基于改进的离散域二阶滑模观测器的内置式永磁同步电机无位置传感器控制

滑模观测器由于对系统不确定性具有良好的鲁棒性,逐渐应用于永磁同步电机无位置传感器控制中,但是在实际应用中滑模观测器的抖振现象会严重影响系统控制性能。该文提出一种用于内置式永磁同步电机无位置传感器控制的改进的二阶滑模观测器,采用基于Super-twisting算法的二阶滑模观测器,不同于常规的通过滑模观测器估算得到反电动势分量的方法,该方法基于内模控制原理引入二阶广义积分器,通过滑模观测器估算得到反电动势误差分量,再经过二阶广义积分器得到估算的反电动势分量,能够在保证估算准确性的同时很好地抑制系统抖振。同时,为了消除数字实现过程中的离散化误差和估算反电动势分量的耦合项,提高估算的准确性,重新构建了基于扩展反电动势的离散域数学模型,并基于该模型设计了改进的离散域Super-twisting滑模观测器。最终将估算得到的扩展反电动势分量用于估算转子位置和转速。通过实验对该文提出方法的有效性进行了验证。

内置式永磁同步电动机弱磁控制实验研究

以内置式永磁同步电动机为研究对象,提出一种具有快速动态响应的前馈弱磁控制策略。根据电机运行时的转矩和定子磁链给定值,通过实时查表得出电机的交、直轴电流参考值;同时为了解决电动机高速运行时参数漂移问题,在前馈控制基础上叠加了基于输出电压的闭环控制策略,有效地提高了系统的鲁棒性。实验结果证明电动机在全速范围弱磁控制策略的有效性。

一种新的内置式永磁同步电机弱磁调速控制方法

提出了一种新的内置式永磁同步电机弱磁调速的电流调节算法。该算法能够保证电机在整个弱磁调速区以最大的转矩电流比运行。其d轴电流根据外部转矩、转速给定和母线电压值的变化来决定,q轴电流分量则由d轴电流值和转速值来决定。文章通过系统仿真验证了该算法具有动态反应快、调速区间转换平稳的特性。

永磁同步电机单位功率因数控制

为了实现永磁同步电机调速系统的高性能控制,提出了一种基于定子磁场定向的内埋式永磁同步电机单位功率因数控制方法。在对内埋式永磁同步电机数学模型进行分析的基础上,推导得到单位功率因数控制的电机功角表达式。设定定子电流矢量与定子电压矢量相位相同,通过计算得到的功角和转子位置角进行坐标变换,保证电机按照单位功率因数运行。稳态分析表明该控制方法具有效率高,动态性能好等特点。利用Matlab/Simulink仿真软件搭建系统仿真模型,仿真实验结果验证了该控制方法的有效性与可行性。

内置式永磁同步电机弱磁调速控制

在对内置式永磁同步电机数学模型深入研究基础上,提出了一种最优弱磁路径控制策略,该控制策略是基于由直轴电流Id和交轴电流Iq所构成的状态空间,以最大电流曲线、最大磁链曲线和最小磁链转矩比曲线为边界而提出的一种最优弱磁路径。该控制策略以实现在电机任何转速下输出力矩范围最大化和电机电枢电流最小化为目标,指出了电机在各种转速下的力矩控制方法,充分挖掘电机的自身潜能,有效保证高速高精型数控机床的加工运行。仿真和实验研究表明,该控制策略可以大大提高电机的调速范围,同时保证转矩有良好的可控性。

内置式永磁同步电机转子加装工艺设计

根据内置式永磁同步电动机转子的结构特点和永磁体材料的温度特性,研究转子铸铝的特殊加工工艺,解决转子铸铝时铝液易渗入转子磁体槽的问题。设计钕铁硼永磁体的压力装配工装模具,实现转子中的永磁体由机械压装替代传统的手工装配,在内置式FYT300永磁同步电动机的批量生产中,验证了工艺的可靠性和有效性,提高了转子磁体的装配效率和装配质量。

宽调速可控磁通永磁同步电机磁路设计和有限元分析

提出了一种内置混合式转子可控磁通永磁同步电机,是真正意义上的宽调速电机。其径向永磁体采用剩磁密度和矫顽力都很高的钕铁硼,而切向永磁体采用剩磁密度高但矫顽力却很低的铝镍钴。通过定子直轴电流矢量脉冲控制铝镍钴的磁化方向和强弱,使钕铁硼产生的磁通部分穿过气隙,部分被铝镍钴在转子内部旁路,使永磁气隙主磁通受控。给出了永磁体尺寸和磁路结构尺寸的选取原则,特别是将交轴磁路磁阻设计的较大,交轴电感较小时,弱磁效果会更好,还能减少电枢反应对永磁气隙主磁通的影响。对两种极端磁化状况下模型电机内部磁场的分布进行了有限元分析,说明所提出的设想是可行的。

内置式“一”型永磁同步电动机的转子结构优化

为了提高6极36槽内置式"一"型永磁同步电动机性能,通过对永磁体的厚度和嵌入深度进行优化分析,提高电动机的功率因数和效率。基于Maxwell 2D对永磁体的厚度和嵌入深度进行优化仿真,分别得到最佳永磁体厚度和嵌入深度,为永磁同步电机提高功率因数和效率提供了一种可靠的方法。最后试制了样机,通过和原先电动机进行对比分析可知,该电机的功率因数和效率同时得到了提高,该文在工程实践和理论上有较高的参考价值。

内置“一”型永磁同步电机齿槽转矩削弱

为降低内置"一"型永磁同步电机齿槽转矩,提出了永磁体不均匀分块的方法。首先列出了齿槽转矩解析式,由解析式与永磁体剩磁密度分布的傅里叶展开式,分析了永磁同步电机的磁极在体积不变的情况下,将磁极合理分块后的齿槽转矩比磁极不分块时小。然后,以8极36槽永磁同步电机为例,用有限元软件建立二维模型,分析3个永磁块不同宽度分配对齿槽转矩的影响。最后,分析了永磁体分块对电机反电势和输出转矩的影响。经过有限元软件仿真,结果表明,合理的永磁体非均匀分块能大幅降低齿槽转矩。

永磁同步电机参数对弱磁性能的影响

该文首先分析了永磁同步电动机凸极比大于1时凸极比、交直轴电感量对电机性能的影响,然后分析凸极比小于1时电机运行性能,进而分析比较凸极比大于1和凸极比小于1时电机在弱磁调速时的转矩和最大输出功率,通过数学仿真求得转矩和最大功率输出曲线,仿真分析结果表明凸极比大于1的永磁同步电动机更适合弱磁调速。

磁极偏移法抑制表面-内置式永磁转子同步电机齿槽转矩分析

针对所提出的表面-内置式永磁转子同步电机(SIHPMSM)结构特点,建立不同充磁方式下SIHPMSM的齿槽转矩解析模型。分析SIHPMSM磁极偏移状态下整体和单个磁极的齿槽转矩解析公式,得到磁极整体偏移和磁极分组偏移的齿槽转矩优化方法。采用有限元法计算SIHPMSM在不同充磁方式下磁极偏移时的齿槽转矩,与实验样机测试结果进行对比,得出最优的齿槽转矩优化方案。对比分析优化前后电机反电势、电磁转矩、转矩波动、效率等性能参数,验证了所采用优化方法的正确性与合理性。

一种新的直接转矩控制的定子磁链幅值给定机制

针对插入式或内装式永磁同步电动机,介绍了直接转矩控制原理并推导出了定子磁链幅值参考给定的条件。其中详细分析了定子磁链幅值波动对电磁转矩波动的影响,并在此基础上提出了一种精确的定子磁链幅值给定计算方案,使得定子磁链幅值给定有规律可循,而且采用这种改进的直接转矩控制策略可以获得理想的转矩-负载角曲线。Matlab仿真表明,采用这种改进的直接转矩控制策略,能获得更快的电磁转矩动态响应,减弱定子磁链幅值波动对电磁转矩的波动影响。

内置式永磁同步电机双层磁钢结构优化设计

为有效改善永磁同步电机的转矩输出能力和弱磁扩速能力,将双层磁钢结构用于电动车辆用内置式永磁同步电机中,在不增加转子径向尺寸的前提下放置更多的永磁体,从而提高了永磁体工作点和电机凸极率。同时,以提高电机输出转矩性能和增强电机弱磁扩速能力为优化目标,以双层磁钢磁极结构参数为优化变量,基于Taguchi法实现了内置式永磁同步电机转子磁极结构的多目标优化设计,在有效抑制电机电磁转矩波动的同时扩大了电机转速运行范围。在此基础上,对空载运行、额定负载运行、最大转矩运行、最高转速运行等4种电动车辆用内置式永磁同步电机典型工况进行了有限元仿真分析。结果表明:通过优化磁极结构,电机最大转矩点和最高转速点的电磁转矩平均值分别达到164.18 N·m和34.81 N·m,均高于设计要求,最大转矩点和最高转速点性能得到了提升,验证了所提双层磁钢结构和优化设计方案的有效性。

对称转子辅助槽对内置式永磁同步电机齿槽转矩的影响

为减小内置式双层永磁体结构永磁同步电机齿槽转矩,研究了关于转子开辅助槽的方法。首先从理论上分析了齿槽转矩的产生机理,指出了转子开辅助槽降低齿槽转矩的可行性。然后运用有限元分析的方法,建立了8极48槽内置式V一型永磁同步电机仿真模型,并在转子表面关于永磁体中心线开设对称半圆形辅助槽,分析了辅助槽位置、半径,及单变量参数化顺序对齿槽转矩的影响。最后对比分析开槽前后电机的性能参数,结果表明,合理开设转子辅助槽可有效地降低齿槽转矩并保证电机其他性能基本不变。

内置式永磁同步电动机经验设计

提出了内置式永磁同步电动机的经验设计方法。应用经验设计方法,可以比较简单的计算内置式永磁同步电动机主要设计参数的预估值。用预估值代入性能校核程序,根据计算结果适当调整有关参数。样机验证了提出的经验设计方法的可行性。

永磁同步电机的弱磁控制方法

永磁同步电机(PMSM)是最流行的电机,例如作为高速电动列车的牵引电机,源于其高转矩电流比的特性和能够通过弱磁控制扩大恒功率区域的能力,矢量控制理论的发明是交流调速领域中的一个重大突破,文中将详细讨论永磁同步电动机的矢量控制,在推导其精确数学模型的基础上分析了矢量控制理论用于永磁同步电动机控制的几种电路控制策略,包括了id=0控制,最大转矩/电流控制,最大输出功率控制,最小磁链转矩比控制,最大电压转矩比等。

内置式永磁同步电机齿槽转矩优化设计

为降低内置式永磁同步电机齿槽转矩,提出一种新的转子开槽设计方法。首先给出了齿槽转矩解析式,从解析式上分析了转子开槽降低齿槽转矩的有效性。然后,以12槽10极内置式永磁同步电机为例,结合有限元软件对转子开槽半径与角度进行了扫描仿真,给出了最优齿槽转矩下对应的开槽半径和角度。最后,分析了转子开槽对电机运行性能的影响。结果表明,合理的对转子开槽设计可大幅降低电机齿槽转矩,同时保证其它性能参数在较优范围内。

凸极转矩对内置式永磁同步电机转矩波动的影响

转矩波动是内置式永磁同步电机的主要缺点之一,而凸极转矩在转矩波动中占有一定比例。首先给出了包含凸极转矩的内置式永磁同步电机的转矩波动计算公式;其次,通过有限元法计算了内置式永磁同步电机不同转子结构情况下空载反电动势谐波畸变率(THD)与电机电磁转矩波动的关系,揭示两者不成比例;最后利用保存磁导率法和傅里叶分解法将永磁转矩与磁阻转矩进行分离并进行了对比,得出两者在电磁转矩中所占的比例,同时计算了纹波转矩和凸极转矩的波动情况,得到永磁转矩产生的纹波转矩与EMF的THD有关,而磁阻转矩产生的凸极转矩与EMF的THD无关,为降低内置式永磁同步电机转矩波动提供了理论依据。

内置式永磁同步电机交直轴电感研究

电感是永磁同步电机控制中重要的性能参数,其数值结果直接影响系统控制算法的实现及性能优劣。本文首先结合坐标变换给出了永磁同步电机数学模型,同时给出了最值法测定电感的原理。然后,以12槽10极内置式永磁同步电机为例,采用最值法对其d、q轴电感进行了研究。最后,分析了实际样机生产中定子内圆圆度对电感的影响。结果表明,最值法电感仿真与试验结果误差在4%以内,定子内圆圆度主要影响d轴电感,对q轴电感影响很小。

基于分层优化策略的永磁同步电机转子结构多目标优化

永磁同步电机对转矩输出的平滑性有较高要求.内置式永磁同步电机受齿槽转矩、磁阻转矩脉动、电磁转矩脉动等因素影响,输出转矩脉动相对较大,增加了电磁噪声和输出的不稳定性.基于一台20 kW永磁同步电机建立有限元模型,验证模型的准确性.以电机最大输出转矩、最小转矩脉动、最小齿槽转矩为优化目标,对电机转子结构参数进行灵敏度分析,并综合NSGA−Ⅱ算法和单变量参数法进行分层优化.与单层优化相比,分层优化对易受变量影响的目标提升效果更好.声学仿真验证了优化后的转子结构对电磁噪声改善效果显著.