新型交流调磁型永磁同步电机基本机理及运行特性

以提升永磁同步电机广速域运行性能为目标,提出一种新型交流调磁型永磁同步电机(AC flux-regulation permannent magnet synchronous motor,ACFR-PMSM),相较于传统永磁同步电机,所提电机拥有独立的轴向定子及轴向交流绕组,且转子上设计有凸出的轴向导磁极。该电机的数学模型、等效磁路模型和三维有限元模型分别被建立,并通过对比计算证明了所搭建模型的准确性。另外,通过对该电机等效磁路模型的分析,归纳了电磁性能与径向定子裂比、电机轴径比、永磁体参数的关系,进而完成了该电机关键尺寸参数的优选设计。采用三维有限元分析进行了所设计电机与传统永磁电机的电磁性能对标,结果表明,ACFR-PMSM拥有更优秀的磁场调节能力、更低的永磁体退磁风险及更宽的恒功率运行范围。最后,制造了一台ACFR-PMSM样机并搭建了测试平台,经验证,所制造样机的实测结果与有限元仿真结果的吻合度良好。样机的性能测试结果展现了ACFRPMSM在诸如电动汽车驱动、航空起动/发电系统、新能源发电等需要进行高效磁场调节及高性能宽速域运行领域的广阔应用前景。

悬臂式掘进机截割部的恒功率调速控制及仿真研究

目前,尽管传统掘进机仍是矿井掘进、生产的主要工作设备,但在实际生产中,开采煤层所产生的煤尘和工作环境较差,严重地影响了操作人员对设备的控制精度,造成了截割成巷的质量不佳,摇臂的摆速变化很大。基于此,以EBJ-132A悬臂式掘进机为研究对象,给出了恒功率截割控制方案,并对控制系统进行了理论研究和仿真分析。

基于“海院1号”蓄能发电系统的AMESim建模分析

基于“海院1号”振荡浮子式波浪能发电装置的发电原理,设计了2个蓄能器交替工作来实现电能的稳定输出,并利用AMESim软件对蓄能发电系统进行建模仿真,研究系统中不稳定的压力油进入蓄能器,释放出稳定压力油来驱动双作用定量马达+双作用变量马达发电机组运转输出电能的过程。探究了在不同参数设置下蓄能器的压力变化和液压马达的转速变化,根据建模分析得出在输入信号频率5Hz、蓄能器容积50L、马达排量0.10L/r时,该波浪能发电装置能连续稳定地输出电能,证明了该发电装置存在2个蓄能器+2个液压马达发电机组的可行性与合理性,为“海院1号”波浪能发电装置的进一步参数优化提供参考。

新型同步磁阻永磁电机的结构与电磁参数关系分析

该文在简要介绍同步磁阻永磁电机的结构及工作原理的基础上,通过有限元技术分析了电机主要的结构参数,如永磁含有率、气隙、转子层数、饱和、永磁材料特性等对电机主要电磁参数电感和空载剩磁的影响,证明了气隙和永磁(绝缘)含有率是影响电机的最主要参数,气隙和永磁含有率对磁阻特性的影响要远远大于对转子永磁磁链的影响;永磁材料特性是转子剩磁的主要决定因素;饱和是SR-PM电机设计中必须考虑的内容。但转子叠片的层数对电机的平均性能基本没有影响,主要表现为齿槽效应。最后基于分析结果,设计和制造了一台高功率密度SR-PM样机。

感应电机恒功率因数控制的研究

感应电机的恒功率因数控制是一种简单、有效的能量最优控制方法。该文利用电机的稳态数学模型,对恒功率因数控制方案进行了理论上的研究。控制电机的功率因数实质上是对电机转差频率进行控制,使效率保持在最优值。恒功率因数控制在整个负载变化范围内能有效地提高电机的效率,在轻载情况下更是如此。为了保证在各种条件下,恒功率因数控制均能正常工作,分析了低转速、大负载对功率因数给定值的影响。仿真结果证实了结论的正确性。

基于矢量控制的多相感应电机电子变极调速技术

为了拓宽交流传动系统的恒功率调速运行范围,在研究多相系统变换理论和多相电机矢量控制的基础上,提出了一种基于转子磁场定向矢量控制的多相感应电机电子变极调速方法。该方法不需要额外增加电机的容量或电流,通过转子磁场定向矢量控制产生不同平面的谐波电流,驱动电机旋转,从而控制电机实现了在不停电情况下的电子变极,而且变极过程平滑,无大的转矩波动。本文以九相感应电机为例,对提出的方法进行实验验证,给出了其在转子磁场定向矢量控制下的3对极和9对极之间相互电子变极的实验结果。实验结果表明,所提出的方法能够在不停电的情况下实现电子变极调速,有效地提高了电机恒功率调速运行范围。

在恒转矩和弱磁控制状态下的各种永磁同步电机负载铁耗

研究了四种不同转子结构的永磁同步电机,即表面安装式、表面埋入式、径向内置式和切向内置式永磁同步电机,在不同的控制模式下,电机铁心内各典型部位的磁场波形变化。利用有限元法和实测结果,分析和计算了这些电机在各种运行模式下的负载铁耗变化,即在恒转矩区域和弱磁控制区域下负载铁耗的变化,并具体比较分析了弱磁性能和磁钢保护性能优越的各类内置式永磁同步电机负载铁耗明显高于表面安装式永磁同步电机具体原因。

基于专家系统的采煤机截割电动机恒功率控制

为了很好地适应煤岩特性的变化、有效发挥采煤机截割电动机的能力,解决采煤机截割电动机运行时功率波动较大的问题,利用专家系统的理论和方法,建立了基于专家系统的采煤机截割电动机恒功率控制系统,该系统通过对牵引速度实时调节,使采煤机的截割电动机恒功率运行。利用MATLAB/simulink构建了该系统的仿真模型,仿真试验表明,该系统对牵引速度具有超前预见性,比一般控制系统的调节时间缩短0.62s,截割电动机的功率超调减小3.8%,反应灵敏、波动小、工作平稳。

抵消恒功率负载负阻抗特性影响的双向Buck/Boost变换器控制策略

对双向Buck/Boost变换器带恒功率负载时的稳定性问题进行了研究。首先对电机控制器的直流侧双向Buck/Boost变换器提出了一种功率前馈控制策略。分析了恒功率负载负阻抗特性不利于母线电压稳定的机理,对双向Buck/Boost变换器提出了一种反映直流母线电压变化趋势的前馈控制策略抵消了负阻抗特性对直流母线电压的影响。小信号模型分析、仿真和实验结果都证实了这种控制策略能够有效抵消恒功率负载负阻抗特性对母线电压稳定性的影响,有利于提高驱动系统稳定范围。

反凸极永磁同步电机及其控制技术综述

反凸极永磁同步电机的直轴电感大于交轴电感,与传统正凸极永磁同步电机相比,具有恒功率调速范围宽、过载能力强、空载反电动势低和永磁体不易退磁等特点,在数控机床主轴系统和电动车驱动系统等调速范围要求高的场合中具有广泛应用前景。文中针对反凸极永磁同步电机本体结构和电流控制技术发展现状两方面进行综述。总结反凸极永磁同步电机的特点;分析国内外径向磁场和轴向磁场反凸极电机的结构特点和电磁特性,归纳出其共性规律和个性差别;阐述目前该类电机的电流控制技术;对该类电机及其控制的主要研究方向进行展望。

纯电动和串联式混合动力汽车电机传动系参数匹配

本文中对电动汽车电机传动系统参数匹配进行研究。首先对车辆为满足加速性能要求所需电机功率的求取方法进行理论与数值分析,定量研究了不同条件下扩大电机恒功率区对整车动力性能的影响。结果表明,选取较大的恒功率区可用较小功率的电机来满足车辆加速和爬坡性能要求;或使给定功率的电机获得更好的动力性能。随后给出传动比已知和未知两种情况下的电机参数匹配流程。最后用实例验证该方法的可行性及有效性。

基于GAs模糊控制的掘进机截割电动机恒功率控制

为了解决悬臂式掘进机截割随机分布的煤岩时载荷变化剧烈、能量消耗大、工作效率低的问题,利用遗传算法对悬臂摆动速度进行模糊控制,实现对截割电动机的恒功率控制。建立了掘进机悬臂水平摆动系统的仿真模型,利用Matlab软件对模型进行仿真。结果表明:该系统较传统控制方式的悬臂摆动速度波动减小25.9%,截割电动机功率超调小5.0%,调节时间缩短0.1s,响应速度快、精度高,具有良好的控制特性,能根据截割煤岩的不同,自动调节悬臂摆动速度,降低了掘进机功率损失、提高了工作效率。

基于恒功率因数的异步电机节能控制器

设计了一个交流异步电机软起动和基于恒功率因数的节能控制器。对轻载调压节能、软起动和综合保护等原理进行了详细分析,同时对节能效果进行了研究。给出了主要硬件电路的设计原理图,并进行了相应的实验。实验结果表明,该技术在电机轻载运行时具有明显的节能效果,且易于实现软起动、软停车、综合保护及调速等多种功能。

复合转子永磁无刷直流电动机弱磁特性研究

由于永磁无刷直流电动机(BLDCM)在通电方式、磁场特性上与永磁同步电动机(PMSM)有较大改变,其弱磁规律较PMSM有很大变化,而复合转子磁阻段对弱磁性能的影响也有较大改变,传统BLDCM弱磁模型不足以精确描述BLDCM弱磁规律。本文通过建立场路结合的状态空间模型将磁场与通电模式相结合,准确模拟了最小分析区间内转子每个位置的磁状态;以磁链空间位置函数的差分替代其微分,实现转子旋转过程中电枢反应的准静态场有限元分析,从而较真实反映了BLDCM内在弱磁的物理过程。样机实验与仿真结果的吻合表明了这种研究方法的可行性。在此基础上,对比研究了PMSM与BLDCM在弱磁规律上的异同点,获得了一系列有意义的结论。

基于虚拟阻尼补偿的恒功率负载系统控制方法

电动机负载广泛存在于各个工业领域,其闭环控制对前级功率系统表现为恒功率负载(constant power loads,CPL)特性,即负阻抗特性,给系统带来了稳定性的影响。针对基于前置BUCK变换器的电动机驱动系统稳定性问题进行了研究。首先对基于前置BUCK变换器的电机驱动系统进行了建模,分析了影响系统稳定性的机理,在此基础上提出了一种基于虚拟阻尼补偿的控制策略,这种方法可以在不增加系统损耗的前提下有效抑制负阻抗特性对直流母线电压的影响,并给出了补偿系数的设计流程。仿真和实验证明这种方法提高了系统稳定性,增加了电机驱动系统稳定带载的能力。

基于模糊PID控制的掘进机恒功率控制系统的研究

针对悬臂式掘进机截割过程中负载变化剧烈、随机性大的问题,利用PLC和模糊PID控制实现对掘进机截割电机的恒功率控制,建立了仿真模型,并利用Simulink进行了仿真分析。结果表明:通过PLC和模糊PID控制的掘进机截割恒功率控制系统提高了系统的控制精度和稳定性,使掘进机能够根据不同的煤岩特性,调节摆动速度,提高了掘进机的工作效率。

基于直线感应电机负载的移动式无接触供电特性分析

采用移动式无接触方式为感应电机驱动等运动类设备的供电具有灵活、安全、环境友好等优点,文章提出了一种为直线感应电机驱动系统(LIMD)供电的移动式感应耦合供电(MICPT)系统,研究了LIMD作为MICPT系统负载的简化模型,以及MICPT在原边绕组恒流控制下不同互感和电机不同工况下的输出电压特性,提出将LIMD等效为一个可变电阻作为MICPT系统的负载进行供电特性分析的方法。基于MICPT供电的直线感应电机驱动系统实验装置实现了感应电机驱动实验车辆装置在移动式无接触供电下的往复运行控制,分析、仿真和实验验证了提出的供电方案及等效模型的正确性。

新型定子结构永磁同步电机弱磁调速性能分析

提出了一种用于弱磁升速运行的新定子结构永磁同步电机,这种电机每个定子槽内设置一对分流齿,它能减少磁路磁阻,增加有限的电枢磁动势产生的电枢磁通,束缚在分流齿中大部分电枢磁通,将抵消永磁励磁磁通与定子绕组匝链,控制定子绕组磁链,实现弱磁升速。建立了新结构电机的等效磁路,说明分流齿弱磁工作原理,并解释分流齿束缚电枢磁通并不削弱电机转矩输出的机理。对新定子结构电机进行了有限元分析,在此基础上研制了一台样机并进行了实验研究,实验结果和计算结果相吻合,验证了新定子结构永磁同步电机的弱磁性能。

卷带装置液压系统恒功率特性研究

为研究卷带装置液压系统的恒功率特性,建立了理论分析的数学模型,分析了相关参数对系统性能的影响,在此基础上建立了系统的仿真模型,分析了负载变化对系统压力、液压泵流量及液压马达转速的影响,通过搭建卷带装置实验台,测试了系统的恒功率特性。结果表明:系统具有较好的恒功率特性,仿真模型能够有效测试系统的恒功率特性。研究成果为卷带装置液压系统的改进设计提供了技术支持。

电励磁双凸极电机起动全过程励磁控制策略

电励磁双凸极电机由于励磁电流可控制,用于起动工作时理论上能够调节励磁电流实现恒功率控制。但是由于双凸极电机的非线性特性导致其反电势为不规则方波形状,类似直流电机采用相电压反馈控制励磁电流实现恒功率控制困难较大。本文在双凸极电机恒转矩起动阶段,恒流控制励磁电流,根据起动机转速反馈实现控制模式的平稳切换;在恒功率阶段利用三相端电压整流值间接测量反电势来控制励磁电流,实现双凸极电机弱磁控制,保证恒功率阶段电机的出力最大。仿真和实验结果验证了该方法的有效性。