集中绕组模块组合式定子结构对低速大功率永磁电机性能影响

针对集中绕组模块组合式定子结构对低速大功率直驱永磁同步电机性能的影响进行研究。首先介绍了模块化定子的分块规则和分块数。基于绕组函数法推导了单个定子单元模块在不同拆分方式下的绕组函数和电感表达式。基于有限元仿真先分析了仅绕组分块对电机性能影响;然后分析了冲片和绕组都分块对电机性能影响。通过对比空载和负载性能,总结出各种定子模块化拆分方案的优缺点,为大功率低速直驱永磁同步电机的模块化设计与制造建立了基础。

基于自适应零电压矢量三脉冲法的永磁同步电机带速重投策略

永磁同步电机运行过程中失电后,常因自身惯性或外界推动而处于高速旋转状态。若要带速重投,则需短时间内完成初始位置/转速观测。现有零电压矢量脉冲法的脉冲宽度和脉冲间隔不变,常使观测误差增大,严重时可能引起过电流。为此,研究一种自适应零电压矢量三脉冲法,可以根据零电压矢量脉冲所激励的电流矢量幅值自适应调节脉冲宽度,根据初始转速预估值自适应二次修正脉冲间隔,从而针对不同的电机参数或运行状态自动施加合理的零电压矢量脉冲。仿真结果表明,所研究的自适应零电压矢量三脉冲法脉冲宽度及脉冲间隔调节效果好,初始位置/转速观测和带速重投的可靠性高。

大功率低速直驱电机电磁特性对比分析

针对大功率低速直驱电机,对其电磁特性进行对比研究,以设计的一台36槽30极极槽数相近的大功率低速直驱电机为例,在空载和负载两种状态下,对比不同定子硅钢材料对该种电机的电磁特性及效率的影响。有限元分析表明,采用取向硅钢定子材料的大功率低速直驱永磁电机与常规硅钢定子材料的该种电机相比,电磁特性更优,空载时取向硅钢材料会削弱齿部饱和现象,负载时提高了电机的输出转矩,降低了电动势波形畸变率;降低了永磁体涡流损耗幅值,两部电机效率相差不大,为该类电机工程上实际生产提供参考。

面向海上风电仿真的永磁同步发电机电磁暂态等效建模方法

海上风电的建模与仿真是构建新能源为主体的新型电力系统的关键支撑技术。永磁同步发电机(PMSG)作为直驱或半直驱机型的核心元件,现有模型存在一定的局限性:商业软件提供的灰箱模型无法得知建模原理,开放程度不够,限制了风电机组应用高效电磁暂态建模算法与并行加速算法;目前常用的PMSG建模方法无法生成接口与外电路连接;PMSG是同步发电机的一种,而同步发电机有不同阶数的数学模型,现有模型不便更改。针对上述问题,该文提出阶数可选的PMSG电磁暂态等效建模方法。首先对发电机电压、磁链方程进行离散化;然后通过单步长延时消除代数环,重构PMSG模型,推导得到其诺顿等效电路并构建模型整体仿真框架;最后,在RTDS仿真平台中进行仿真分析。结果表明四阶、二阶模型在场站级仿真具有适用性,而六阶模型实现了对基准模型的多工况高度拟合,平均相对误差小于4%,能够同时满足场站级与机组内部各仿真需求。

5.5 MW半直驱中速永磁风力发电机温度场分析

本文建立了半直驱中速永磁风力发电机的三维流体与传热耦合模型,进行了数值模拟,获得了电机内部温度场,并与试验样机实测数据进行了对比。总结了大功率中速永磁发电机内部传热规律,为发电机冷却结构优化设计提供理论依据。

新景矿带式输送机驱动装置更换优化研究

针对新景矿主煤流运输系统芦南分区带式输送机驱动装置使用年限较长,经常出现各种问题的情况,在保证主煤流运输系统正常运行的前提下,对其驱动装置进行更换。根据新景矿实际情况研究优化方案,对更换的驱动装置进行选型分析,最终确定采用“永磁直驱电动滚筒+变频软启动”代替原有驱动装置。实践表明,此次设计选用更换的驱动装置应用效果良好,且利用矿井检修的3 d时间完成了设备的安装及运行调试,对运输系统的正常运行无影响,保证了煤矿的安全高效开采。

半直驱中速永磁同步发电机轴承发生微电流腐蚀的故障诊断分析

轴承滚道形貌出现“搓衣板”纹路的故障模式是风电机组常见的主要故障之一。针对半直驱中速永磁同步发电机轴承发生微电流腐蚀故障,首先通过在线监测系统采集发电机轴承运行时的振动信号,然后对振动信号故障特征进行提取与诊断分析,研究和复现轴承滚道微电流腐蚀的失效模式和故障发展历程,最后同步验证抑制轴电流的措施的有效性,以此保障风电机组健康可靠地运行。分析表明:该故障风电机组的发电机轴承滚道出现的“搓衣板”纹路并非轴承的主要失效模式,而是轴承滚道发生二次损伤的表现。随着时间推移,轴承滚道出现的损伤(浅坑)纹路逐渐重复叠加并变得更加清晰,说明该发电机的主要失效模式为轴承微电流腐蚀。

永磁变频直驱在“110工法”开采中的创新应用

针对黄陵矿业公司一号煤矿1009综采工作面“110工法”智能开采模式下对胶带运输系统大运力、长距离、无中驱动、智能变频控制的需求,而传统异步电动机+CST系统的驱动结构又难以适应当前环境,从而创新应用永磁变频同步电动机直驱系统,探讨分析了永磁同步变频直驱系统结构组成、永磁电动滚筒的特点、变频智能驱动系统特点及优势。在此基础上,结合一号煤矿1009智能综采工作面实际应用和煤流负荷监测及调速系统进行升级改造。分析认为,智能永磁同步变频直驱系统在驱动性能、运输效率、检修维护、智能监测、节能降耗、动态调速、异物检测、智能化故障诊断等多方面具有优势,为“110工法”智能化综采工作面运输系统高效稳定、节能降耗起到支撑作用。

Analysis and control of novel split-winding doubly salient permanent magnet motor for adjustable speed drive

In this paper, a novel split-winding doubly salient permanentmagnet (DSPM) motor is proposed and the theoretical and experimental studies on the magnetic field, static characteristics and control strategy of this motor are carried out. The steady-state and dynamic models are presented and the output power equation is derived. The feasibility of extending the operation range of the DSPM motor by using split-windings is proved. The finite element method is used to analyze the magnetic field, in which the leakage flux outside the stator circumference is taken into account. Based on the operation principle and the static characteristics of the motor, the control strategy and scheme are developed and implemented in a microcomputer-based controller. According to the features of the 4-phase 8/6-pole DSPM motor, a half-bridge power converter without neutral is adopted to reduce the number of power devices and to eliminate the problem of voltage unbalance in the split capacitors. The experimental results on the prototype machine not only verify the theoretical analysis, but also show that the proposed DSPM motor drive possesses good steady-state and dynamic performances, offering high efficiency over wide power range, and that the split-winding topology can effectively extend the operation range of the DSPM motor.

高压低速永磁直驱皮带机多机协同控制技术研究

皮带机行业使用异步电机、减速机、液力耦合等传统的传动方式,导致传动链路长、传动效率低、维护成本高等问题。本文采用高压低速永磁变频直驱传动方式,最大地简化了系统传动链路,从根本上解决了传统皮带机传动链路长,传动效率低的弊端以及低速永磁直驱电机的双机协同控制及重载起动难题。

新能源汽车高速电机定子换位绕组优化设计

针对新能源汽车发卡绕组永磁电机在高速运行时绕组交流损耗过高的问题,以6极54槽内置式永磁同步电机为研究对象,开展了低绕组交流损耗换位绕组技术研究。首先,基于槽内绕组交流损耗分布特征,提出了对靠近槽口处的导体进行端部扭转换位的方法。对比绕组槽内换位的方式,证明了端部扭转换位方法可实现对绕组交流损耗的有效抑制。其次,研究了槽型尺寸及导体尺寸参数等对于换位绕组交流损耗的影响规律,确定了换位绕组优化方案。最后,利用有限元(FEA)法,综合对比换位绕组与原发卡绕组的效率分布特性与整车循环工况效率。研究表明,换位绕组方案在不影响循环工况(CLTC)效率的前提下,显著降低了电机高速区的交流损耗问题,为解决新能源汽车高速电机绕组交流损耗问题提供了方向。

气隙固定磁通可调型永磁调速器极槽配合分析

为了提升永磁调速器的输出转矩,并简化其调速过程中所需机械操动机构,将开槽导体转子结构和机械调磁方法相结合,提出了一种气隙固定磁通可调型永磁调速器.首先,分析新型永磁调速器的结构特征和运行原理;然后,基于理论模型和有限元法分析影响其基本电磁特性的关键因素,重点研究永磁极数与导体转子槽数之间的配合问题,并获取多种极槽配合情况下输出转矩滑差特性以及转矩脉动情况;最后,以输出转矩最大、转矩脉动最小为目标,获取最优极槽配合方案,并制造原理样机,得到其调速特性、功率、损耗和效率.结果表明:每对极导体转子槽数为奇数时,转矩脉动小;每对极导体转子槽数为偶数时,转矩脉动较大,并且随着每对极导体转子槽数的增加,转矩脉动降低.

基于抗扰扩展卡尔曼滤波的摇臂伺服控制

大惯量直驱系统通常需要高增益控制器去实现高响应伺服控制,一般采用位置传感器,经过锁相环配合滤波器对转子位置进行处理,获得转速反馈。常规滤波器的高带宽容易引入转速噪声影响控制稳定性;而低带宽滤波器又限制了控制系统动态响应。针对此现象,该文首先采用基于摇臂运动模型的抗扰扩展卡尔曼滤波器(extended Kalman filter,EKF)观测电机转速,该方法既避免了信号噪声,又便于支持基于模型的运动控制方法获得高控制响应。实际对象运动中模型参数变化较大,例如运动阻尼、电机转矩常数等在不同摇臂位置的数值差别较大,而常规EKF对参数依赖较高。为解决该问题,引入抗扰补偿机制,通过比较EKF位置估计值与实际转子位置测量值偏差,可以获得运动参数变化导致的观测扰动。通过补偿该扰动,可以抑制由于参数变化导致的速度观测误差;再次,采用模型预测控制(model predictive control,MPC)来进一步改善系统动态性能;最后,通过仿真对所提策略进行了研究,并在基于永磁同步电机(permanent magnet synchronous motors,PMSMs)的摇臂伺服实验台上验证了所提方案的有效性。

双筒永磁调速器在磨煤机本质安全化方面的应用

本文通过对青岛特钢三台磨煤机中使用永磁调速器进行安全节能改造,实现了设备运行的可靠稳定和高效节能,大大改善了磨煤机的操作性能,提高了磨煤机在运行维护等环节的安全性,达到操作管理过程本质安全化的要求。

带式输送机直驱系统永磁电机优化设计研究

变频+永磁电机的带式输送机永磁直驱系统具有效率高、可靠性高、维护工作量少、噪音低、驱动结构简单和起动性能好等优点,符合国家高效节能的低碳发展战略,是未来带式输送机驱动系统方向。然而永磁直驱电机由于自身具有低速大扭矩特点,带来电机体型偏大,给运输和安装带来不便,且永磁材料成本较高。针对永磁直驱电机体型较大问题,提出一种采用电机机壳水冷加电机定子线圈集中绕组的设计方案,同时对转子磁极结构进行优化,使得电机效率得以提高、体积得以减小,节约制造成本,方便电机运输与安装,提高永磁直驱方案市场竞争力。

关于低压变频调速永磁三相同步电动机仿真分析

随着永磁电机的不断发展,节能效果越来越显著,越来越受到广大用户的认可,开始有更多的人对永磁电机开展研究,现以110kW-4极3800r/min变频调速永磁三相同步电动机为例,结合Ansoft软件,对电机空载、负载、过载等情况进行仿真分析,充分了解磁路结构,并结合SolidWorks软件,对本案例电机的机械结构进行简单分析,了解永磁电机的结构特点。

新型双凸极永磁电机调速系统的变参数PI控制

双凸极永磁电机转矩和转速之间具有强烈的非线性关系,采用常规线性PI控制器难以得到令人满意的控制特性,为此根据PI控制器各参数在调节过程中的不同作用,提出了适于单片机上实现的变参数PI控制模型,并用遗传算法求解其参数,理论分析与实验结果均表明,变参数PI控制器比常规PI控制器具有更强的自适应性,双凸极电机调速系统具有优良的稳态和动态性能,该文所提出的控制模型及其算法是正确和有效的。

永磁游标电机的研究现状与最新进展

永磁游标电机以其结构简单、转矩密度高等优点得到了国内外电机领域广泛关注,并就其工作原理、电机拓扑和电磁特性等进行了深入研究,结果表明该类电机非常适于低速直驱应用场合。根据定子拓扑结构的不同,永磁游标电机可分为单齿开口槽和多齿分裂极两大类。该文分析了它们的磁场调制原理及工作特点,总结了一般定转子结构以及若干特殊结构,并分别提出了多齿分裂极聚磁式永磁游标电机和混合励磁记忆游标电机,以提高电机转矩密度和扩大电机调速范围。文中还讨论了永磁游标电机在不同领域的研究和应用,总结展望了相关理论与技术研究的发展方向。该文对永磁游标电机理论研究与工程应用具有一定的参考价值。

电动汽车用永磁电机弱磁调速能力

针对电动汽车驱动系统对永磁电机恒功率调速范围的较高要求,研究了内置V型磁路结构参数对永磁电机弱磁调速能力的影响。采用有限元仿真的方法分析相邻磁极间距和磁极中心植入深度与直轴电感、交轴电感、凸极率、气隙磁密和永磁磁链之间的关系,并由此得到永磁转矩和磁阻转矩的变化规律。结合电机控制器最大逆变电压和输出电流,总结出永磁电机反电势和转子结构参数与弱磁调速范围的关系。样机实验结果表明,通过调整转子磁路结构进而优化电机反电势和凸极率的方法能够有效拓宽永磁电机弱磁调速范围。电动汽车用永磁电机应适当增加转子相邻磁极间距并降低永磁体埋置深度,降低电机反电势的同时增加磁阻转矩,提高恒功率调速阶段带载能力。

永磁同步电机调速系统的滑模控制

永磁同步电机(PMSM)是一个典型的非线性多变量强耦合系统,对外界扰动及内部参数变化较为敏感。传统的PI调节器由于控制方法简单,被广泛应用于PMSM调速系统,但它往往不能满足高性能控制要求。本文将滑模变结构控制(SMC)应用于PMSM调速系统,针对一般滑模控制中控制量的求取需整定多个参数范围带来的复杂性问题,结合趋近律法设计了一种变参数SMC方法,给出了控制器的设计方法,并对所设计的系统进行了仿真分析和实验研究。结果表明该控制器使系统具有快速性、稳定性、无超调以及抗负载扰动强等优点,提高了系统的鲁棒性。