感应电机效率优化的自适应反步控制研究

针对感应电机的效率优化问题,推导出最优转子磁链表达式,在电机参数变化和负载扰动情况下,提出一种基于自适应反步法的感应电机效率优化控制方案,保证感应电机驱动系统的控制性能,提高系统的稳态运行效率。在转子磁链和电机转速不可测时,能够实现跟踪误差在原点全局稳定。采用跟踪微分器(TD)得到给定转子磁链和转速的微分。仿真和实验结果表明,在保证驱动系统本身控制性能的前提下,该方法实现了系统稳态运行高效率,与传统的PI调节器矢量控制方式相比,提高了轻载时系统的动态响应速度,具有实用价值。

单边直线感应电机转子磁场定向矢量控制方法研究

单边直线感应电机运行中因次级板产生涡流而存在第二类纵向边缘效应,造成气隙有效磁通和牵引力系数降低。建立了电机d-q轴等效电路,通过d轴互感和电阻变化来反应边缘效应的影响。采用转子磁链、速度和电流3个调节器,对uds,uqs,iqs进行在线解耦补偿控制。结果表明,该方法在电机速度突变时减小了力矩脉动,定子电流过渡平滑,速度平稳,较好地改善了电机的运行性能,对实际分析提供了理论依据。

电流源型逆变器电机驱动系统的储能电感电流与转子磁链最优控制策略

在电流源型电机驱动系统中,直流侧电压源与储能电感共同构成电流源为交流负载提供能量,然而在调制过程中,因储能电感电流无法独立控制而导致电流出现断续或持续增加的问题,且电机减速时无法实现能量回馈。该文在电流源型逆变器的直流侧增加电压–电流变换电路实现对储能电感电流的控制及能量的回馈,并设计一种适合于储能电感电流的滞环控制策略。与此同时,为了提高直流侧电流利用率,降低线路损耗,通过推导出转子磁链定向后储能电感电流与转子磁链的稳态数学关系,得到不同转速与电磁转矩情况下转子磁链与储能电感电流最优给定值的确定方法,并在此基础上设计电机转速、转子磁链闭环控制策略。仿真和实验结果验证了所提出的转子磁链与储能电感电流给定值计算方法的正确性,且基于储能电感电流调节的感应电机矢量控制系统在不同工况下均具有良好的稳态、动态性能。

磁障渐变同步磁阻电机低转矩脉动转子优化设计

以横向叠片转子同步磁阻电机(TLR-Syn RM)为研究对象,提出了一种绝缘磁障渐变型转子结构。首先,在保证各层绝缘磁障直线段与圆弧曲线段宽度相等的条件下,分析绝缘磁障"渐变"的几何特征,推导出在较小转矩脉动下,各结构参数间所满足的解析表达式。其次,在解析法所设计的初始电机模型基础上,结合有限元法和二维等高线分析法获得结构参数与转矩脉动的函数关系,为采用Taguchi法的水准选取提供可靠依据。再次,利用Taguchi法建立正交表、设计正交试验,优化调整电机结构参数,寻求低转矩脉动的最优解。最后,根据所提出的方案设计并研制了实验样机,仿真和样机试验表明,该绝缘磁障渐变型转子结构可以有效地抑制电机的高转矩脉动,验证了优化设计方案的可行性。

单边直线感应电机纵向边缘效应的研究

单边直线感应电机(SLIM)因结构简单牢固,直接产生前进的电磁推力,在交通中得到广泛应用。由于其磁路断续,电机运行中存在横向和纵向边缘效应;次级的入口和出口因气隙磁链守恒原理会产生涡流,并随速度上升而加大。边缘效应和涡流大小对直线电机气隙磁链产生重要影响,造成气隙有效磁通和牵引力系数降低。探讨直线电机工作特点,得到了电机d-q轴等效电路,通过d轴互感和电阻变化来实时反应第二纵向边缘效应和次级涡流的影响。结合旋转电机转子磁场矢量控制方法,建立了对应的SLIM控制方程。采用转子磁链、速度和电流三个调节器,提出了uds,uqs,iqs实时在线解耦补偿控制方法,对SLIM的推力、d-q轴电压、d-q轴磁链等进行调节和控制,对d轴互感大小进行限制。结果表明,该方法在电机速度突变时减小了力矩脉动,定子电流过渡平滑,速度平稳,改善了SLIM的运行性能,为电机实际运行分析提供了理论依据。

Halbach永磁伺服电机结构研究及优化设计

在分析Halbach电机结构及磁场特性的基础上,对三种Halbach结构永磁伺服电机性能进行了对比研究,并对极间隔断Halbach永磁伺服电机在气隙长度、磁体厚度、磁体块数、磁极配比对径向气隙磁场的影响进行研究,以找出结构尺寸对电机性能影响的一般规律。提出了两种新型Halbach电机改进结构,并对性能进行了仿真研究,最后确定了优化的Halbach电机结构。

电动汽车永磁同步驱动电机优化波形质量方法

为了提升电动汽车的品质,控制永磁同步电机的振动与噪声,在对内置式永磁同步电机的空载气隙磁密波形与转子磁体结构关系研究的基础上,提出了一种新的气隙磁密波形优化方法.在均匀气隙下,使单个磁极的磁密在空间上不均匀分布.设计了"M"型新转子结构,对"M"转子结构永磁同步电机建立了有限元分析模型,并进行了有限元分析.结果表明:"M"转子结构的气隙磁密波形接近于正弦波,气隙磁密空间各成份谐波含量明显减少,气隙磁密波形正弦畸变率也有所减小,谐波得到了有效抑制.

异步电动机电磁振动噪声自动抑制方法

针对电动机噪声抑制过程受到电动机部位、零件振频的影响,导致噪声抑制效果不均等问题,提出一种异步电动机电磁振动噪声自动抑制方法。根据电磁振动中基波磁场产生的倍频力波和定转子谐波磁场产生的径向力波,得出提高力波阶数能够一定程度对噪声进行抑制。由于电动机不同部位、不同零件的振频不同,可以针对其各自特征,采取特定的抑制方法,因此通过选择最佳槽配合及合适绕组、加大磁通气隙、选用转子斜槽等方法完成对异步电动机电磁振动噪声的抑制。实验证明,能够有效的抑制异步电动机的电磁振动噪声,操作方法简单可行,具有较高的实际应用价值。

基于磁链优化模型的感应电机转子时间常数辨识

感应电机转子时间常数受温度、磁饱和等因素的影响,导致矢量控制系统中转子磁场定向出现偏差,进而使感应电机的输出转矩发生振荡。为此提出了一种基于磁链优化模型的感应电机转子时间常数在线辨识方法,以定子电流和定子磁链的点乘作为设定物理量来构造一个模型参考自适应系统,并对未考虑直流偏量影响的定子磁链观测器进行改进。最后,在Matlab平台对该方法进行仿真研究,结果证明了该方法的有效性。

基于转子磁链优化的五相感应电机电子变极策略

针对五相感应电机(FIM)指数响应转矩跟踪电子变极运行不平稳问题,分析得出转子磁链饱和是导致该问题的主要原因之一,计及磁链饱和提出一种转子磁链优化(RFO)电子变极控制策略。分析了FIM电子变极过程中两个控制平面转子磁链叠加是导致磁链饱和的原因,设计了转子磁链控制函数,并采用磁链幅值和电磁转矩约束函数使转子磁链逼近临界值,优化了转子磁链控制。基于FIM的Speedgoat半实物实验平台,对所提RFO方法进行了实验验证,对采用和未采用RFO的指数响应转矩跟踪电子变极控制策略进行对比实验研究。实验结果表明,所提策略使转速波动减小了50%,转矩波动减小了67%,有效改善了电子变极过程中电机运行平稳性。

采用拼接式转子的内置永磁同步电动机的优化设计

针对传统内置永磁同步电动机漏磁系数较大,隔磁桥机械强度较差等特点,提出一种拼接式转子,这种转子具有若干个独立的铁心,用高强度非铁磁部件通过鸽尾形槽把这些铁心拼接起来,这种转子不需要隔磁桥,所以这种转子能够有效限制漏磁。拼接式转子的铁心具有一些磁障(空气槽),这些磁障可以影响气隙内的磁场分布从而实现近似正弦分布的气隙磁密波形。初步设计了一台基于拼接式转子的3 k W电动机,采用田口法对转子磁障的关键参数进行了优化,并对拼接式转子和传统内置永磁转子进行了对比分析,结果表明所提出的拼接式转子优于传统内置永磁转子。

考虑效率最大化的新型感应电机转子磁链给定

为提高感应电机(IM)运行效率,在考虑铁损数学模型的基础上,给出了高低转速工况下的电压电流约束条件,将保证损耗最小的最优转子磁链给定转化为在约束条件下的目标函数求最小值问题。通过定义广义Lagrange函数,结合Kuhn-Tucker定理分别求解出恒转矩区和恒功率区约束条件下的最优转子磁链给定,保证IM在整个工作范围内的效率最大化。试验结果验证了该方法的有效性。

一种椭球型混合式永磁转子同步电机优化设计及特性对比分析

提出一种椭球型混合式磁路结构的永磁转子同步电机,电机的面贴式永磁体设计为弧形结构,通过机械和电磁参数计算,初步设计得到一台额定功率为3 k W的新型结构电机模型。针对该电机中弧形面贴式永磁体,进行了正弦性的几何参数优化设计;再次,采用有限元分析法分别建立了所提出电机的初步设计结构和优化设计结构的电磁模型;最后,通过对两种有限元模型进行仿真分析,得到了电机的气隙磁通密度波形和相应的分析结果,验证了所提出电机结构的优越性和优化设计的必要性。

感应电机能量最优化控制的研究

感应电机能量优化控制常根据电机静态模型采用恒转差频率控制。但该控制方案会导致调速系统的动态性能和稳定性降低。从感应电机的动态模型出发,提出了一种借助转子磁链控制实现感应电机能量优化的控制方案。根据外环给定电磁转矩的不同,调整内环转子磁链给定值,以达到能量优化控制的目的。在调速过程中,控制方案确保转子磁链紧跟给定值,使输出的电磁转矩紧跟给定值。因此,系统的稳定性、动态性能良好。