兆瓦级高速永磁同步电机偏心状态下电机性能及转子振动特性分析

在电机运行过程中,气隙偏心是一种常见的故障状态,会危害到电机的安全可靠运行,而该问题在大容量高速永磁同步电机中更为严重。因此,本文以一台兆瓦级高速永磁同步电动机为例,研究了气隙偏心对电机电磁性能以及其引发的不平衡磁拉力对转子振动特性的影响。首先,推导了静、动以及混合偏心状态下的不平衡磁拉力表达式。然后,建立了各偏心状态下的电机有限元模型,定量分析了不同偏心程度所引发的不平衡磁拉力变化情况。在此基础上,计算了电机转子系统的动力响应,详细讨论了各种偏心对转子系统轴心轨迹和电磁性能的影响。结果表明,不同偏心状态下不平衡磁拉力存在明显差异,在混合偏心时动偏心会削弱静偏心对转子振动的影响,偏心将增加气隙磁密的偶次谐波且增大转矩脉动。

非晶合金轴向永磁电机永磁体涡流损耗抑制措施研究

针对非晶合金轴向磁通永磁同步电机永磁体涡流损耗过高、轴向电机转子散热能力差、永磁体容易高温失磁的问题,对多项永磁体涡流损耗抑制措施进行了研究。以一台7 kW非晶合金轴向电机为例,建立了样机三维时步有限元模型,通过PWM空载实验对有限元损耗模型进行验证。针对永磁体涡流损耗,首先计算对比不同方向与数量下永磁体完全分块对损耗的抑制能力,而后提出通过不完全分块降低工艺难度,并最终给出了两套分块方案。其次研究了磁性槽楔对永磁体损耗的抑制作用,对槽楔不同相对磁导率下的气隙磁场进行了计算,对比永磁体涡流损耗随槽楔相对磁导率的变化情况,确定了槽楔最佳磁导率。

基于半周反电势残差的永磁同步电机局部退磁故障诊断

永磁体退磁故障的精准定量诊断,对于预防电机发生灾难性故障和系统运行维护策略的制定至关重要。为实现退磁永磁体定位及程度评估,本文提出了一种基于半周反电动势残差的局部退磁故障诊断方法。在定子槽内安装一个探测线圈,提取其反电动势残差信号并进行分区;将分区后的反电动势残差峰值作为特征量进行退磁故障类型识别,进而确定相邻两个永磁体的健康状态及退磁程度,利用一个旋转周期的信号确定所有永磁体的状态,具有侵入性小、计算量小和精确度高的特点。首先,介绍了探测线圈的安装及检测机理,建立了永磁同步电机退磁故障下的探测线圈半周反电动势残差数学模型;然后,提出了考虑支路环流的反电动势残差提取算法,有效提高了探测线圈反电动势残差提取的精确度;最后,建立了反电动势残差峰值与退磁永磁体位置及退磁程度的映射关系,并提出了退磁永磁体定位及程度评估算法,实现了永磁同步电机局部退磁故障的精准定量诊断。仿真和实验结果验证了所提方法的正确性和准确性。

一种永磁同步电机的失磁故障重构方法研究

针对永磁同步电机存在失磁问题,提出一种基于状态观测器的失磁故障实时检测方法。通过选择磁场同步旋转坐标系下定子电流为状态变量,建立内置式永磁同步电机失磁故障的数学模型。采用两个观测器对永磁体磁链进行实时估计的技术,首先利用龙伯格观测器隔离系统矩阵中电机速度变化对观测器误差方程造成的影响,然后设计滑模变结构观测器,并依据滑模变结构等值控制原理,建立估计永磁体磁链算式。为减少滑模运动的抖动,采用连续函数取代符号函数方法,构造失磁故障重构算法。最后通过仿真验证,证明所提方法的可行性和有效性。

基于双模态自适应小波粒子群的永磁同步电机多参数识别与温度监测方法

提出了一种双模态自适应小波粒子群(Binary-modal adaptive wavelet particle swarm optimization,BAWPSO)的永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor,PMSM)多参数识别与温度监测方法.为了提高算法动态寻优性能,群体被划分为正向学习和反向学习两种模态;对处于不同模态的粒子分别采用正向学习策略与反向学习策略协同求解,扩大了解的搜索空间;同时对粒子个体极值采用自适应小波算子增强学习以提高收敛精度.永磁同步电机参数辨识结果表明所提方法能够有效地辨识电机电阻,dq轴电感与转子磁链等参数,且能有效追踪系统参数变化值.在辨识出电机定子绕阻值后,根据金属阻值与温度之间的线性原理间接计算定转子温度,从而实现永磁同步电机系统温度在线监测.

内置式永磁同步电机转子初始位置估计方法

针对无位置传感器永磁同步电机控制系统起动运行困难的问题,提出一种基于混合信号注入的内置式永磁同步电机改进转子磁极初始位置估计方法。采用注入高频旋转电压信号的方法检测磁极位置,设计一种通过PI跟踪观测器对所构建磁极位置误差信号进行控制的方案,当误差调节至零时将获得磁极位置初判值,降低了算法的复杂性。以磁极位置初判值为矢量角,往定子绕组注入2个方向相反的脉冲电压矢量,通过比较直轴电流大小可以简单、有效地判断出磁极极性,实现对位置初判值进行校正,从而获得转子初始位置估计值。应用所提出的估计方法对一台22kW内置式永磁同步电机进行实验,得到转子位置电角度平均估计误差为4.6°。

永磁同步电机模糊自适应补偿速度控制系统

针对传统PI控制器无法满足非线性、参数时变、负载扰动的永磁同步电机高性能速度控制要求,分别设计了模糊PI速度控制器,模糊电流及模糊前馈控制器,并应用到永磁同步电机矢量控制调速系统中。控制系统有效地克服了电机运行过程中内外部参数变化对电机转速、电流的影响,并能有效地补偿负载扰动。在MATLAB环境下构建模型进行仿真验证,结果表明,新型的复合控制方法改善了转矩和电流波形,可以有效补偿负载扰动,具有较好的动静态性能和鲁棒性。

永磁轨道磁感应强度计算方法

基于分子电流环模型,利用毕奥·萨伐尔定律建立了能够实现单块永磁体磁感应强度分布的三维模型;通过坐标变换的方法,得到可描述任意大小永磁体组合的磁感应强度分布的模型。以Halbach型永磁轨道作为研究对象,建立了完整的三维计算模型。通过对比分析,得到磁感应强度的解析解、实测值以及有限元解的一致性结果,肯定了模型的正确性。

反演单神经元PID复合控制在伺服系统中的应用

针对火箭炮位置控制中存在的转动惯量和负载力矩变化大、冲击力矩强等特点,提出了一种反演单神经元比例-积分-微分(PID)复合控制方法。单神经元PID控制可对传统PID控制器的比例、积分、微分系数进行在线调整,实现了系统的自适应控制。反演算法可使较大的系统误差快速收敛到设定值以内,提高了系统的自适应能力。仿真及实验结果表明,该文复合控制方法具有更好的稳定性和动态跟踪精度。

基于协同粒子群算法的PMSM在线参数辨识

在永磁同步电动机的参数辨识中,辨识算法过于复杂和待辨识参数相互耦合的问题始终未得到彻底的解决。在保持粒子群算法简单易实现优点的基础上,提出了一种基于协同粒子群算法在线辨识永磁同步电动机的电气参数Rs,L,Ψf和机械参数J,TL。仿真结果表明该算法能准确地在线辨识待辨识的5个电机参数,解决了5个参数相互耦合而造成的辨识不准问题,验证了算法的有效性。

真空开关低分散性永磁操动机构控制系统设计

为抑制真空开关分闸、合闸操作引起的暂态影响,分析了真空开关分闸、合闸时的受力情况及对其操动精度的影响因素,仿真计算了永磁机构的动态特性;设计了一个自适应操动机构控制系统对真空开关操动机构的励磁电流、机构行程实时监测,通过驱动IGBT有序控制操动机构电容放电,有效修正其动作分散性;增加系统电压、电流相位检测单元后可实现设定相位准确动作.测试结果证明,控制系统可以明显降低真空开关操动机构的动作分散性,且操动机构分闸、合闸动作分散性控制在±500μs以内.

基于准滑模观测器的转子位置精确估计

传统的滑模观测器采用开关函数,开关函数在切换过程中的高频抖动使得转子位置的估计出现一定的误差.通过对永磁同步电机的数学模型分析,提出用饱和函数代替开关函数,使得观测器处于准滑动模态,有效抑制高频抖动.同时,用扩展卡尔曼滤波器代替传统的低通滤波器,一方面进一步提高估计精度,另一方面省去低通滤波后的相位补偿.通过自适应的方式选取边界层的厚度,使得控制增益和抖动维持在最优状态.最后采用SIMULINK进行仿真,对方案的有效性进行验证.

基于相控投切技术的无功补偿装置

为了减小煤矿电网在无功补偿时随机投切电容器组给电网带来的涌流及过电压,设计了一套以具有发展前景的"软开关"技术即相控技术为根基的无功补偿装置,采用寿命长、成本低的带有永磁机构的真空接触器作为投切开关,该机构较传统的弹簧机构和电磁机构动作分散性小,为满足动作时间高度一致,对真空接触器动作时间的分散性进行有效补偿,并采用模块化的思想理念建立系统整体结构,采取适当的控制策略完成预期位置投切.最后本系统进行了仿真,并在某矿6kv电网中进行了实验测试,仿真和实验结果都表明本系统能有效的补偿系统无功,有一定的应用价值.

自制三头包扎带预防起搏器囊袋相关并发症

目的探讨自制三头包扎带预防永久性起搏器囊袋相关并发症的效果。方法将120例放置永久性起搏器的患者随机分为对照组与观察组各60例,对照组患者术后采用传统弹力绷带加压包扎,观察组患者术后采用自制三头带加压包扎,7d后比较两组囊袋出血、破溃、感染发生率和患者舒适度。结果观察组患者囊袋血肿、囊袋破溃发生率显著低于对照组,患者术后舒适度评分显著高于对照组(P<0.05,P<0.01)。结论自制三头包扎带较传统弹力绷带包扎能减少永久起搏器植入术后的囊袋出血、破溃发生率,增加患者的舒适度。

段间移相永磁直线同步电机的建模与自抗扰控制

针对高精度、大推力数控机床用永磁直线同步电机(PMLSM)端部效应引起的推力波动问题,提出了两单元电机段间移相优化设计的思想。这种思想从电机设计角度使PMLSM的推力波动大大减小,从而有效改善系统的伺服性能。然而,电机数学模型中状态变量的交叉耦合、参数摄动及负载扰动等因素严重制约着系统的伺服性能。为此,在建立段间移相PMLSM数学模型的基础上,对电机进行了自抗扰控制器设计。仿真结果表明,采用自抗扰控制器的调速系统有较好的动态性能及较强的抗干扰性、鲁棒性。

车用内置式永磁同步电机励磁电流补偿弱磁控制策略研究

为提高车用内置式永磁同步电机的调速范围,实现高速巡航能力,论文深入研究了内置式永磁同步电机带励磁电流补偿的弱磁控制新策略。首先,分析了带励磁电流补偿的弱磁控制原理,其次,在Matlab/Simulink仿真平台上搭建了系统仿真模型。最后,对控制系统进行了仿真,仿真结果表明,所研究的控制策略能够实现恒转矩区至恒功率区的平滑过渡,动态响应快,并提升弱磁升速能力,为提升车用内置式永磁同步电机的应用具有一定的借鉴意义。

AGV调速系统参数辩识与PI自整定研究

传统AGV系统控制器不具有参数在线整定功能,难以满足高性能调速系统要求。根据速度环等效原理和经典控制理论推导出PI参数与转动惯量的数学关系;根据永磁同步电机的运动方程和离散模型参考自适应理论,建立永磁电动机转动惯量辩识模型;通过软件方式实现PI参数在线自整定。基于ADSP2188的全数字交流调速实验结果证明PI自整定可有效地消除系统的超调,减少响应时间。

矩形截面永磁环构成的Halbach永磁轴承结构优化

针对Halbach永磁轴承安装过程待装磁环所受轴向磁力相差较大、造成组装困难的问题。基于两个不同矩形截面永磁体磁力公式,建立了矩形截面永磁环构成的Halbach永磁轴承转子待装磁环所受的轴向磁力解析模型。基于该磁力解析模型,建立Halbach转子待装磁环受力差别最小的目标函数,采用布谷鸟搜索算法对该型永磁轴承结构进行优化,并对该解析模型和优化方法进行了仿真验证。结果表明:解析模型计算值和ANSYS仿真结果的平均误差不超过8.15%,说明该解析模型是准确的;最优结构对应的待装磁环受力差别最小的目标函数值与其仿真结果的最大误差不超过11.72%,说明运用布谷鸟算法优化该型永磁轴承结构是有效的。

基于Matlab的数控交流伺服系统的仿真研究

为实现高性能的伺服控制,针对基于矢量控制的PMSM伺服系统的速度调节和控制进行了分析。利用Matlab平台构建了PMSM矢量控制仿真模型,根据数控伺服系统的性能要求,对不同插补方式下的速度控制进行了仿真研究,结果证明了该系统模型的有效性。

直驱永磁风力发电系统非线性控制策略

针对风电系统并网的多种控制要求,基于永磁同步发电机的损耗模型,建立了直驱永磁风力发电系统的非线性数学模型,并运用反馈线性化理论提出了多目标非线性控制策略。利用该策略在机侧实现了低于额定风速情况以下的最大风能捕获,并且调节有功直轴电流使其系统损耗最小;同时在网侧稳定直流母线电压和调节无功电流,满足了系统在正常状况下以单位功率因数并网运行的要求;而在电压跌落期间,能迅速提供无功电流,有利于电网电压稳定与恢复,具备一定的低电压穿越能力。仿真结果表明,所提出控制策略是有效而实用的,不仅兼顾了风电系统并网的实际运行要求,而且提高了系统的效率。