基于虚拟方波注入的五相永磁同步电机开路故障下直接转矩控制

在传统直接转矩控制(DTC)中,参考磁链往往是一个固定值,这将导致五相永磁同步电机(PMSM)在正常及容错情况下运行时效率不高。为解决该问题,该文提出一种基于虚拟方波注入的DTC(VSWI-DTC)策略。首先,建立五相PMSM在正常和开路故障情况下的数学模型,在同步旋转坐标系中推导出恒定转矩下电流幅值与定子磁链幅值的关系。其次,设计最优定子磁链探测器。通过向定子磁链幅值中注入虚拟方波信号,根据电流幅值的变化情况补偿定子磁链幅值,在线探寻最优定子磁链幅值。最后,与无差拍DTC相结合,实现电机高效率DTC运行。实验结果表明,所提策略不但能保持DTC良好的动态性能,抑制开路故障引起的转矩脉动,而且提高了电机在正常和开路故障情况下的效率。

基于转子磁链观测器的五相容错PMSM开路故障下的无位置传感器控制

五相容错永磁同步电机(PMSM)开路故障模型的不对称性,影响了其无位置运行性能。该文提出一种基于转子磁链观测器的无位置控制策略。首先,该策略在容错模型基础上,构建基于指数趋近律的滑模观测器(SMO)以获取反电动势信号;其次,为抑制所观测反电动势中直流偏置、低频和高频谐波对转子位置观测精度的影响,设计一种改进型二阶广义积分器(ISOGI),并将其和SMO级联构成转子磁链观测器;然后,采用锁相环技术从转子磁链中提取转子位置信息;最后,将该转子磁链观测器和容错控制策略相结合。实验结果表明,该策略提高了转子位置观测精度,实现了PMSM开路故障下的无位置高性能运行。

烧结Nd-Fe-B磁体的温度稳定性缺陷分析

采用SEM、EDAX及粒度分析手段,研究了烧结Nd-Fe-B磁体开路磁通不可逆损失(hirr)异常偏高的原因。结果表明,磁体显微组织中晶粒尺寸分布不均匀及存在少量粗大晶粒,是导致其温度稳定性缺陷的主要因素,表现为少数产品hirr异常偏高。在磁体工业生产过程中,改进原料的铸锭和制粉技术,避免出现粗大粉末颗粒,减少极细粉末颗粒的数量,保证磁体显微组织精细均匀,是制备温度稳定性高的烧结Nd-Fe-B磁体的基本措施。

盘式电机气隙漏磁与空载气隙磁密的解析计算

针对在盘式永磁电机的初始分析与优化设计阶段,使用有限元方法计算漏磁系数与气隙磁密时需要耗费大量的建模及计算时间这一问题,对该种电机的磁路进行了分析,建立了该种电机的等效磁网络模型,并计算出模型中的各种等效磁阻,得到了该种电机漏磁系数的解析表达式。利用二分法优化计算,求出该种电机气隙磁场端部效应修正函数,端部效应修正函数适用于不同尺寸、不同极槽配合、不同结构类型的轴向磁场盘式永磁电机。解析计算出该种电机24个槽距下的相对气隙磁导函数,并在平均半径处建立了考虑齿槽效应的空载气隙磁密解析模型。最后,将解析计算结果与有限元仿真的结果进行对比,数据吻合度高,验证了等效磁网络模型与空载气隙磁密解析模型的正确性。

表面缺陷开放磁路检测原理与方法

在分析现有表面缺陷检测方法特点的基础上,提出了开放磁路检测原理与方法.在磁铁与试样之间构建一个开放磁场,试样表面存在缺陷时,会引起开放磁场分布的变化,通过传感器获得磁场的变化以获得试样表面缺陷的相关信息.详细研究了开放磁路特征参数对检测信号的影响以及盲孔检测时的量化特征.由于该检测方法对磁化强度基本上没有要求,从而有更广泛的应用.

磁通记忆式双凸极非稀土永磁电机单相断路下容错控制策略研究

提出了一种磁通记忆式双凸极非稀土永磁电机(doubly salient permanent magnet motor with non-rare-earth flux memory,FM-DSPM),采用了可在线调节永磁体磁化强度和工作点的磁化绕组,为电机的可靠运行以及容错能力增添了新的自由度。针对该类电机最常见的单相断路故障,提出了电枢磁场重构容错控制策略,即通过改变电机的励磁磁动势与电枢磁动势,来实现单相故障下的容错运行。通过仿真研究对比分析了该控制策略中的两种方案:单一电枢磁场重构容错控制、增磁无刷直流(brushless DC,BLDC)容错控制。两种方案均可在单相故障时,实现磁场重构,进而获得近似相等的转矩和容错运行能力。最后通过实验研究,验证了所提容错控制方法的正确性和可靠性。

氧流量对染料敏化TiO_2电极光电性质的影响

利用直流磁控溅射法在不同氧流量下沉积TiO2薄膜,并制备了染料敏化太阳电池(Dsscs)。研究了氧流量对TiO2薄膜晶体结构、表面化学成分和对染料敏化TiO2电极光电性质的影响。发现在锐钛矿和金红石的混合晶型的TiO2薄膜中,对应金红石结构的拉曼谱峰强弱与TiO2电极的开路电压有相同的变化趋势;随着氧流量的增大,TiO2薄膜表明吸附的氧原子减少,这在一定程度上有助于增大染料敏化TiO2电极的短路光电流。

新能源汽车驱动电机用烧结钕铁硼磁体的热稳定性

通过对两种不同尺寸、不同磁导(P_c=0.26和P_c=0.57)的磁体进行分析,考察在最高工作温度下长时间保持的耐久性能,即实验前后的磁体开路磁通变化、材料磁性能变化以及磁体的温度系数。实验发现,同样性能(牌号)、但不同磁导的磁体在磁路中所处的工作点不同,抗热退磁能力也不同,即使经历相同的实验条件,磁性能下降也不同。相对于P_c=0.26的样品,P_c=0.57的样品其热稳定性和抗热退磁能力更好,即使长时间的高温作用,仍然保持较高的磁性能。这不仅对电机设计提供了指导,同时为电机设计时校核磁体退磁风险提供依据和参考。

定子错位型混合励磁轴向磁通切换电机容错控制策略研究

定子错位型混合励磁轴向磁通切换(twisted-stator hybrid axial field flux-switching,TS-HAFFS)电机,具有轴向尺寸短、转矩密度大、调节范围宽、容错能力强等优点,适用于电动汽车驱动系统。为提高电驱动在系统故障状态下的运行性能,基于一台三相6/10极TS-HAFFS电机,提出一种基于恒定磁动势法的励磁绕组容错控制策略,并分别对电枢绕组容错策略和励磁绕组容错策略下TS-HAFFS电机控制系统进行仿真研究与实验验证。仿真与实验结果表明,单相绕组开路故障时2种方法均可维持电机转速、转矩基本不变,保证系统带故障运行的稳定性。相比于电枢绕组容错策略,采用励磁绕组容错控制的TS-HAFFS电机容错控制系统具有更广泛的应用场景和更好的系统性能,适用于电动汽车调速控制。

基于磁通实时跟踪的单相四柱式变压器典型工况剩磁特性

变压器铁芯在直阻测量、断路器分闸等操作时会产生剩磁,其根本原因是由于铁芯铁磁材料磁滞特性。首先研究了基于带基线修正积分算法的铁芯磁通计算方法,提出了基于磁通实时跟踪的变压器剩磁测量方法。测试结果表明,正弦电压积分的趋势项会使得磁通波形偏离正常值,采用带基线修正积分算法能够有效消除正弦波形积分的趋势项,得到准确的磁通测量结果。然后,参照特高压变压器主体变的铁芯结构型式,等效设计了单相四柱式变压器模型,并在实验室搭建剩磁模拟试验回路,开展了直流电流激励、断路器分闸2种工况的变压器剩磁特性研究。直流激励试验结果表明,变压器铁芯零初始剩磁时直流电流激励与剩磁之间呈现先增大后减小的规律,在磁化膝点处剩磁值最大,约占饱和值的52.63%。当铁芯存在初始剩磁时,由于剩磁的牵制作用,同向直流注入后剩磁几乎不随着直流电流激励的变化而变化。断路器分闸试验结果表明,分闸后铁芯剩磁与分闸角度呈现近似余弦统计分布规律,0°和180°分闸铁芯剩磁最大,约占饱和值的58.2%;90°和270°分闸铁芯剩磁值最小,约占饱和值的4.14%。

容错型混合励磁磁通切换电机的模型预测控制

为了提高电机驱动系统的带故障运行性能,实现电机的最小铜耗容错运行,提出一种基于模型预测控制算法的容错型混合励磁磁通切换(FTHEFS)电机容错控制方法。以1台6/13极FTHEFS电机为控制对象,针对电机单相绕组断路故障,基于三相四桥臂逆变器拓扑,分别对模型预测转矩控制和无差拍模型预测磁链控制算法下的最小铜耗容错控制方法进行研究分析,并对所提容错控制方法的可行性和有效性进行验证。研究结果表明:两种控制方法均能使故障前后转矩、转速和定子磁链保持不变,同时降低故障后的电机铜耗,保证系统稳定运行。与模型预测转矩控制相比,无差拍模型预测磁链容错控制能够在降低开关频率的同时减小故障前后的磁链脉动。

烧结钕铁硼磁体磁通不可逆损失的检测

磁通不可逆损失是永磁电机用烧结钕铁硼磁体的一个重要性能指标,其测量结果的准确性直接影响着电机的设计和磁体性能的选择。对比研究了不同测试条件下磁体的磁通不可逆损失。结果表明:磁通不可逆损失的测量结果主要受托盘性质(材质/规格)、磁体摆放间距和烘烤温度等因素的影响,为了获得准确的磁通不可逆损失测量结果,测量过程中应对这些因素进行有效控制。

葡萄园土壤呼吸特征及CO2排放监测方法比较

基于开路式土壤碳通量测量系统和静态箱法对酿酒葡萄园和鲜食葡萄园的碳通量进行全年观测,观测结果表明:开路式土壤碳通量测量系统和静态箱法均能观测到施肥、翻耕或降水后引起CO2的剧烈排放,施肥后高水平排放通常持续7 d左右,峰值一般在第3到5天时出现;在对葡萄园的土壤CO2通量观测中,2种方法测得结果一致性较好,开路式土壤碳通量测量系统测得结果普遍高于静态箱法结果,不同季节存在8.30%到387.41%的差异,差值大小随通量降低而增高;在全年观测中,春季累计排放通量最大,随季节更替逐渐降低。葡萄园CO2排放主要集中于春、夏2季,其土壤CO2排放量占全年总排放量额75%以上。开路式土壤碳通量测量系统观测结果与静态箱法观测结果趋势一致性较好,2种方法在对葡萄园土壤CO2通量观测中均取得良好的效果。因此,开路式土壤碳通量测量系统的观测结果具有可信性,而开路式土壤碳通量测量系统具有操作简便,自动化程度高,可直接获得观测数据的优点,较静态箱法有一定改进和提高。

开路及短路组合故障下容错型永磁磁通切换电机转矩冲量平衡控制策略的研究

为了提高容错型永磁磁通切换(FTFSPM)电机驱动系统的可靠性,该文从定子磁链幅值恒定角度对电机绕组开路及短路组合故障进行分析。对绕组正常电流缺失及短路电流扰动进行磁链补偿,从而实现对电机的容错控制。然而转速的动态性能受到传统直接转矩控制中转速环PI参数的影响,因此,该文提出基于转矩冲量平衡控制的直接转矩控制策略,利用动态过程前后转矩冲量值不变,推导系统发送前进矢量与后退矢量的作用时间,使得电机在组合故障容错后的转速动态性能达到最优。通过仿真和实验实现了电机在开路及短路组合故障下的转矩冲量平衡控制,并对不同组合故障下的动态响应进行比较,验证了所提算法的正确性与有效性。

永磁同步电机永磁磁链虚拟开路法辨识

为改进永磁同步电机永磁磁链传统测量法,本文提出一种虚拟开路辨识新方法.新方法无需被测电机定子电阻、电感参数支持,无需拖动电机拖动,无需复杂辨识算法,方便快捷,具有较好的工程应用价值.新方法以矢量控制为基础,通过零电流闭环跟踪下惯性制动来实现虚拟开路.误差理论分析结果和实验结果均显示增加电机电角频率有利于减小新方法中永磁磁链辨识误差.以DSP和智能功率模块设计实验装置,实验验证了新方法是可行有效的.

开磁路工字形电感的磁场分析及电感计算方法研究

随着半导体技术以及5G通信技术的快速发展,电感作为重要储能和滤波的磁性元件得到广泛应用。工字形绕线电感通过全自动化制造实现低成本,并具备良好的饱和电流,这类电感常用于直流转换器。对于开磁路的工字形电感,无法准确计算其电感,目前工程上都是通过磁芯制造商实物测量得到电感系数来计算其电感值。依靠计算机仿真也可以获得电感值,但是昂贵的软件成本不是所有设计厂商都能承受的。通过对工字形电感磁场进行分析,对其磁路进行简化,提出了一种基于磁阻的工程计算方法,通过实验测试和理论计算进行对比验证,大部分情况下其误差小于10%。通过代入关键尺寸和磁导率到等式中可获得电感,这是一种简单、易用的工程计算方法,可提升设计开发效率。