空压机用高速永磁电机铁心和磁钢损耗的影响因素

高速电机具有电流频率高、定子铁耗和转子涡流损耗大等特点。针对额定功率10 kW、额定转速100 000 r/min空压机用高速永磁电机,对比分析了平行充磁和径向充磁、脉冲振幅调制(PAM)方波驱动和基于SiC的正弦波驱动时对损耗的影响。分析结果表明,平行充磁气隙磁密谐波小,空载定子铁心损耗比径向充磁低约40%;驱动方式对电机损耗尤其是转子损耗影响较大,正弦波驱动时转子损耗几乎可忽略,方波驱动时转子损耗占比可达总损耗的20%。针对方波驱动转子损耗大的问题,在转子表面增加一层铜屏蔽层,分析结果表明可以有效降低转子涡流损耗。对同一台带压缩机负载的高速电机对比测试了2种驱动器控制下的母线输入的有功功率,验证了驱动方式对电机损耗的影响。     

不同驱动方式下永磁无刷电动机损耗及热场研究

针对方波和正弦波两种驱动方式对永磁无刷电动机损耗及温升的影响进行了研究,其中方波驱动下对比分析了3种等效电压相同,不同PWM占空比情况下电动机损耗及温升的不同。仿真了2种驱动方式下电动机的电流,并对电流波形进行了谐波分析。采用一种精确的损耗模型对电机进行了损耗计算,并在此基础上利用解析集总参数热网络法进行了温度场分析,实验结果验证了分析结果。通过研究发现,正弦波驱动下电动机的电流为平滑的正弦波,而方波驱动下的电流中存在显著的时间谐波以及PWM型逆变器带来的载波谐波,造成方波驱动下电动机的转子涡流损耗远大于正弦波驱动的。正弦波驱动下,电机的定转子温升差异并不明显。方波驱动下,电动机的转子温升明显高于定子的,并且随着PWM占空比的降低,定转子的温升差异加剧。     

两种驱动方式下永磁直线开关磁链电机的研究

永磁开关磁链电机数学模型可以等效为永磁无刷电机,普遍采用方波驱动方式。在有限元基础上分析6/7极直线式磁链电机反电势波形,采用方波和正弦波驱动方式,比较两种方式下的电流、电压、平均推力大小及波动系数,计算不同方式下电机铜耗、铁耗以及永磁铁涡流损耗。仿真表明:在同一速度下,两相导通方波方式下的推力小于正弦波驱动方式下的力,同时总损耗也小于正弦波驱动方式下损耗,可以在不同应用场合中选择不同驱动方式。     

航空EMA用永磁无刷电动机复合驱动控制策略研究

正弦波驱动与方波驱动是永磁无刷电动机的两种主要驱动方式,各自已经形成独立的控制思想体系,但是方波驱动方式下存在低速转矩脉动较大的问题,而在正弦波驱动方式下出力又较小,不能满足航空用大功率作动系统的需求。针对这一问题,结合两种驱动方式各自的优点,以航空机电作动器(EMA)的主要执行部件永磁无刷电动机为控制对象,致力于研究并设计一种独特的复合驱动系统,电机以正弦波驱动方式起动,并在高速时切换至方波驱动方式。仿真结果证明:该方法能够有效减小低速转矩脉动,并且由于高速时采用了方波驱动方式出力更大,能够有效提高永磁无刷电机的效率,为航空EMA用永磁无刷电动机的高精度、高效率控制提供了一种可供参考的新思路。     

无刷直流电机方波正弦波复合驱动器设计

针对无刷直流电机方波驱动出力大,正弦波驱动转矩脉动和噪声小的特点,设计了基于霍耳传感器信号的无刷直流电机方波与正弦波复合驱动器。在不改动硬件电路的前提下,利用软件编程实现了无刷直流电机的方波驱动与正弦波驱动以及两种驱动方式间的动态切换。实验结果表明,无刷直流电机运行稳定,切换方式灵活。该设计的方波正弦波复合驱动器可以有效拓宽无刷直流电机在高精度、低噪声环境下的应用。     

正弦波驱动下无刷直流电机机械特性研究

对无刷直流电机在正弦波驱动下的机械特性进行了研究。通过建立正弦波驱动模式下无刷直流电机等效电路模型,分析了不同负载下相电流与反电势之间的关系,推导了此模式下电机的机械特性表达式,并与方波驱动模式下电机的机械特性进行了对比分析。Matlab仿真与电机的试验结果验证了理论分析的正确性。     

航空用永磁无刷电机复合驱动中转速波动研究

研究了航空EMA用永磁无刷电机正弦波/方波复合驱动策略,推导了永磁无刷电机在驱动方式切换时的转速动态方程,分析了影响切换过程中转速波动的主要因素。建立了永磁无刷电机复合驱动的仿真模型和实验平台,仿真和实验结果表明,正弦波/方波复合驱动时的转速波动可以控制在允许的范围内,验证了复合驱动控制策略的有效性。     

正弦波驱动无刷直流电机转矩脉动的研究

针对无刷直流电机(BLDCM)使用方波驱动所产生的转矩脉动问题,提出利用正弦波驱动的控制策略减小转矩脉动,降低损耗,提高运行效率.通过对方波和正弦波两种方式驱动的理论分析,得知利用正弦波驱动的控制策略可较好地抑制转矩脉动.同时,所设计的驱动电路具有结构简单、成本低、可靠性高等特点.对实验结果进行分析,得出该控制策略的合理性、正确性和有效性,从而证明该BLDCM在使用正弦波驱动的情况下减小了转矩脉动,使得此电机可使用在对稳定性要求更高的场合,扩大了其应用范围.     

非理想反电动势无刷直流电动机控制策略研究

无刷直流电动机的转矩脉动是限制无刷直流电动机应用的重要因素。针对无刷直流电动机方波驱动电磁转矩大、控制简单以及正弦波驱动转矩脉动小的特点,提出了一种新的控制策略——采用方波电流进行起动控制,待电机达到稳定后,动态切换到正弦波电流驱动控制的方式。仿真结果表明采用该控制方式可以满足电机的快速起动以及具有运行转矩脉动小等优点。     

定子无铁心轴向磁场永磁电机永磁体损耗研究

针对定子无铁心轴向磁场永磁电机在不同驱动方式下,转子永磁体损耗会使永磁体温度升高,影响电机效率等性能,由于铷铁硼较低的居里温度,严重时甚至会导致永磁体过热退磁。本文采用有限元软件仿真研究了定子无铁心轴向磁场永磁电机在正弦波与方波驱动方式下的转子永磁体涡流损耗的变化,并分析了将永磁体多次分割在不同驱动方式下永磁体涡流损耗的变化规律;在分割永磁体的同时加入屏蔽层进一步影响涡流损耗的变化情况。结果表明,"分块+屏蔽层"的方式能大大降低转子永磁体的涡流损耗。     

Six-step Voltage Control of PM Brushless AC Motors under High Speed Flux-weakening Operation for EV/HEV Applications

The torque-speed characteristics of brushless motor having an interior permanent magnet rotor and a sinusoidal back-emf waveform are compared experimentally when it is operated in brushless AC(BLAC) mode and brushless DC (BLDC) modes with both 2-phase,120° conduction(BLDC-120) and 3-phase,180° conduction(BLDC-180).Particular emphasis is on high-speed,six-step voltage controlled,flux-weakening operation.It is shown that for EV/HEV applications,even for interior PM brushless motors which have sinusoidal back-emf waveforms,in order to achieve maximum torque per ampere capability over wide operation speed range,it is advantageous to employ a hybrid operation mode-BLAC operation in the constant torque region and six-step voltage control(BLDC-180 operation,together with current phase control) in the flux-weakening region.     

A New Starting Method of BLDC Motors Without Position Sensor

This paper presents a novel method to detect the rotor position of the brushless dc (BLDC) motor of a hard disk drive (HDD) at a standstill and a startup method to accelerate the rotor up to a certain speed where the conventional position sensorless control methods based on the back electromotive force could work reasonably. The proposed initial rotor-position-estimation method is suitable to avoid the temporary reverse rotation or the starting failure of the HDD. The principle of the estimation is based on the variation of the current response caused by the magnetic saturation of the stator core of the BLDC motor when the current flows along the magnetic axis. This method can be implemented using only one current sensor at the dc link of the inverter, which is a prerequisite for the HDD drive. It does not depend on the model of the motor, and it is robust to motor parameter variations. Using the proposed method, it is demonstrated experimentally that a stable start-up can be achieved even with a severe mechanical disturbance     

高速无刷直流电机的快速锁相控制方法

作为航天器姿态控制的关键执行机构,控制力矩陀螺(CMG)转子的稳速精度是决定其输出力矩精度的重要因素之一,高速电机通常采用锁相环技术实现高精转速,但电机驱动电流的饱和非线性大幅度延长了锁相跟踪收敛时间和扰动恢复时间,严重影响稳速精度.本文建立了包含驱动饱和特性的高速无刷直流电机锁相控制系统模型,采用相平面法分析稳定性和跟踪时间,提出基于串联PD校正的快速锁相控制方法,针对该方法进行了仿真分析,锁相跟踪时间减少了90％,而且不会影响系统稳定性.仿真和实验结果验证了该方法的正确性和有效性.     

A sensorless drive system for brushless DC motors using a digital phase‐locked loop

This paper proposes a sensorless drive system for Brushless DC (BLDC) motors using a Digital Phase‐Locked Loop (DPLL). The Back Electromotive Force (BEMF) voltage is measured from the motor winding to determine the permanent magnet rotor position using the DPLL, and Pulse Width Modulation (PWM) limits the motor current to control the speed of BLDC motors. The proposed method can drive BLDC motors using an open‐loop control without stepping out. Also, the proposed method is compared experimentally with a control method that uses Hall sensors. Experimental results for the BLDC motor show the effectiveness of the proposed method. © 2002 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 142(1): 57–66, 2003; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10074     

A novel microcontroller-based sensorless brushless DC (BLDC) motor drive for automotive fuel pumps

This paper presents a novel back-electromotive-force (EMF) detection method for sensorless brushless DC (BLDC) motor drive systems. By this method, a true back-EMF signal can be directly extracted for each phase without sensing the neutral point of the motor. The method proposed is not sensitive to switching noise and requires no filtering. Good motor performance is achieved over a wide speed range as well. This novel sensing scheme is implemented into a hardware macro cell inside a mixed-signal microcontroller. The proposed microcontroller-based sensorless BLDC drive system has been successfully applied to automotive fuel-pump applications, which require high reliability and intelligence at a low cost.     

单个电流传感器实现的无刷直流电动机相电流检测

无刷直流电动机的输出转矩与相电流大小成正比,通常为构成电流闭环及保护,需采用多个电流传感器,本文提出了的新的相电流检测方法,则只需一只电流传感器,实验验证了该方法是正确和有效的。     

极槽配合对分数槽外转子无刷直流电机性能影响研究

介绍了无刷直流电机(BLDC)分数槽绕组的极槽配合原则,分析了极槽配合对外转子无刷直流电机绕组连接方式、绕组系数、气隙磁场、计算极弧系数、齿槽转矩、定子磁动势谐波、定子铁损耗等影响,并通过Ansoft和Matlab软件对12槽8极、12槽10极、12槽14极和12槽16极四种极槽配合电机进行仿真,验证了理论分析的结果,为电机设计提供了理论依据。     

A practical sensorless commutation method based on virtual neutral voltage for brushless DC motor

This paper presents a low‐cost and highly practical sensorless control method for brushless DC (BLDC) motor drives. The developed methodology can generate an accurate commutation signal for the BLDC motor by sensing the back electromotive force zero‐crossing point through the virtual neutral voltage of the motor. Since commutation control is critical for the BLDC motor control, a voltage‐controlled phase shifter comprising a hysteresis comparator and voltage‐controlled resistor is proposed in order to perform phase compensation at different speeds and prevent rapid output oscillations due to noise or high‐frequency ripples in the virtual neutral voltage. Finally, several experiments have been performed on a prototype motor to verify the theoretical analysis and demonstrate the practicality and reliability of the proposed sensorless drive method. © 2017 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

基于数字信号处理器的无位置传感器无刷直流电机起动方法

对反电动势检测转子位置的无传感器无刷直流电机的控制方法进行了研究。分析了几种常用的电机起动方法。阐述了利用dsPIC30F6010芯片实现无位置传感器无刷直流电机预定位起动的方法，给出了相电流和转速波形。试验结果表明，该方法具有起动稳定、可靠的特点。     

基于数字信号处理器的无位置传感器无刷直流电机起动方法

对反电动势检测转子位置的无传感器无刷直流电机的控制方法进行了研究。分析了几种常用的电机起动方法。阐述了利用dsPIC30F6010芯片实现无位置传感器无刷直流电机预定位起动的方法,给出了相电流和转速波形。试验结果表明,该方法具有起动稳定、可靠的特点。