速度连续增加,但初级绕组中的电流频率保持恒定不变,因而不受逆变器开关频率的限制,亦不会增加电机损耗。由于电流频率不变,控制方式得以优化且更加简便。