Study of Steady-state Performances for a Novel Line-start Single-phase Permanent Magnet Synchronous Motor With Three Parallel-connected Windings

对于三相感应电动机的单相运行,学者们已经提出了多种实用的接线方式,比如Smith接法、SEMIHEX接法。然而,对于三相异步起动永磁同步电动机的单相运行,很少有合适的接法提出。将并联式接法应用于三相异步起动永磁同步电动机的单相运行,提出了一种新型三绕组并联式异步起动单相永磁同步电动机。分析了三相异步起动永磁同步电动机同步运行时以及起动瞬间的正序、负序阻抗,基于对称分量法,对该接法电机的对称运行条件进行分析,得出了电容的确定方法,并利用遗传算法对电容值进行优化。提出了该新型电机稳态性能的计算方法;设计了一台高功率因数和一台低功率因数三相异步起动永磁同步电动机作为样机,并分别将其改接为三绕组高效单相永磁同步电动机,进行实验研究。实验结果表明,低功率因数的异步起动永磁同步电动机更适合改接成新型三绕组并联式单相永磁同步电动机。由低功率因数三相永磁同步电动机改接成的单相异步起动永磁同步电动机在额定负载下运行时,具有与同容量三相永磁同步电动机相近的效率和更高的功率因数。

Analysis of Torque Ripple of Permanent Magnet Brushless DC Motor

Torque tripple has significant effect on performance of permanent magnet brushless DC motor. This paper presents a mathematical model built for such a motor, the analysis of torque tripple for a brushless DC motor with sinusoidal flux distribution, which is verified by torque tripple experiments run with a test motor, and equations developed for torque tripple resulting from different sator current errors.

Temperature Research of Permanent Magnet Brushless DC Motor for Electric Balanced Vehicle

A power system structure composed of a brushless DC motor and a cycloidal reducer for electric balanced vehicle has been proposed, and the temperature of important components in this structure would be discussed. The loss generated by the cycloid reducer is negligible, it’s only need to analyze the thermal field of motor. Since the temperature change will affect the material properties of the target motor, the electromagnetic and temperature fields, involved in the motor, are selected for coupling calculation to determine whether the final temperature distribution can meet the requirements of vehicle for use.

Six-step Voltage Control of PM Brushless AC Motors under High Speed Flux-weakening Operation for EV/HEV Applications

The torque-speed characteristics of brushless motor having an interior permanent magnet rotor and a sinusoidal back-emf waveform are compared experimentally when it is operated in brushless AC(BLAC) mode and brushless DC (BLDC) modes with both 2-phase,120° conduction(BLDC-120) and 3-phase,180° conduction(BLDC-180).Particular emphasis is on high-speed,six-step voltage controlled,flux-weakening operation.It is shown that for EV/HEV applications,even for interior PM brushless motors which have sinusoidal back-emf waveforms,in order to achieve maximum torque per ampere capability over wide operation speed range,it is advantageous to employ a hybrid operation mode-BLAC operation in the constant torque region and six-step voltage control(BLDC-180 operation,together with current phase control) in the flux-weakening region.

基于混合导通的PMBLDC步进传动定位控制系统设计

本文在传统混合导通基础上提出了一种新的步进定位控制理论,并将其应用于以永磁无刷直流电机为控制对象的伺服系统场合,进行理论分析与仿真研究。以ds PIC为控制核心器件,进行了试验验证。仿真和实验结果表明,应用该步进控制理论的PMBLDC伺服系统具有良好的速度与位置可控性,能够满足现代工业对伺服系统的高要求。同时,本文的研究结果也为PMBLDC在高性能控制场合下的应用提供了参考。

基于BLDC技术自吸泵节能电动机的研制与应用

针对加油站自吸泵交流异步电动机仅存在启动和关停两种状态,无法实现变频控制,故障率高、调速范围小、效率较低等问题,研发了自吸泵永磁无刷直流电动机。现场应用表明:永磁无刷直流电动机可以实现操作人员提枪时电动机低速运转,正常加油作业时高速运转,启动转矩、运行效率、泵体温升、使用寿命等性能特性均优于传统交流异步电动机。在加油站同等操作条件下,永磁无刷直流电动机与传统交流异步电动机相比节约电能大于30%。

鱼雷PMBLDCM在线智能PID控制器建模与仿真

针对应用于新型鱼雷武器中的永磁无刷直流电机(PMBLDCM)转矩脉动较大引起的噪声和振动等问题,设计了离线训练与在线训练相结合的智能比例积分微分(PID)控制器。首先,通过分析被控对象负载扰动大的特点,利用人工神经网络建立了自校正调节器,将其与传统的PID控制器相结合,通过在线调节PID参数以达到最优的控制效果;其次,在Simulink中搭建了在线智能PID控制系统模型并进行了仿真试验。仿真结果表明,在线智能PID控制器具有较好的适应性和鲁棒性,系统具有良好的动态响应性能。

应用改进卡尔曼滤波算法估算BLDCM的转子位置和转速

以无传感器永磁无刷直流电动机(BLDCM)作为研究对象,运用改进的卡尔曼滤波算法对其转子位置和转速的估算进行了优化设计,该算法应用三次样条函数代替常规卡尔曼滤波算法中非线性函数的偏导数进行计算。仿真试验表明,采用该算法能提高估算精度。

一种轴流式磁悬浮心脏血泵驱动电机优化设计

为提高人工心脏泵的工作性能和稳定性,以一种轴流式磁悬浮人工心脏泵作为研究对象,设计优化了一种适用于心脏泵的永磁无刷直流电机。采用有限元仿真软件验证了该电机的性能符合设计要求,并通过对比分析的方法对其齿槽转矩和起动特性进行了研究。仿真结果表明:该心脏泵驱动电机对比传统驱动电机齿槽转矩减小了约11.7%,并且电机具有良好的起动特性,有效提高了心脏泵的工作性能和稳定性,为轴流式磁悬浮人工心脏泵驱动电机的研制提供一定的指导作用。

新型五相BLDC电机的容错控制策略研究

本文针对一种具有144°平顶梯形波的五相容错永磁无刷直流(BLDC)电机提出了基于转矩等效的容错控制策略。在保证输出转矩相等的基础上,推导了故障条件下的BLDC电机容错式BLAC控制策略。仿真和试验结果表明,该容错控制策略可以保证五相DLDC电机在故障条件下保持正常运行时的转矩性能。

一种改善BLDCM调速性能的模糊矢量控制策略

针对永磁无刷直流电机(BLDCM)在方波控制时转矩脉动大、电流畸变程度大以及反电势不稳定造成转速波动的问题,在分析BLDCM控制方式的基础上,将这些问题的原因归结于控制时的电流换相以及反电势并非理想方波电势。基于此,针对电动汽车BLDCM提出一种基于模糊控制的无刷直流电机矢量控制调速策略,此策略使用模糊控制器对转速误差进行调节,进而增强系统的调速性能;使用矢量控制取代方波控制,进而克服转矩脉动、电流畸变以及反电势不稳定等问题。实验结果表明,所提出的控制策略能较好地抑制转矩脉动,并使电流以及转速更加平滑稳定。

车用永磁无刷直流电机弱磁控制仿真研究

永磁无刷直流电动机的转矩与转速会对电机的控制精度造成影响,导致电机弱磁控制效果差。为了提升整体控制性能,提出车用永磁无刷直流电机弱磁控制仿真方法。分析车用永磁无刷直流电机弱磁转矩特性,获取电机电磁转矩关系。根据获取结果建立永磁无刷直流电机弱磁控制系统,利用该系统控制电机弱磁的电磁转矩与运行效率,以此实现整体控制。实验结果表明,通过对所提方法开展电机运行效率测试、电机运行稳定性测试,验证了上述方法的有效性。

基于测量矢量插入法的双电机相电流重构

针对五桥臂逆变器驱动双永磁同步电机系统进行相电流重构存在电流重构盲区、有效矢量采样法在电流重构盲区内无法准确完成电流重构等问题。基于安装在直流母线上的单电流传感器,分析了五相电流重构原理以及电流重构盲区,进而提出了一种测量矢量插入法,实现了盲区内2台电机的相电流重构,并利用重构的相电流进行双电机的独立闭环控制。仿真结果表明:本文算法实现了五桥臂逆变器驱动双永磁同步电机系统的相电流重构,2台电机的相电流重构误差较小,重构的相电流用于电机控制不会对电机的稳态性能造成影响,并且2台电机均具有良好的动态性能。

基于改进零脉冲插入法的永磁同步电机相电流重构策略

直流母线单电流采样永磁同步电机系统存在相电流重构盲区,导致电流采样失真,提出一种改进零脉冲插入法,实现相电流重构。首先,分析传统固定零脉冲插入法的缺点,由于各相插入零脉冲作用时间相同,未能发挥“双开关PWM”模式抑制电流纹波的优势;其次,通过各相PWM占空比调整零脉冲时间,延长电流采样窗口,提出改进零脉冲插入法重构策略,消除重构盲区,并针对该方法重构盲区出现其他扇区有效电压矢量的情况,分析其空间电压矢量合成关系,证明参考电压矢量合成的准确性;最后,基于戴维南电路法,提出不同电压矢量作用时的电路简化模型,对比两种方法的电流纹波幅值,并搭建永磁同步电机实验平台进行实验。结果表明,改进零脉冲插入法的电流重构误差低于3%,相比传统方法,电流纹波抑制效果达到50%,相电流畸变率从12.72%下降到6.87%。

渐变气隙结构下单相无刷直流电机齿槽转矩解析建模

齿槽转矩的准确计算是解决单相无刷直流电机起动死点问题的基础。针对单相无刷直流电机有限元建模繁琐耗时的问题,建立渐变气隙结构下单相无刷直流电机齿槽转矩的解析模型。首先推导渐变气隙结构下气隙磁密的解析表达式,并利用能量法推导齿槽转矩的解析表达式,对其中的气隙磁密和有效气隙长度函数进行简化和傅里叶分解,最终得到齿槽转矩的解析模型。结合自适应复化梯形算法对该解析模型进行计算,避免传统模型中变量物理意义模糊,造成普适性差、预测精度低的问题。将渐变气隙结构下齿槽转矩的解析结果与有限元结果对比,并重点分析过零点偏移角度和峰值,验证所建立的齿槽转矩解析模型的正确性。该解析模型能够利用计算机编程实现快速准确地求解,且模型中各变量均与电机结构相关、物理意义清晰,便于设计人员优化齿槽转矩时寻找各变量之间的规律。

微型永磁无刷直流电机的设计与优化

对一款航空用微型永磁无刷直流电机进行了设计,永磁体选用钐钴进行Halbach阵列充磁,并对电机的部分参数进行了优化,与原方案相比,优化了电机的输出转矩。制作了一款实物样机,通过对样机的测试,验证了优化的可行性。

热限制下铁芯饱和对永磁无刷直流电机过载转矩的影响

合理的铁芯饱和点可提升高过载永磁无刷直流电机的转矩,转矩提升优化的热限制条件会对最佳铁芯饱和点产生影响。有必要探究热限制下铁芯饱和程度对转矩的影响规律,为提升转矩提供理论参考。为此构建了一种考虑铁芯饱和及电枢反应的等效磁路模型,基于该磁路模型,推导了转矩、损耗和热限制条件的表达式,建立了转矩与尺寸及热限制条件之间的解析关系,分析了不同热限制条件下铁芯饱和程度对转矩的影响,探讨了同时限制电流密度及铜耗密度条件下最大转矩与铁芯饱和程度的关系,对比了不同材料对转矩提升的效果。研究表明,在热限制下存在一个使转矩最大的磁密点,不同热限制条件将影响最优磁密点的大小。分别使用有限元仿真与实验测试对解析结果进行了验证,与解析值相比,仿真结果和实验结果的误差分别小于2%和小于10%。仿真和实验结果表明,所搭建考虑饱和的电磁模型以及分析计算过程均具有较高准确性。

永磁无刷直流电机定子齿部辅助槽对转矩特性的影响分析

推导了齿槽转矩表达式并分析了电机槽极配合对齿槽转矩和转矩波动的影响。基于一款6槽8极的永磁无刷直流电机,研究定子齿顶开槽对齿槽转矩的抑制作用。有限元仿真分析表明,电机齿槽转矩和转矩特性与辅助槽数量和槽口尺寸有较大关系,当定子齿顶开2个辅助槽、槽深0.6 mm槽宽2.0 mm时,齿槽转矩下降了69.1%。样机实测数据验证了有限元分析的结果。

电动汽车轮毂永磁无刷直流电机控制系统的速度控制

轮毂电机驱动是电动汽车采取的一种新型驱动方式。针对电动汽车轮毂永磁无刷直流电机的多变量、高度非线性以及强耦合的特点,将电机控制系统的转速控制器设计为模糊神经网络PID调节器,通过鸡群算法和改进BP算法分别对模糊神经网络进行优化和训练,实现模糊神经网络PID调节器的最优参数输出。系统仿真和实验分析验证表明,基于模糊神经网络PID转速调节器的电机控制系统具有很强的转速跟踪、抑制超调、抗干扰、鲁棒性等动态性能。

基于单锁相环位置融合衰减的内置式永磁同步电机控制策略

为改善无传感器内置式永磁同步电机从低速切换到高速时的运行性能,提出了一种单锁相环位置融合策略。在零低速运行时,注入电压高频脉冲信号,通过处理反馈输出电流幅值,得到转子位置信息;在中高速运行时,建立扩展电流滑模观测器,获得反电动势值,进而得到转子位置信息;在过渡区运行时,考虑注入电压幅值对转子位置观测系统的影响,构建新型融合衰减函数,将两种无感算法估算得到的转子位置误差信息进行融合,并输入至单个锁相环,从而解耦得到转子与转速信息。最后,通过试验验证了该控制策略可以实现不同工况下无感算法的平滑切换,提高转子位置观测精度。