模块化多电平逆变电路的调制算法研究

针对永磁同步电机传统三电平逆变电路无法满足高压场景的问题,采用空间矢量脉宽调制算法对模块化多电平逆变电路进行调制分析,观察其输出电压波形。然后针对模块化多电平逆变电路各相之间容易出现环流现象,对电容电压平衡控制算法进行简化。在Matlab/Simulink中搭建模型仿真,观察和分析模块化多电平逆变电路的输出电压,实验结果验证了采用空间矢量脉宽调制算法对改善模块化多电平逆变电路的输出特性的有效性和简化后的电容电压平衡控制算法具有稳定性。

基于改进分数阶滑模控制的PMLSM直接推力控制

针对分数阶滑模控制在永磁直线同步电机(Permanent Magnet Linear Synchronous Motor, PMLSM)直接推力控制下转速环精度不高、磁链和推力波动大等问题,提出一种改进的分数阶滑模控制算法,即分数阶双幂次指数趋近律、分数阶变速趋近律相结合的组合趋近律,能有效减弱滑模控制引起的系统振荡,加快趋近速率。仿真结果表明:与分数阶滑模控制相比,在PMLSM直接推力控制系统中采取改进分数阶滑模控制,磁链和推力波动明显减弱,系统响应速度加快,提高了PMLSM推力响应的抗干扰能力。

模块化永磁直线同步电机考虑制造公差的推力鲁棒性优化

模块化永磁直线同步电机(MPMLSM)具有效率与推力密度高、可靠性和可加工性好等优点,非常适用于长行程运输系统;缺点是批量生产中性能易受到加工公差的影响。针对这一问题,该文提出了一种考虑制造公差的综合多目标鲁棒优化设计方法。首先,基于六西格玛设计方法建立了鲁棒优化模型;其次,采用拉丁超立方采样方法在尺寸公差范围内根据正态分布规律进行抽样,模拟大规模生产时电机尺寸受公差影响可能会出现的各种变化;再次,在尺寸优化范围内均匀抽样构成足够的训练样本,由有限元软件仿真这些抽样方案的推力性能,并基于反向传播神经网络建立电机设计代理模型;然后,应用该代理模型对拉丁超立方采样得到的样本进行电机性能的计算,求解样本整体对应的各优化目标的均值与方差,进而计算多目标优化的适应度;最后,采用非支配排序遗传算法Ⅱ进行全局优化,得到鲁棒优化方案,与不考虑公差的确定性优化方案相比,验证了该方法的有效性。鲁棒优化方案虽然略微增加了电机体积和推力波动,但是其失效概率低,受公差影响小,更加符合产品批量生产过程中的质量要求。

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。

E型分块定子永磁同步电机热分析及优化

分块定子永磁同步电机作为一种新型电机拓扑结构,具有高容错性、高转矩密度等特点,同时存在电机损耗大的问题,威胁到电机性能的稳固性。以E型分块定子永磁同步电机为研究对象,分析电机损耗机制,研究不同运行工况下电机损耗变化规律;采用磁热双向耦合法对电机进行热分析,并基于热分析结果采用响应面优化方法对电机进行多目标优化设计。优化后,电机平均输出转矩提升了14.15%,涡流损耗降低了55.99%,平均温升降低了12.62%。最后通过实验验证了双向磁热耦合法的准确性及优化设计的有效性。

14极12槽定子模块化永磁电机的性能分析

永磁电机的定子模块化结构有利于大型电机的制造、运输、组装和维护,对于可模块化且极数多于槽数的电机,定子模块化结构还能提高电机的部分性能。利用有限元软件分析了定子模块化结构对14极12槽永磁电机性能的影响,结果表明,模块化结构对定子磁密、转矩和损耗等参数有影响,可利用合适的模块间隙宽度来提高电机负载转矩并降低转矩脉动。

少稀土组合磁极Halbach永磁同步电机性能和材料成本研究

稀土永磁同步电机性能优越,但稀土永磁材料价格昂贵导致电机成本增加。因此,提出了一种新型少稀土永磁同步电机,其永磁体采用组合磁极Halbach结构。分析了少稀土组合磁极永磁同步电机的结构特点,并在此基础上,提出了少稀土T型、HAT型和LREH型三种组合磁极Halbach永磁同步电机拓扑结构。从电机空载反电动势、空载齿槽转矩和额定负载电磁转矩等方面分析了三种拓扑结构少稀土永磁同步电机,并与稀土永磁同步电机进行对比分析。在等转矩条件下研究了钕铁硼和铁氧体两种永磁体厚度对少稀土组合磁极永磁同步电机材料成本的影响。对比分析了稀土永磁同步电机和三种少稀土永磁同步电机的材料成本。有限元仿真结果表明LREH型少稀土组合磁极Halbach永磁同步电机具有更好的转矩性能和更低的材料成本。

基于改进型双幂次组合趋近律的永磁同步电机无模型滑模控制

针对采用PI控制或传统无模型滑模控制(MFSMC)的永磁同步电机(PMSM)实际运行时因内部电磁参数摄动导致系统控制性能下降的问题,提出一种新型无模型滑模控制算法(IMFSMC)。首先,建立参数摄动下PMSM超局部模型;其次,设计改进型双幂次组合趋近律加快系统在趋近滑模面阶段的收敛速率;再次,设计扩展滑模扰动观测器(ESMDO)实时观测系统未知总扰动;同时,利用Lyapunov稳定性判定第二方法证明所设计控制器和观测器的稳定性;最后,将IMFSMC、MFSMC以及PI控制的仿真和实验进行对比,结果证明所提方法可以有效加快转速响应速率,增强系统的鲁棒性。

Halbach磁极组合高速永磁同步电机优化

为提高高速永磁同步电机的气隙磁密性能和降低振动噪声,采用Halbach磁极组合优化电机气隙磁密性能,并通过转子分段降低振动噪声。分析了气隙磁密与Halbach结构之间的联系,通过优化永磁体形状和充磁方向共组成4种Halbach结构;并通过仿真对比分析,最终确定气隙磁密性能最好的不均匀不等厚Halbach结构能提高气隙磁密性能。在不均匀不等厚Halbach结构基础上,采用软磁材料代替永磁体,通过仿真分析,最终确定1/4软磁结构能节约永磁体成本。分析了转子分段与径向电磁力的关系,计算出不同分段数相对应的错极角度,通过仿真对比分析,最终确定转子分3段的优化方案,其最大振动加速度降低了44.8m/s2,最大声压降低了21d B,说明转子分段能有效降低振动噪声。

永磁同步电动机无传感器控制技术现状与发展

对近年提出的多种估算永磁同步电动机转子位置、速度的方法进行了综述,比较了各种方法的优缺点;并对中高速适用的扩展卡尔曼滤波(EKF)进行了实验研究:零速及低速时,现有的永磁同步电动机无传感器技术多是指无位置传感器,少数几种无速度估计算法都有很大的局限性。本文针对这一现状,选取基于高频信号注入+磁链观测的永磁同步电动机全速范围无传感器控制方法进行了仿真验证;最后指出复合控制方法是实现全速范围无传感器控制技术的发展趋势。

极槽配合和绕组层数对永磁同步电机振动的影响分析

分析了不同极槽配合和绕组层数电机最低阶径向力波的阶数和来源,并针对槽数相同极数不同电机的最低阶径向力波的幅值进行了比较,通过结构有限元分析了不同极槽配合下外转子壳体的振动,最后总结了不同极槽配合电机最低阶径向力波的阶数,得出力波阶数小的极槽配合会引起大的振动,而且对于相同槽数的电机,极对数大的电机的振动也更大。

基于加权无向图的永磁球形步进电机运动控制

提出了一种三自由度永磁球形步进电机的控制方法。首先简单介绍了该永磁球形步进电机定子与转子的结构,然后针对其结构特点及运动原理,提出根据距离相等的永磁体对和铁心线圈对的排列组合,建立一个包含位于球形步进电机转子某一点上物体的所有可能的运动轨迹点的加权无向图,根据所给定的物体的运动轨迹,采用图中路径搜索算法,最终确定永磁球形步进电机的通电线圈对,达到控制球形步进电机,使物体沿着期望的运动轨迹运动的目的。

组合磁极削弱永磁同步电动机转矩脉动方法研究

针对永磁同步电动机的转矩脉动削弱问题,研究了组合永磁磁极的转矩脉动削弱方法。组合磁极由两种性能不同的永磁材料组成,通过合理选择永磁材料与极弧宽度组合,可削弱气隙磁密和反电动势谐波,进而削弱转矩脉动。采用解析法计算组合磁极产生的气隙磁密和反电动势,研究组合磁极的极弧宽度变化对反电动势的谐波的影响,以总谐波失真最小为标准,得到极弧宽度组合。有限元计算结果表明,采用极弧宽度组合时,反电动势谐波和永磁电机的转矩脉动都得到了很好地削弱。

分数槽永磁同步电机电磁振动的分析与抑制

由于分数槽永磁同步电机中存在低模数的电磁力谐波,其振动水平一般比整数槽电机大。针对分数槽永磁同步电机,提出了通过在定子注入补偿电流的方法,来抵消电机中最小模数的电磁力谐波,从而降低电机的电磁振动。对1台12槽8极和1台24槽8极永磁同步电机通过二维电磁和结构有限元仿真,分析了2台电机的电磁力分布和在有无补偿情况下电机的电磁振动,证明了分数槽绕组电机采用该方法能够有效抑制电机振动,而整数槽电机则不能。最后对12槽8极原理样机进行了模态和振动实验,验证了所提出的方法能够达到抑制振动的效果。

基于三角形(△)组合线圈的永磁球形电机转矩特性与通电策略分析

为了减少永磁球形电机轨迹跟踪过程中的控制电流计算量,提出一种基于三角形(△)组合线圈的通电策略。首先,通过Maxwell软件,利用叠加原理建立基于单个定子线圈的电磁转矩模型;然后,对比分析不同组合线圈自旋和倾斜运动的静态电磁转矩,确立△组合线圈的电磁转矩方程;同时,通过电流-转矩表达式,获得定子线圈的控制电流;最后,通过仿真计算和实验验证该方案的可行性。实验结果表明相对于单个线圈的独立控制,基于△组合线圈的通电策略在电机运动范围内无运动奇点,显著减少了控制电流的计算量。

错位式双边型永磁直线同步电机优化设计

针对12槽/11极双边型永磁直线电机,提出了采用电枢或磁极错位一定距离来削弱推力波动的有效方法,并进行了结构优化设计。针对该优化方案,研究了空载工况和额定工况时的电磁性能和推力性能,并进行实验测量与验证。通过与另外两种极数比槽数多的槽极配合(12槽/13极、12槽/14极)结构相比,不仅验证了错位方法的通用性,而且表明了极数比槽数多的槽极配合结构力性能更好,即12槽/14极结构力性能更优。

车用永磁同步电机转矩解析模型和波动特性分析

为了分析不同极槽配合和绕组层数永磁同步电机的转矩波动特征,提出一种考虑永磁体磁场非正弦分布和电流谐波的转矩解析计算模型.根据绕组分布推导不同极槽配合(SPC)电机的电枢反应磁场.在气隙磁场求解的基础上,根据麦克斯韦应力张量法获取切向力波,将切向力波沿圆周积分获取电磁转矩.通过有限元法(FEM)和转矩测量实验验证转矩解析模型和波动特性预测的准确性.理论分析和实验结果表明:永磁体磁场非正弦波分布引起6i阶的转矩波动,而电流基频h倍的电流谐波产生1-h阶和6i±(1-h)阶的转矩波动.

容错型永磁磁通切换电机的拓扑分析

永磁磁通切换电机兼具开关磁阻电机转子结构简单坚固和永磁同步电机功率密度高的优点。分析比较了传统12/10结构的磁通切换电机和6种容错电机拓扑的电磁性能和容错性能,包括磁链、反电动势、输出转矩、定位力矩和电感。分析了单层绕组、永磁体个数、定转子极数和隔磁齿对电机电磁性能和容错性能的影响。研究结果可为磁通切换电机的优化和磁通切换电机在高可靠应用场合的进一步应用提供借鉴。

永磁同步电机幂次变速趋近律积分滑模控制

为了提高永磁同步电机转速伺服控制性能,针对伺服系统模型参数不确定和外部扰动强的特点,利用基于趋近律设计方法的滑模控制理论,设计了一种永磁同步电机转速伺服积分滑模控制器。滑模面函数中的状态偏差积分项,确保了转速跟踪稳态无静差;通过引入非线性幂次组合函数构造的基于跟踪偏差的变速趋近律,使得切换增益具有随系统偏差自适应调整的特性,并可有效抑制滑模控制输出的抖振。经与转速伺服PI控制器对比实验表明,变速趋近律积分滑模控制器具有更好的动、静态特性和鲁棒性。

潜油泵直驱单元组合式永磁电机热负荷分析

由于潜油泵驱动电机工作中产生热和冷却过程相对复杂,井下潜油电机系统工况特殊,无法直接测量温度。单元电机设计时热负荷的选取对电机的温升至关重要。本文对单元电机运行过程中的铁心损耗、绕组损耗和机械损耗进行了计算,应用有限元法求解电机的三维稳态温度场,同时对样机常温温升实验和常温状态下的有限元分析做对比,结果表明两种方法计算所得电机各部分温升相一致,证明计算方法及结果的可行性。验证了单元电机设计所选取的热负荷可以满足电机的实际温升需要。