定子无铁心永磁无刷直流电机驱动拓扑设计方案及对比

单级三相全桥驱动拓扑无法保证力矩控制模式的定子无铁心永磁无刷直流电机在全电流指令范围内电枢电流连续。采用增加电枢回路等效电气时间常数的思路,选取Buck+半桥、全桥串联电感、Buck+全桥三种驱动拓扑,对三种驱动拓扑保证电机正常运行的条件以及不同驱动拓扑的固有属性进行理论分析、说明和对比。在基于数字控制器的三种驱动平台上,使用同一台电机进行实验验证。实验结果表明,三种驱动拓扑均能保证电机的正常运行,实测电流波形证明了关于拓扑特点的理论分析的合理性。对三种驱动拓扑实测稳态运行性能进行了详细的数学分析,为小功率无铁心永磁无刷直流电机的工程应用提供了参考依据。

永磁无刷直流电机换相控制研究

永磁无刷直流电机具有结构简单、转矩大等显著优点,然而电机的换相过程会引起转矩波动增大、平均转矩下降等许多问题,随着电机速度的增加,这些问题会变得更为突出。根据电机及逆变器的等效模型推导了变速度条件下最佳提前换相角(时间)的解析公式。在Saber Simulator与Simulink联合仿真环境中建立了无刷直流电机的换相控制模型,并对算法进行验证。结果表明,利用该公式对提前换相时间进行控制后,对克服平均转矩随速度增大而下降的问题有显著效果。

从电机设计的角度减少高速永磁电机转子损耗

高速永磁无刷直流电机的转子涡流损耗主要是由定子电流的时间和空间谐波以及定子槽开口造成的气隙磁导变化引起的.转子涡流损耗使电机的效率下降并能引起转子永磁体的退磁.从电机设计的角度,采用解析计算和有限元仿真的方法研究了不同的定子结构、槽开口大小以及气隙长度对高速永磁无刷直流电机转子损耗的影响.利用傅里叶变换,得到了分布于定子槽开口处的等效电流片的空间谐波分量,然后采用计及转子集肤深度和涡流磁场影响的解析模型计算高速电机转子损耗,并对解析计算结果通过有限元仿真加以验证.结果表明,3槽集中绕组结构中含有2次、4次等偶次空间谐波分量,该谐波分量在转子中产生大量的涡流损耗.定子结构对高速电机转子涡流损耗影响很大,合理地设计定子结构能够减小转子涡流损耗.

永磁无刷直流电机转矩波动的自抗扰控制

自抗扰控制器(ADRC)是在继承经典PID不依赖于对象模型优点的基础上,通过改进经典PID固有缺陷而形成的新型控制器,性能优良且算法简单。在分析永磁无刷直流电机转矩波动研究现状的基础上,根据其自身特点以及自抗扰控制器的设计原则,提出了基于自抗扰控制器的永磁无刷直流电机转矩波动抑制方法。将电机等效为由2个非线性系统构成的串联对象,设计了2个一阶自抗扰控制器实现对电机的内外环控制,即外环控制转速并给出内环转矩参照值,内环控制转矩以抑制转矩波动,其实质是改善馈电电流波形。内环转矩子系统采用3个相同的扩张状态观测器(ESO)对三相转矩分别进行观测,进而得到电磁转矩估计值及转矩子系统的实时作用值,据此构造以逆变器直流侧电压为控制输入的转矩子系统一阶自抗扰控制器。实验结果表明,该控制方案不仅能够明显抑制电机运行中的转矩波动,而且电机具有良好的动态响应性能,控制系统具有较强的适应性和鲁棒性。

动磁式永磁无刷直流直线电机的齿槽力最小化

为提高永磁无刷直流直线电机的性能,必须研究减小其齿槽定位力(齿槽力)的技术措施。根据电磁弹射系统需要推进大质量载荷的要求,提出了1种大推力的动磁式永磁无刷直流直线电机模型。用有限元方法计算了磁极端部与定子齿槽相互作用形成的3种齿槽力分量,由傅里叶变换得到了各分量的功率谱。在对各分量进行频谱分析的基础上得出了产生齿槽力的主要原因是电机推力的二次谐波这一结论,提出了优化磁极宽度以减小齿槽力的方法。对优化设计后的电机模型进行了有限元计算和频谱分析,分析显示该电机模型推力的二次谐波已被大大削弱。计算了不同磁极宽度情况下的电机推力,结果表明采用该方法可以有效减小电机的推力波动。

永磁无刷直流直线电机齿槽力补偿控制研究

永磁无刷直流直线电机的齿槽定位力对其低速性能影响很大,而单纯的设计方法不可能完全消除齿槽力的影响,为此,必须在控制系统中对齿槽力进行补偿。针对包含齿槽力模型的理想电机控制系统进行了理论分析,指出通过引入位置反馈环节可以消除齿槽力的不良影响。利用有限元分析方法计算了电机的推力和齿槽力波形,验证了低速条件下推力波动主要由齿槽力引起,并说明可以通过位置反馈来补偿推力波动。最后,提出将一个齿槽力周期分为多个区间,然后分段进行线性补偿的简易控制方法。该方法无需高精度的定位装置和复杂的控制算法即可实现对电机齿槽力的补偿,实验结果表明,所提方法能够有效抑制电机的推力波动。

定子磁链提前换相增加直线永磁无刷直流电机的推力

电磁弹射用直线永磁无刷直流电机在高速时,因换相时间过长而导致平均推力跌落明显,需要实施提前换相来提升推力,而已有的提前换相方法或者算法复杂,或者严重依赖电机参数。提出一种用定子磁链矢量实施提前换相的方法。该方法无需实时计算提前换相角,只依赖相电阻一个参数。利用磁链空间矢量间的相位关系解释了该方法的提前换相原理,通过提前换相角的解析表达式说明了该方法具有提前换相角可随相电流自动调节等控制性能,最后给出了换相实施方案。仿真和实验结果表明,所述方法可顺利实施换相,且可有效提升电机的输出推力。

直驱永磁无刷直流轮毂电机参数计算和结构设计

以某款城市微型电动汽车的轮毂电机为研究对象,通过原型样车设计要求计算出永磁无刷直流轮毂电机所需的额定功率、最高转速、额定转矩等主要性能参数。设计的直接驱动的永磁无刷轮毂电机采用悬臂支撑结构,装有电流传感器和温度传感器的电机右侧板和转子支架配合采用唇形密封圈,以保证内部的密封性,对转子支架、支撑轴等核心部件进行约束受力分析、三维建模和强度校核。样机试验表明该轮毂电机的外特性曲线能够满足城市微型电动汽车的使用要求。这对该款结构的轮毂电机产业化过程有一定的借鉴和指导意义。

基于C164微控制器的电动自行车变频控制研究

介绍了基于西门子C164微控制器的电动自行车变频控制研究,主要从变频原理、微机控制、系统整体三方面给出了详细的说明。系统设计简单,控制效率高,有很好的发展前途。

动圈式永磁直线直流电机的精英保留多种群遗传优化算法

为了实现陆基无人机电磁弹射器高机动性及其直线弹射电机的高功率密度,针对动圈式永磁直线直流电机,提出精英保留的多种群遗传算法(Multi-Population Genetic Algorithm with Elite Retention, MPGAER)的电机最大功率密度优化方法。以磁通密度和电流密度为约束条件,利用其搜索能力强、收敛速度快的特点优化电机的结构参数,并与磁路法初始设计结果和传统遗传算法优化结果进行比较。结果表明:与磁路法初始设计相比,MPGAER能使电机质量减少6.25%,功率密度提高10%,电机动态性能得到提高;MPGAER优化设计的电机功率密度高于遗传算法设计结果,所提方法有效地解决了在优化过程中出现易收敛于局部最优点和寻优效果差的问题。

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%。

驱动超大惯量负载的BLDCM控制系统仿真研究

在直流电机转动惯量的研究中,当负载的转动惯量是电动机的转动惯量2个以上数量级时,永磁无刷直流电动机(BLDCM)在启动以及加、减速时,会产生很大的惯性转矩,调速系统的性能将变差。为了系统的稳定性和保证运转速度,分析研究了BLDCM的数学模型和超大惯量负载的特性,提出了模糊PID控制方法。在Matlab/Simulink中建立了控制系统的仿真模型,进行了仿真实验,仿真结果可以表明,采用模糊PID控制方法系统在调速过程中,超调较小,响应速度快,稳态时无误差。证明模糊PID控制方法适用于BLDCM驱动的大惯量负载调速系统。

基于PIC18F4431的永磁BLDCM控制系统设计

随着无刷直流电机在运动控制领域应用越来越广泛,结合单片机的控制技术产生了新一代无刷直流电机控制技术。文中介绍了一种基于PIC系列单片机的高性能、低成本直流无刷电机控制系统,该系统利用PIC18F4431单片机的高速A/D采集模块、PWM模块和硬件乘法器实现了对PWM信号的产生、转子位置和速度的检测以及电流双闭环增量式PI控制,并对该控制系统的硬软件环节实现进行了阐述。模拟实验证明,该系统具有良好的动态性能与控制精度。

永磁无刷直流电机驱动器并联系统环流的抑制

驱动器并联方式能有效扩大驱动容量,但该方式容易引入环流。为了抑制环流,分析了两个独立电源供电的两台驱动器并联结构系统,阐述了环流的特性,并提出了基于环流反馈的控制结构。这种控制结构通过环流的反馈,只需要控制调整其中一台驱动器,就可减小两台驱动器输出电压的差异,实现环流抑制。仿真结果表明:这种控制结构降低了控制的复杂性,能够抑制环流,实现独立电源供电的无刷直流电机驱动器并联。

弹射用无刷直流直线电动机换相推力波动分析

电磁弹射用永磁无刷直流直线电动机一般工作在加速和减速的暂态下,电流较大,以往关于换相推力波动的分析结论误差较大,需要加以研究。在充分考虑影响永磁无刷直流直线电动机换相推力波动各种因素的基础上,推导了适合在大电流条件下,具有普遍意义的换相期间各相电流波动、换相持续时间和换相推力波动解析式。与以往结论进行了比对,指出电流较大时结论更能反映实际情况。最后通过系统仿真对上述表达式的正确性进行了验证。

永磁无刷直流电机两相导通SVM-DTC

低电感的永磁无刷直流电机(PM-BLDCM)采用基于空间矢量调制型直接转矩控制(SVM-DTC)策略,可提高其两相导通时的转矩动态响应速度,但同时存在稳态转矩脉动较大的缺点。提出一种低转矩脉动的DTC策略。该策略利用定子磁链一步预测方法获得定子磁链误差。根据磁链误差与定子电压关系推导出导通两相线电压给定;借助空间矢量调制原理,精确控制导通两相线电压。实验结果表明,稳态转矩脉动明显降低。

舵机用高速永磁无刷直流电动机设计与分析

文章针对导弹电动舵机用高转速、高效率、高功率密度电机的设计要求,基于永磁电机设计指标,从永磁电机定子、绕组、永磁体结构等方面进行分析,采用Ansys/Maxwell有限元分析软件建立了该电机的二维有限元分析模型,对其电磁特性进行了分析。根据设计参数制作出样机,并进行试验,结果表明:该电机的设计方案合理,电机各项性能满足设计要求,相关工作为高速永磁电机设计与优化提供一定参考价值。

永磁无刷直流电动机计算机辅助设计

考虑到永磁无刷直流电动机的气隙波形和驱动方式,采用面向对象的编程软件C++ Builder6.0,设计和开发出可视化永磁无刷直流电动机计算机辅助设计软件。介绍了该软件关键程序窗口设置和功能实现,将软件设计值与实例值进行了比较,验证了该软件的可靠性。

一种无人机电磁弹射电机法向受力分析与仿真

双边动圈式永磁无刷直流直线电动机由于两侧气隙不对称会使磁钢轨道产生较大的法向合力,导致磁钢轨道结构变形,不利于长定子轨道的铺设,影响无人机电磁弹射直线电动机的正常运行。为了解决该问题,分析了双边动圈永磁无刷直流直线电动机在两侧气隙不对称的情况下磁钢所受的法向力并进行了有限元仿真,根据结果,设计了一种合理的无人机弹射电机磁钢固定框架,有效防止了电机在运行过程中磁钢轨道与铁心发生碰撞。

直驱永磁电机绕组匝间短路故障研究

直驱永磁电机包括旋转结构与直线结构,其电磁负荷高,直接与负载相连接,电机的可靠性运行对系统安全非常重要,绕组匝间短路故障是其中一种重要的影响因素。本文以直驱永磁直线电机(PMLM)为研究对象,基于有限元方法分析了初级绕组匝间短路故障对电机性能的影响。首先介绍了直驱PMLM的拓扑结构与气隙磁场,分析了匝间短路对相电流与短路电流的影响,然后计算了短路匝数、短路位置对电机性能的影响,包括三相电流、短路电流、平均推力与推力波动,最后总结了匝间短路故障对PMLM性能的影响,为直驱系统的故障诊断与容错运行提供理论支持。