3×3相永磁辅助同步磁阻电机两相开路故障容错控制策略

单逆变器驱动的3×3相永磁辅助同步磁阻电机系统具有低成本、高可靠性的优点。该文针对此系统的两相开路故障,提出一种各模块转矩重新分配的容错控制策略。当同一模块发生两相开路故障时,将该故障模块完全切除,通过增加非故障模块的电流来实现容错运行。对于不同模块同相位两相开路,通过分析故障后各模块的等效电路,获得两相静止坐标系下电流之间的关系,然后构造拉格朗日函数,以铜耗最小为目标,求解电流幅值的最优解,最终实现转矩的重新分配。当发生不同相位两相开路时,以故障模块输出最大平均转矩以及总的转矩脉动最小为目标,对各模块转矩进行重新分配。该方法通过增加正常模块转矩脉动来部分抵消故障模块产生的脉动,达到抑制输出转矩脉动的目的。实验结果验证了所提容错控制策略能有效降低故障后电机的转矩脉动,提高了控制系统的可靠性。

基于三阶3类锁相环的PMSM无传感器控制

在基于观测器的永磁同步电机无传感器控制系统中,通过观测器估算得到反电动势后,通过转子位置跟踪环节获取转子位置和转速信息。使用二阶锁相环作为位置跟踪器的情况下,在电机加减速或突发扰动时,动态跟踪误差可能过大,导致系统鲁棒性和稳定性急剧下降。鉴于此,改用三阶3类锁相环,通过合理配置锁相环系统零极点,可快速有效消除电机运行中的动态跟踪误差,同时使系统具有良好稳定性和鲁棒性。仿真分析和实验结果均表明该方法的正确性和可行性。

基于磁链相移原理的不对称交替极永磁辅助同步磁阻电机设计与分析

传统永磁辅助同步磁阻电机(PMaSynRM)无法充分利用永磁转矩和磁阻转矩,该文提出一种新型不对称交替极永磁辅助同步磁阻电机(ACP-PMaSynRM)。基于永磁磁链相移原理,将交替极永磁阵列、不对称磁极和磁障相结合,实现永磁转矩和磁阻转矩的最大值在相同电流相位下叠加,不但提高了永磁转矩和磁阻转矩的利用率,增强了电机输出转矩能力,而且减少了永磁体用量。采用有限元法对比分析了传统和新型ACP-PMaSynRM的电磁性能,验证了所提电机拓扑的可行性。最后,制造了一台48槽14极样机并对其进行了实验验证。

铁氧体助磁的五相同步磁阻电机一相开路研究

当传统三相永磁同步电机发生一相开路故障后电机的转矩输出能力下降,转矩波动大,五相永磁同步电机具有输出转矩波动小和容错能力强的突出优点,在电动汽车、军事和伺服电机场合中应用十分广泛。由于五相电机成本随着相数的增加而增加和铁氧体具有的价格优势,五相电机转子中采用铁氧体助磁结构。为了研究铁氧体助磁的五相同步磁阻电机发生一相开路故障后电机的容错性能,采用了故障前后总磁动势不变原则的容错控制策略,合理调整剩余四相电流幅值和相位来探讨电机一相开路后的电机性能。建立铁氧体助磁的五相同步磁阻电机(PMa-SynRM)有限元分析(FEA)模型,对五相电机正常、一相开路故障和采用容错控制(FTC)策略后3种状态的转矩波动、效率、转子受到不平衡径向磁拉力、铁氧体的退磁和电机温升情况进行了分析对比。结果表明:在一相开路故障状态下,电机的转矩脉动和转子受到不平衡径向磁拉力变大。采用容错控制后,电机转矩波动、转子受到不平衡径向磁拉力和铁氧体的退磁风险得到改善,但由于铜耗的增加造成电机的效率降低,整体温度升高,一相开路故障和采用容错控制后的绕组温度均呈现不均匀分布。在五相电机一相开路的研究基础之上,为五相及更多相的电机的探究提供依据。

多三相分数槽集中式绕组容错电机匝间短路故障温度场分析

匝间短路是一种常见的电机绕组故障,会产生巨大的短路故障电流,导致绕组局部过热并使电机性能下降,造成严重的安全事故和连带损失。该文研究了一台多三相永磁磁阻电机在不同运行工况下匝间短路故障的电磁和热特性。通过精细化绕组建模将故障线圈和健康线圈加以区分,建立三维全域流固耦合仿真模型提高仿真精度。论文基于2D电磁模型和3D热模型的联合仿真分别探究了短路线圈位置、短路线圈匝数、负载电流以及转速对永磁电机匝间短路温度的影响,并加工一台功率为5 kW的样机进行实验验证。实验结果验证了仿真模型的准确性,同时为预防匝间短路故障提供了依据。

铁氧体单相永磁辅助磁阻同步电动机研究

研究一种新型铁氧体单相永磁辅助式磁阻同步电动机。这种电机与钕铁硼永磁单相同步电动机效率接近,但制造成本低,具有较高的性价比。文章首先对同一规格的单相异步电动机、钕铁硼永磁单相同步电动机和铁氧体单相永磁辅助式磁阻同步电动机三种单相电机进行了建模及仿真比较,然后分析了铁氧体单相永磁辅助式磁阻同步电动机的稳态性能,最后给出了22 W铁氧体单相永磁辅助式磁阻同步电动机样机的部分实验结果及其分析。

永磁辅助同步磁阻电机改进型滑模观测器无位置传感器控制

受磁路饱和与交叉耦合效应的影响,永磁辅助同步磁阻电机(PMASynRM)的dq轴电感具有不稳定性。为适应电感不稳定性并提高系统鲁棒性,采取一种基于扩展反电动势的改进型滑模观测器(SMO)无位置传感器控制算法,以估算电机的位置信息。使用超螺旋滑模观测器(ST-SMO)代替传统滑模观测器,使用Sigmoid函数代替传统sgn符号函数,提高滑模观测器系统的抗抖振能力。引入静止坐标系锁相环(PLL)提取转子位置信息。基于MATLAB/Simulink搭建改进型滑模观测器无位置传感器矢量控制模型,通过仿真验证了该算法可以快速准确地估计转子位置,具有较好的抗抖振性和动稳态性能。