基于不同绕组形式双定子低速大转矩永磁直驱电机转矩脉动的分析与抑制

双定子低速大转矩永磁直驱电机(DLHPMDM)具有高转矩密度和高效率等优点,是传统低速大转矩传动系统的良好替代方案。DLHPMDM可以看作由内、外两台电机构成的整体。绕组形式选择不仅直接影响内、外电机的转矩性能,内、外电机不同绕组形式的组合还会改变内、外电机输出转矩的叠加效果,最终影响DLHPMDM的转矩脉动水平。首先,基于双定子电机的转矩叠加原理,提出一种抑制DLHPMDM转矩脉动的设计方法,采用解析法分析内、外电机反电动势谐波相位差如何影响纹波转矩的叠加效果,并对内定子采用不同绕组形式时DLHPMDM的转矩性能进行仿真分析和初步验证。其次,考虑到绕组谐波引起的谐波电流对转矩脉动的影响,采用以电压源为激励的有限元分析进一步验证了内、外电机选用合理的绕组形式组合时,内、外电机纹波转矩的叠加削减作用能够有效降低DLHPMDM的转矩脉动。最后,采用转矩脉动最低的设计方案试制了一台DLHPMDM样机并完成相关实验,实验结果验证了分析的准确性。

双三相永磁同步电动机驱动器全开路故障模式的诊断方法

准确地对驱动器开路故障进行识别与诊断能够有效防止故障进一步恶化所引起的严重事故,也是实施恰当容错控制策略的先决条件。驱动器的开路故障类型包含单个功率开关管故障、多个功率开关管故障以及功率开关管和相的混合故障,提出能够识别上述所有类型全开路故障模式的诊断方法。首先,为了便于模拟多类型的故障场景并提高理论模型的计算精度,构建能够计及诸多非理想因素和电机与驱动器之间相互影响关系的直接耦合分析模型,并通过实验验证了该模型的准确性和有效性。其次,通过矢量空间解耦中的子平面电流和绕组相电流分别提取故障因子和辅助故障因子,提出基于2种故障因子的诊断方法,并明晰2种故障因子的阈值范围和使用方法。最后,依托验证后的直接耦合分析模型,对6种不同类别的开路故障进行识别和诊断,证明所提方法的有效性。

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。

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.

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。

永磁直驱风电系统变流器拓扑分析

永磁直驱风电系统变流器为永磁同步发电机和电网的接口,对其常用的拓扑进行了详细的分析和说明,包括不控整流+逆变器、不控整流+DC/DC变换+逆变器、背靠背双PWM变换器等拓扑,对其工作原理、应用和优缺点进行了介绍和对比,并针对风电机组对大功率变流器的需求,对大功率拓扑结构的特性和应用进行了详细的介绍。不控整流+Boost变换+并网逆变器和背靠背双PWM变换器2种拓扑是目前的优选方案,多电平变换器因其优良的性能将具有良好的发展前景。

五相逆变器双电机驱动系统直接转矩控制

该文针对五相逆变器双电机驱动系统提出了一种直接转矩控制方法。首先通过传统的直接转矩控制得到两台永磁同步电机的6个相开关状态,其中4个相开关状态直接施加到4个独立桥臂,然后通过权重函数确定公共桥臂的开关状态。该文还分析了电机性能的畸变情况。实验结果验证了五相逆变器双电机驱动系统直接转矩控制的可行性及有效性。

直驱式风力发电机无位置传感器矢量控制

为满足低压大功率输出的要求,直驱式风力发电系统采用双三相永磁同步发电机和变流器并联技术相结合的拓扑结构。针对位置传感器故障率高、易受干扰等问题,在风力发电机功率控制的基础上提出一种双三相永磁同步发电机无位置传感器矢量控制算法。根据矢量空间解耦原理建立双三相永磁同步发电机的数学模型。利用模型参考自适应系统估计发电机转速,依据波波夫超稳定理论推导出自适应律,分析发电机参数变化对速度估计的影响。通过对电机定子直流励磁获得转子初始位置。仿真和实验结果表明该算法能实现风力发电机可靠起动,有很好的速度跟踪性能和稳态精确度,使发电机能在额定风速下最大限度获取风能,并能稳定运行于恒速和恒功率区域,且对发电机参数变化不敏感,算法计算量小。

磁悬浮永磁直线同步电动机的有限元分析

针对数控机床直线电动机驱动系统中动子与导轨之间的摩擦问题,提出采用直接磁悬浮永磁直线同步电动机实现无摩擦进给的方法.该电动机的动子上有两套绕组,一套为推力绕组,用于产生电磁推力;另一套为悬浮绕组,用于产生可控的磁悬浮力.采用Maxwell应力张量法推导了电动机的电磁推力和悬浮力的数学模型,并采用Ansoft对不同永磁材料电动机的电磁推力和磁悬浮力进行有限元分析.计算结果验证了数学模型的正确性,证明了采用磁悬浮双绕组永磁同步电动机实现无摩擦进给的可行性.

直驱风电系统双PWM变流器无源混合控制

结合风力机的非线性特性和双PWM变流器的控制策略,提出了转速外环和电压外环采用PI控制,电流内环采用无源控制的混合控制策略。从能量角度出发,分别建立了dq坐标系下的EL模型,为提高变流器的动态性能,采用了注入阻尼的方法,得到了无源控制律。仿真结果表明机侧变流器实现对永磁同步电机的控制和转速调节;网侧变流器实现直流电压跟踪控制、单位功率因数、交流电流正弦化。

Halbach阵列筒式永磁调速器研究

应用有限元仿真技术,对3种磁极排列和充磁方式对筒式永磁调速器转矩的影响进行研究,3种磁极排列和充磁方式分别为Halbach阵列M_2(极宽系数k=1)、Halbach阵列M_3(极宽系数k≠1)及传统磁极阵列M_1(径向充磁且极宽系数k=1)。结果表明,3种方式中,M_3具有最大的输出转矩,机械特性硬度也最大,具有较高的工作稳定性。在转差率3.5%时,M_3的输出转矩在k<3.2时随k的增大而增大;当k>3.2后,输出转矩逐渐减小,即输出转矩在k=3.2处取得最大值。当k变化在2.3~4时,输出转矩的波动范围不超过其最大值的1%。故在设计调速器时,M_3的极宽系数k≥2.3即可。

薄煤层采煤机机电液系统改进设计

薄煤层采煤机工作的高度比较矮,操作及维护人员在井下工作时直不起腰,从机、电、液3方面入手,打破传统设计,采取将部分液压系统和电气控制元件外置于巷道等办法,提高采煤机的井下可维护性及工作可靠性,并对水系统进行改进,减少工作面湿气,改善工作环境。

永磁电机直驱螺杆泵井杆柱反转能量吸收技术

针对永磁电机直驱螺杆泵井在突然断电的情况下,抽油杆贮存的弹性势能驱动永磁电机高速反转,并导致抽油杆脱断和驱动头零部件飞逸等问题,提出一种永磁电机直驱螺杆泵井杆柱反转能量吸收技术。该技术基于能耗制动原理,利用永磁电机反转发出的电能作为控制电源,根据转速反馈信号,通过调节PWM斩波调阻电路的占空比改变制动电阻阻值,保证在反转速度恒定条件下,实现电机输出制动转矩随反转势能的变化而自动调节的目的,使反转能量低速、柔性释放。通过试验与在井运行的方式验证了该技术的有效性。

基于模型预测的双电机驱动系统协调控制方法

该文提出一种基于双电机驱动的伺服方案,以解决摇臂系统传动齿隙引起的问题。齿隙问题的本质是齿轮侧隙降低了等效系统刚度,进而导致负载自激振荡,这在该文的实验中得到证实。双电机驱动的拓扑结构不仅具有结构紧凑、对称的优点,而且还为改善重型摇臂伺服系统性能提供了契机。基于双电机控制系统,在其中2个电机的电流参考指令中注入一个抵消侧隙影响的协调分量,以增强系统刚度,进而抑制到位震荡。在振动抑制的基础上,才能提高伺服系统的动态响应性能。该文采用模型预测控制(model predictive control,MPC)来改善系统的动态性能,使得电机转速响应更快、更准确,尤其在低速的情况下,精确的转速控制直接提高了伺服定位精度。该文通过对比研究,展示了该控制方案的优点。通过仿真对所提出的策略进行研究,并在由永磁同步电机(permanent magnet synchronous motors,PMSM)构成的实验台上对所提方案的控制效果进行验证。

永磁涡流柔性传动调速技术的应用

为了降低能耗,减少企业的生产成本,将永磁涡流柔性传动调速装置节能技术应用到轧钢用除尘风机上,能在满足生产工艺需求的条件下对除尘风机进行调速控制,使除尘风机始终在高效点上运行,节约大量的电能。

基于VSG的并网型直驱永磁风力发电的频率调节

直驱永磁同步风力发电机通过背靠背变流器与电网连接,这会导致电力系统频率与发电机功率解耦,从而带来在系统频率变化时不具备惯性响应的问题。针对这一问题,文章将虚拟同步发电机(VSG)控制策略引入到逆变器的控制当中,利用虚拟惯量支撑系统频率的变化。同时,该方法结合了发电机与变流器,其中发电机侧变流器采用转子磁链定向的矢量控制来保持直流母线电压的恒定,而直流母线电压大小的变化会反映系统频率的变化,进而将电机出力情况和系统频率变化联系起来。最后,在MATLAB/Simulink中对同步发电机搭建相关仿真模型,并且仿真结果验证了这种控制策略对于系统频率调节的有效性。

刮板输送机双机驱动系统研究

目前对刮板输送机采用永磁同步电动机驱动的研究大多通过改造驱动系统的机械结构提升效率,对永磁同步电动机优化控制算法的研究较少。针对该问题,将最大转矩电流比(MTPA)控制和弱磁控制引入刮板输送机双机驱动系统中:电动机运行于额定转速以内时,采用MTPA控制,通过给定直轴电流实现单位电流最大转矩输出,以降低电动机损耗;通过弱磁控制扩大刮板输送机的调速范围,以适应不同生产负载场景,保证刮板输送机出煤量相对稳定。针对刮板输送机双机功率不平衡的问题,采用主从控制方式,将机尾电动机作为主机,机头电动机作为从机,将主机的转矩给定传输至从机的MTPA控制和弱磁控制中,实现功率平衡。在AMEsim中搭建刮板输送机有限元仿真模型,在Matlab/Simulink中搭建刮板输送机双机驱动系统仿真模型,通过AMEsim与Matlab/Simulink联合仿真验证双机驱动系统控制策略的有效性,结果表明:电动机突然加大负载后,在MTPA控制下定子电流稳定在130.1 A,而在传统矢量控制下定子电流稳定在149.2 A,在相同输出转矩下,输出定子电流越小越好,因此MTPA控制的优势比较明显;弱磁控制将电动机的调速范围从0~750 r/min扩大到0~850 r/min;主从控制方式能够使从机与主机转矩一致,实现双机功率平衡。

双永磁同步电机滑模同步控制仿真研究

在大功率负载场合,采用双电机同步驱动可有效降低单台电机的重量、体积和成本,但由于负载扰动的影响,两电机经常会出现失同步现象。为提高双永磁同步电机驱动系统对于负载扰动的鲁棒性,提出一种交叉耦合控制与滑模控制相结合的转速同步控制策略。控制策略采用滑模速度跟踪控制器来提高电机的抗扰动性能,采用滑模速度同步控制器对两电机的电流环进行补偿来增强两电机之间的同步性。仿真结果表明,控制策略提高了系统对于负载扰动的鲁棒性和同步性,具有较好的动态和静态性能。

基于阻抗灵敏度的直驱风电场并网次同步振荡影响因素及参数调整分析

近年来，我国新疆地区出现了直驱风电场并入交流电网的次同步振荡问题，目前，频域下的阻抗分析法是针对该问题的一种主要研究方法。引入频域灵敏度的概念，将阻抗分析法与灵敏度分析结合，在风电场和电网阻抗模型的基础上，通过计算系统阻抗对参数的阻抗灵敏度，直观反映参数变化对系统阻抗曲线的影响，从而确定影响风电场并网次同步振荡特性的主导因素。然后，结合基于阻抗特性的频域稳定判据对重要参数进行分析，制定具有抑制次同步振荡作用的参数调整方案。最后，通过时域仿真验证了灵敏度分析和参数调整方案的正确性和有效性。

螺杆泵环空测试永磁电动机直驱驱动装置

采用螺杆泵永磁电动机直驱驱动装置采油方式的井口没有测试通道,不能下入井下测试工具对螺杆泵井的井温、流压、密度和产液剖面等参数进行测试。为此,研制了螺杆泵环空测试永磁电动机直驱驱动装置。它主要由驱动装置、偏心测试井口装置及井口测试密封装置等组成。偏心井口的可调立管可使立管中心偏离井口中心,为测试通道提供足够空间;偏心油管挂上设计有测试孔,测试孔处连接组合式密封测试阀,测试仪器通过测试阀下入井下,测试方便。现场试验表明,螺杆泵环空测试永磁电动机直驱驱动装置能够在螺杆泵井正常生产情况下,进行井下压力、温度、密度和产液剖面等参数的动态环空测试。