高功率密度永磁同步电机多物理场设计与优化

针对额定功率50 kW、额定转速2050 r/min的高效率高功率密度永磁同步电机进行多物理场优化设计,包括电磁场、温度场和应力场的设计与仿真分析。为进一步提高功率密度,选用发卡绕组替代传统的圆线绕组;为改善反电动势的正弦度,相较于传统的径向充磁,选用了多段式Halbach阵列充磁方式。本文给出了高功率密度电机的设计流程和电磁参数优化过程,通过多物理场仿真表明,本文所设计电机能够同时满足电磁指标和各项温升和应力指标。

永磁同步电机转子位置的无传感器自检测

介绍了一种基于电机空间凸极追踪的转子位置无传感器自检测的方法.该方法采用高频电压载波注入方式形成高频电流矢量,其负序分量包含了转子空间位置信息.通过采用外差法的转子位置跟踪观测器完成了转子位置信息的提取,实现无机械位置传感器的电机转子位置的检测.对空间凸极追踪的转子位置检测原理、转子位置跟踪观测器的结构以及内插式永磁同步电机转子位置检测过程的仿真研究进行了详细介绍,仿真结果验证了该方法正确和可行的.

阻尼绕组对直接转矩控制同步电机动态行为的影响

目前电励磁同步电机直接转矩控制研究在中国还是一个空白,其转子上存在阻尼绕组,必然对电机的动态行为产生影响。本文详细推导并分析了电励磁同步电机中电磁转矩与转矩角关系式,在此基础上结合仿真方法研究了阻尼绕组对直接转矩控制同步电机动态行为的影响。结果指出,在主转矩角为零点附近主转矩与主转矩角的变化趋势始终一致;交轴阻尼绕组能有效地抑制动态中转矩及转速振荡幅度;直轴阻尼绕组对改善系统动态性能不明显,且该绕组的存在易引起系统的不稳定。从改善系统的动态特性出发,转子上不宜设置直轴阻尼绕组。

同步电机定子三维温度场数值模拟

为保证某同步电机定子通风系统设计合理,对其温度场进行了研究。建立了包括端部绕组、气隙、铁心段的定子通风系统三维实体模型,选取三维湍流流动和传热数学模型,并给出求解域相应的边界条件和假设条件,应用计算流体动力学软件,对控制方程进行数值模拟计算。计算得到两种额定转速时,原始结构及改进结构——减少端部上层绕组间绑扎和垫块后的定子三维温度场,并着重分析了端部绕组、压指等部件的温度分布特点。结果表明,定子的最高温度点位于端部绕组内部;减少绑扎、缩小垫块尺寸,可使端部绕组的工作温度低于对应绝缘等级耐热的极限温度。

考虑阻尼绕组的五相PMSM数学模型及等效电路

对带阻尼绕组的五相永磁同步电动机(PMSM)的数学模型进行了分析,得到了该电机在abc坐标系下的数学模型,并通过全维空间解耦变换矩阵和旋转变换矩阵分别建立了α-β坐标系和d-q坐标系下的数学模型,该模型具有不同空间变量解耦的性质,在此基础上,通过标幺值方法得到了规范化d-q模型,并给出了相应的等值电路。建立的数学模型和等值电路可用于带阻尼绕组的多相永磁同步电动机的分析和控制,并可拓展应用于任意相的多相永磁同步电机中。

矿井风门等效风阻实验研究及应用

为得到矿井风门漏风量与风压关系,实现对传统的通风网络解算算法进行改进,采用实验与理论分析的方法,通过构造的通风系统仿真模拟风门,分析不同漏风面积下风量和压差之间的关系,推导并验证了改进的通风网络解算算法.研究结果表明:风门不同漏风面积下风量和压差呈指数函数关系,改进的网络解算算法不仅降低了传统的通风网络解算算法的误差,而且解算得到的风量值更符合实际情况.

大型同步发电机故障灭磁仿真

本文对大型同步发电机故障状态下的线性和非线性电阻灭磁进行了仿真计算。其仿真模型考虑了转子阻尼绕组的感应作用和发电机空载特性的非线性,并利用积分算子1/s实现了灭磁微分方程的求解和磁能的计算,以期对电阻的灭磁性能进行更直观的分析。给出了某一300WM汽轮发电机故障灭磁的Matlab仿真结果,其较好地再现了发电机的灭磁过程,获得了灭磁电阻性能的对比结果。

大型同步发电机起励仿真研究

对大型同步发电机的起励进行仿真研究,起励过程考虑了转子阻尼绕组的影响与发电机空载特性的非线性。针对典型的自并励和他励方式的起励进行仿真分析,以期对起励的动态过程有更深入的认知。最后根据某一300MW汽轮发电机的参数作了上述两种励磁方式的Matlab起励仿真,较为真实地再现了发电机起励的动态过程。

带阻尼绕组的多相同步推进电机空载特性及其绕组参数的计算研究

凸极式同步推进电机的空载特性及其绕组参数与电机结构、定转子齿槽、磁场饱和等紧密相关.文中通过对多相同步推进电机电磁场数值计算,得到了电机反电势表达式,提出了相绕组参数的计算方法.并对十八相同步推进电机的绕组参数及其空载特性进行了计算和测量,结果表明。

同步电动机矢量控制动态解耦性和阻尼绕组作用

同步电动机矢量控制存在动态解耦性问题，以往未做深入的研究，实际应用中已暴露出基于稳态解耦的矢量控制的局限性。本研究从数学意义上进一步阐明同步电动机矢量控制的动态解耦性问题，并进行较为深入的理论分析和实验研究。同时对阻尼绕组与同步电动机动态解耦性的关系进行数学分析与说明。

基于SVPWM控制策略的PMSM驱动系统

在详细研究空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modlulation,SVPWM)基本原理和实现方法的基础上,分析了永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)的矢量控制策略,在Matlab/Simulink环境下建立基于SVPWM控制策略的转速和电流双闭环永磁同步电机调速系统仿真模型,并进行实验仿真;以英飞凌单片机XC2267为硬件驱动进行永磁同步电机SVPWM控制策略的实验验证,利用CAN总线分析仪对电机运行状态进行检测。仿真和实验结果表明了SVPWM控制策略在永磁同步电机驱动系统应用中的有效性,为相关电机控制系统的设计和调试提供了相应思路。

自起动永磁同步电动机稳态运行鼠笼电流分析

通过理论分析和有限元仿真,对定子绕组采用△联接的自起动永磁同步电动机的气隙磁场、转子阻尼绕组的电流、转矩、转速、损耗等进行分析,可以得出定子绕组采用△联接时,不仅会大大增加稳态运行时的转子铜耗,还会引起转矩、转速的波动。因此,定子绕组应慎用△联接。将△联接与Y联接的电机做了对比分析。

大功率变－交变频同步电动机的谐波问题分析

本文研究了由变频器非线性引起的交－交变频器供电的大功率同步电动机系统的谐波问题。重点对稳态运行条件下由定子谐波电压产生的磁势引起的阻尼绕组谐波电流、谐波损耗及脉动转矩进行了计算分析．并以一台５０００ｋＷ交－交变频大功率同步电动机为例做了实例计算．

基于BP神经网络永磁同步电机矢量复合控制

为减小永磁电机PI控制器的速度超调,解决常规IP控制跟踪响应慢的特点,提出一种基于BP神经网络的矢量控制和PI-IP复合控制器的优化策略。综合BP神经网络、双闭环矢量控制以及PI-IP复合控制器的优点,在传统双闭环矢量控制中,对速度环引入新型的PI-IP控制器,同时结合BP神经网络的控制策略,完成BP神经网络矢量PI-IP控制器对永磁电机的速度控制,免去复杂的参数调整过程,同时提高永磁电机的工作性能。仿真结果表明,与常规控制方法相比,所提方法能有效减小速度超调,抑制扰动,BP神经网络优化后的PI-IP控制器具有更强的控制精准性和抗负载转矩扰动能力。

一种高性能永磁同步伺服电动机绕组串并联换接方法及其仿真研究

为了扩展永磁同步伺服电动机运行速度的范围,提出了一种绕组串并联换接方法,详细介绍了该方法的实现,并对该方法进行了静动态仿真。仿真结果表明,绕组串并联换接可以在兼顾电动机低速与高速性能的前提下,大幅度扩展了永磁同步伺服电动机的运行速度范围,较好地解决了同一台电动机既要求低速大转矩,又要求高速大功率这一矛盾。

一种模拟直驱永磁风电机组低电压穿越的试验系统

随着直驱永磁风力发电系统并网容量逐渐增加,电力系统对其低电压穿越能力也做出了明确规定,因此直驱永磁风电机组的低电压穿越算法成为近年研究热点,而算法的研究需要硬件平台的支撑。针对这个问题,构建了一套直驱永磁风力发电机组的低电压穿越试验平台。试验平台主要由模拟风力机、永磁同步电机、全功率变流器以及模拟电网组成。在模拟风力机设计时,基于直流电机的电磁转矩特性,控制其电枢电流使直流电机输出转矩实时跟踪风力机的转矩,并采用减速箱和飞轮来模拟实际风力机的低转速特性和大惯性特性。为验证试验平台的运行效果,采用了一种应用于全功率变流器的有功无功协调控制策略,在电网电压跌落时,优先向电网传输所要求的无功功率,在此基础上最大限度地向电网传输有功功率。试验结果表明:搭建的试验平台可稳定运行,在电网电压跌落至60%时,应用有功无功协调控制策略可实现低电压穿越,并使电网电压提升了11%。

基于无级调速原理的并网型风电系统设计

针对变频器对风电系统的影响,提出一种用于并网型风电机组恒频输出的无级调速系统。该调速装置由可连续调速电动机和差动轮系组成,通过调节电动机的输出转速,电动机调速传动系统可以实现在不同的风速下的恒转速输出,从而实现发电机恒频输出。建立所设计的电动机调速传动系统SIMULINK模型,并采用美国国家可再生能源实验室开发的FAST(fatigue,aerodynamics,structures and turbulence)软件模拟不同风速下1.5 MW风力发电机的工作情况。通过FAST和SIMULINK仿真试验,在不同风速条件下,验证了设计的电动机调速传动系统。以上研究工作为并网型风电机组的无级调速传动系统设计奠定了一定的理论基础。

自并励的同步发电机的起励仿真研究

对自并励同步发电机的起励进行了仿真研究,起励过程考虑了转子阻尼绕组的影响与发电机空载特性的非线性,以期对起励的动态过程有更深入的认知。给出了某一300WM汽轮发电机自并励励磁的Matlab起励仿真结果,并与现场运行的实测结果进行了比较。

凸极同步电动机负载突然变化时阻尼绕组暂态电流的计算

本文通过建立阻尼绕组多回路数学模型，对凸极同步电动机负载突然变化时各阻尼条电流．阻尼绕组端部暂态电流分布进行了计算研究，并以一额定功率为５０００ｋｗ、每个极面上放置４根阻尼条的凸极同步电动机为例做了实例计算．

具有阻尼绕组永磁同步电动机的转子位置辨识方法

针对永磁同步电动机控制系统中位置传感器安装困难、可靠性低的问题,提出基于单相信号注入的无传感器转子位置辨识方法。分析了具有阻尼绕组永磁同步电动机采用单相信号注入法检测转子位置的原理,即通过注入单相高频或低频信号检测电机的阻抗特性,从而准确计算转子位置角度;再利用直流偏置法鉴别转子永磁体的极性。利用有限元方法对具有阻尼绕组永磁同步电动机的阻抗特性和转子位置关系进行了仿真分析。通过有限元仿真与样机实验验证了基于单相信号注入转子位置辨识方法的可行性,为永磁同步电动机无传感器控制技术的实际应用提供了良好的理论基础。