Research on DTC System with Variable Flux for Switched Reluctance Motor

When switched reluctance motor(SRM)is in the status of the traditional direct torque control(DTC)system,due to the high saturation nonlinearity of the electromagnetic relationships of switched reluctance motors,the torque ripple and the stator phase current are larger.In order to resolve the above problems,through the analysis and deduction for SRM flux model and the influence of characteristics of flux and speed on torque ripple,this paper presents a variable-flux control strategy with the three closed-loop structure based on the critical flux supersaturated speed.And a DTC system of SRM with variable flux and three closed-loop is built up in Matlab/simulink.Moreover,the DSP hardware experiment platform based on the TMS320F2812 is established to validate the performance of the improved algorithm.The simulation and experimental results show that the new scheme has an obvious effect on torque ripple reduction,and the three-phase stator current is obviously reduced,which greatly reduces the stator winding copper consumption during the operation of SRM.Moreover,the improved system has good system stability.

ANFIS Based Space Vector Modulation-DTC for Switched Reluctance Motor Drive

Direct torque control (DTC) of Switched reluctance motor is known straightforward control structure with similar execution to that of field situated control strategies. In any case, the part of ideal determination of the voltage space vector is one of the weakest focuses in a routine DTC drive because of adjustable switching frequency and high torque ripple. In this paper, ideal choice of voltage space vectors is accomplished utilizing ANFIS (Adaptive Neuro Fuzzy Inference System) with space vector Modulation. SVM-DTC gives consistent switching frequency and the proposed ANFIS controller’s structure manages the torque and stator flux error signals through the fuzzy deduction to get a yield that takes the type of space voltage vector. Simulation results accept the proposed evolutionary system with quick torque and flux reaction with minimized torque ripple and flux ripple.

电动汽车轴径向混合磁通同齿极开关磁阻电机设计与分析

针对传统开关磁阻电机由于转矩脉动大、转矩密度低等缺点限制其在电动汽车驱动电机领域发展的问题,提出了一种新型电动汽车轴径向磁通分段转子开关磁阻电机结构。首先,阐述了新型电机的拓扑结构和工作原理。然后,根据功率方程给出主要设计参数。其次,选取4个结构参数,通过有限元进行正交试验矩阵分析,结合多目标影响程度的权重矩阵选取最佳的参数组合,进一步提高电机性能。最后,通过仿真实验对比和静、动态特性分析,分别验证了轴径向磁通分段转子开关磁阻电机模型的准确性和所提电机结构对于性能提升的有效性。

六相横向磁场磁通切换直线磁悬浮电机温度场有限元分析

以用于轨道交通的六相横向磁场磁通切换直线磁悬浮电机(SPTMFFSLMSM)为研究对象。该电机电枢绕组、励磁绕组以及永磁体都在动子铁心上,可同时实现牵引、悬浮与导向。由于SPTMFFSLMSM结构特殊,因此电机散热比较困难,极易引起电机的温升,从而影响电机的运行特性。为解决动子铁心温升严重的问题,设计了一套冷却系统,确保电机正常运行。首先,根据电机的结构建立了三维稳态温度场数学模型,并推导出边界条件;然后,确定电机内部各种材料的热参数,对电机的热源和损耗进行分析,计算得到对应的生热率;最后,采用三维有限元法分析电机在自然散热和强迫水冷下的温度场,并对比两种散热方式下的温度分布。结果表明采用水冷装置降低了动子铁心的温度,验证了所设计冷却系统的有效性和可行性。

Precise in-situ characterization and cross-validation of the electromagnetic properties of a switched reluctance motor

The electrical-magnetic characteristics of a Switched Reluctance Motor(SRM)exhibit highly nonlinear relationshipwith respect to the rotor position and excitation current,which poses challenges for both precise static measurements and exact calculation of these properties in real-time control.To guarantee that an in-lab test result can be used in the application,firstly a measurementmethod is proposed to characterize the SRM's electromagnetic properties such as the flux linkage,magnetic co-energy,phase inductance and electromagnetic torque on the basis of an installed SRM control circuitry and half-bridge power converter.By this means the characterization process is equivalent to the online observation in its results.Secondly,a theoreticalmodel is built to discriminate the physical meaning between the incremental inductance and the phase inductance,which is the origin of other relevant parameters.This helps to guide the correct utilization of the characterization result.Thirdly an in-situ cross-validation experimentation according to the magnetizing and demagnetizing status measurement verifies the feasibilities and accuracy of the proposed inductance measuring method,which avoid a dubious FEM-based comparison between the numerical calculation and experimental results.Cross-validation experiment shows that the proposed in-situ characterization scheme obtains an accurate full-range electromagnetic properties.The proposed methodology breaks the barrier between the in-lab measurement and on-line utilization of the SRM parameters,highlighting the merits that it completely includes the in-situ factors and replicates the operational scenario without the need of specifically designed instrumentation,which is especially suitable for rapid field characterization for high power motors.

轻型电动车上一种TFSRM控制系统的设计

由于横向磁场开关磁阻电动机转矩与功率密度的优越性和结构设计的灵活性,它在电动车上的应用已越来越广泛。在理论分析的基础上,对电动车上一种TFSRM控制系统进行了设计,设计了转速控制及电机的正、反转控制;对样机进行了系统仿真和实验,得出电机特性数据和输出特性曲线,实验表明:对TFSRM的设计和控制策略进行优化,能够增加电动车上TFSRM的转矩和抑制其转矩脉动。

开关磁阻电机自抗扰无磁链直接转矩控制

针对传统直接转矩控制策略转矩脉动抑制性能弱、调速平稳性差和调速范围窄问题,提出一种基于自抗扰的开关磁阻电机无磁链直接转矩控制。分析传统直接控制转矩策略转矩脉动较大的原因,在此基础上设计了一种无磁链闭环控制方法并且重构了更适应电机运行特性的电压矢量;针对传统自抗扰参数过多难以整定问题,采用线性自抗扰控制器将其代替,提高了控制器的速度、抗扰动能力和鲁棒性。仿真验证结果表明,在不同转速、负载工况下,不仅动态响应性能提升,而且电机转矩脉动得到进一步抑制,电流峰值降低,进而提高了转矩电流比。

基于电感分区拟合曲线法的TFSRM初始位置检测

提出一种电感分区拟合曲线法,实现横向磁通开关磁阻电机（TFSRM）初始位置检测。将一个机械角度周期的理想电感曲线分为6个区,对各分区内线性度较好的部分进行拟合,得到角度–电感关系。起动时各相同时注入高频脉冲电压,计算出电感值根据角度-电感关系即可求出初始角度。最后在MATLAB环境下对三相TFSRM系统模型进行了仿真,分别验证了电机在零初始速度和惯性运行时的初始位置检测。仿真结果表明该方法具有一定的精度,能实现电机初始位置检测。

开关磁阻电机磁链特性在线建模方法

针对堵转实验或有限元分析获取开关磁阻电机(SRM)磁链特性繁琐耗时、算法复杂、可移植性差等不足,在分析了磁链计算原理基础上,提出了电感上升区间恒流激励方法,设计了磁链特性在线建模平台,给出了其运行方案和流程。样机在线建模结果证实了该方法的可操作性和可移植性,磁链数据误差小于0.008 Wb,为后续电机优化控制、转矩脉动抑制、性能提升及双电机协同控制系统功率平衡输出奠定了实验数据基础。

12/14磁悬浮开关磁阻电机悬浮力全周期模型构建

12/14磁悬浮开关磁阻电机悬浮系统磁通与多个转子齿铰链,导致悬浮系统的等效磁路在整个转子位置周期内具有变结构特征,需要提出新的建模方法,揭示全位置周期内的悬浮力动态变化特性。针对上述问题,该文基于有限元模型开展了12/14磁悬浮开关磁阻电机悬浮力电磁特性分析,明晰了转子位置动态变化下的悬浮系统磁通铰链规律。利用麦克斯韦应力法“区域性”建模优势,提出“主-边磁路并行解析”策略,构建了考虑磁通多齿铰链的全周期悬浮力数学模型。通过有限元分析的方法验证了模型优良特性。开展实验研究,结果表明,建立的悬浮力模型可以有效揭示12/14磁悬浮开关磁阻电机独特本体结构下的悬浮力特性,实现稳定悬浮,进一步验证了所提建模方法的可行性。该方法可以推广至一类具有悬浮系统磁通多齿铰链特征的磁悬浮开关磁阻电机建模研究中。

宽窄定子极轴向磁通开关磁阻电机的设计与分析

针对开关磁阻电机存在转矩密度较低、转矩脉动较大的缺点,提出一种新型宽窄定子极轴向磁通开关磁阻电机。该电机采用并行式双定子结构,左右定子盘通过共享一个转子段保持短磁通路径,定子齿极为宽极和窄极交错排列,集中式绕组缠绕在定子宽极上,定子窄极上则不缠绕绕组,仅为磁路提供磁通路径。由于每个槽只放置一相绕组,使得绕组在磁、热和机械上的隔离程度更高,保证了电机的可靠性。该文首先介绍所提电机的拓扑结构和运行原理;根据功率方程设计了部分初始结构参数,利用有限元方法分析了尺寸参数对电机性能的影响,并利用田口算法对选取的4个关键尺寸参数进行了多目标优化,改进了电机性能;然后计算分析了所提电机结构的动、静态性能;最后,制造了样机,实验结果验证了所提电机结构的有效性。

横向磁场电励磁磁通切换磁悬浮直线电机温度场有限元分析

研究用于轨道交通的横向磁场电励磁磁通切换磁悬浮直线电机特殊结构下的温升问题,设计冷却系统以保证电机正常运行。分析电机的结构和运行原理,建立了三维稳态温度场数学模型,并推导出边界条件方程。考虑电机各部分热交换的情况,确定各材料的导热系数以及电机不同部分的对流换热系数。通过有限元方法计算出电机的铜损耗与铁损耗,并求出相应的生成热。利用三维有限元法对电机不同工况下的温度场进行计算,得到了电机铁心、电枢、励磁绕组的温度场分布情况。最后,设计冷却系统,比较自然风冷和强制水冷的温度分布,证明该冷却系统装置的可行性和合理性。

新型轴向磁通SRM转矩脉动抑制的研究

针对传统永磁电机高温下易发生不可逆退磁、磁通无法调节等固有缺陷,设计出一种带有中央绕组辅助励磁的新型轴向磁通开关磁阻电机。基于该电机电感、转矩特性曲线引入一种简单的导通角控制算法,并且结合该电机本身特有中央绕组结构,提出一种动态导通角联合中央绕组的控制策略,电机低速运行时电枢电流能够准确跟踪期望转矩的同时,避免峰值过大;较高速运行时迅速退磁,避免较大的电枢电流进入负转矩区域,实现电机转矩输出特性更为平稳。仿真与实验结果表明,该控制策略能够使电机在宽转速范围内转矩脉动得到有效抑制。

一种计及饱和与互感影响开关磁阻电机的磁通快速计算方法

开关磁阻电机(SRM)的电磁具有明显的非线性特征,传统异步电机的计算公式无法适用于开关磁阻电机的磁通,针对此问题提出了一种磁通快速计算方法。该方法以磁路模型为基础,同时考虑了磁路饱和及相间互感对磁通分布的影响。首先,通过求解磁路方程组,求得铁心各分段中的磁通、磁阻,进而求得磁链特性曲线。然后,分析了齿轭比参数对饱和特性及互感特性的影响,推导出轭部铁心先于齿部饱和的齿轭比临界值表达式。最后,以一台12/10结构的六相SRM为样机,将计算结果与有限元仿真结果进行对比,验证了方法的准确性。该方法降低了初期设计和分析过程中对有限元法和实验测量的依赖,有效提高了计算速度,减少了仿真成本。

一种开关磁阻电动机转矩控制的新方法

系统阐述了开关磁阻电动机(Switched reluctancemotor, 简称 SR 电动机)转矩分配控制策略的原理,介绍了SR 电动机转矩分配控制策略的研究现状及其存在的问题,提出了面向转矩误差最小化的转矩分配控制新策略,其核心在于求解多函数变量优化问题,给出了该优化问题标准形式及其数值解法,对基于转矩分配控制策略的 SR 电动机速度控制系统进行了数值仿真和实验研究,仿真结果一定程度上验证了所提出的控制策略的可行性。

开关磁阻电动机特性检测与参数辨识方法研究

研究了开关磁阻电动机(Switched Reluctance Motor, 简称 SR 电动机)磁链特性与静态转矩特性的实验测量方法,分别建立了 SR 电动机磁链特性和静态转矩特性检测装置。在实测数据的基础上,采用非线性拟合和最小二乘方法实现了磁链模型和静态转矩模型的参数辨识,将参数已辨识特性模型的计算结果与实际测量的特性数据相比较,对模型的精度进行了评价,得到不同转子位置和不同相电流所对应的模型误差.

基于DSP的开关磁阻电机磁链特性检测与神经网络建模

基于实测磁化曲线提出一种开关磁阻电机小波神经网络磁链模型。设计了基于DSP的开关磁阻电机磁链特性检测系统,在上位机中采用离散方法计算磁链值,获得不同角位置下的电机磁化曲线族;利用实测磁链特性建立神经网络模型,选择Mexican hat小波函数作为隐层激励函数,采用下降梯度法对网络进行训练以确定模型参数。仿真结果表明,所提出的开关磁阻电机小波神经网络磁链模型具有较小的误差和较强的泛化能力,对实现开关磁阻电机在线优化控制具有实际意义。

横向磁场开关磁阻电机永磁屏蔽技术研究

首先阐述了横向磁场开关磁阻电机转矩提升原理,着重分析了漏磁通产生原因以及对电机性能产生的影响,在此基础上研究了一种具有双边永磁屏蔽外转子低速横向磁场开关磁阻电机,介绍了样机的结构特点,并采用三维等效磁网络法对样机进行了磁场计算,研究表明利用装设在定、转子极间的永磁体能有效屏蔽漏磁通,增加磁通变化率,提高输出转矩。样机的计算结果和试验结果基本吻合。

基于改进型简化磁链法的开关磁阻电机无位置传感器速度控制

传统的简化磁链法需要以单相轮流导通和电流斩波控制为前提条件,其中单相轮流导通即在换相角处关断当前相的同时开通下一相的条件使系统的开通和关断角之间存在耦合,不利于在进行无位置传感器速度控制同时实现效率优化或转矩脉动最小化等要求。为此,本文提出了能够任意给定开通角且其与关断角无关的改进型简化磁链法,并以此搭建了开关磁阻电机(SRM)无位置传感器速度控制系统。所提方法仅需控制系统采取关断角固定和电流斩波控制方式,根据所提的改进型简化磁链法,能够确定关断角位置,并可估算出转速和任意时刻转子位置。最后,所提方法和利用该方法搭建的SRM无位置传感器速度控制系统,通过DSP驱动实验,证明了其有效性。

双极性分块转子开关磁阻电机

针对单极性励磁时四相8/6结构分块转子开关磁阻电机的定子磁通冲突问题,把双极性励磁方法应用于四相8/6结构分块转子开关磁阻电机,基于2D有限元建立双极性分块转子开关磁阻电机的场路耦合模型,计算双极性分块转子开关磁阻电机的电流、转矩及铜耗,并在(r,θ)坐标系中细致描述定子铁心和转子铁心特征区域的磁密周期性变化规律,最后应用双频法分离铁损获得铁心的涡流损耗和磁滞损耗。计算结果表明,与同等双极性励磁的8/6结构双极性普通开关磁阻电机相比,8/6结构双极性分块转子开关磁阻电机的转矩脉动大,但铜耗减小约32%,铁耗减小约35%。