永磁同步电动机电枢反应电抗计算方法研究与测试差异分析

永磁同步电动机的电枢反应电抗参数不仅关系到电机性能的好坏,还与伺服系统的控制精度密切相关,本文基于有限元法研究永磁同步电动机电抗的计算方法,重点研究交叉饱和对电机电抗的影响规律。首先计算不考虑交叉饱和时的电枢反应电抗,然后把矢量法和保存磁导率法相结合,在考虑直、交轴磁路的交叉饱情况下计算电枢反应磁场,从而得到直、交轴电枢反应电抗随电机内功率因数角的变化曲线,最后通过迭代确定直、交轴电流值和直、交轴电枢反应电抗。通过对表面式和内置式永磁电机电枢反应电抗计算,研究不同转子结构下交叉饱和对电枢反应电抗的影响规律,并分析了产生这种影响的原因。最终对直、交轴电枢反应电抗的计算值和测试值进行对比并得出几条重要的结论。     

内置U型永磁电机电抗参数研究

电枢反应电抗是永磁电机设计中的重要参数。本文首先用等效交直轴法和保存磁导率法对内置U型转子结构永磁电机进行了电抗参数的计算。然后,在不考虑交叉饱和及考虑交叉饱和的情况下,对内置U型转子结构永磁电机的电抗进行了实验测试,并将不同计算方法下的电抗计算值与测试值进行了分析比较,得出计算值与测试值的差异。最后提出一种新的转子磁路结构,该结构能进一步减小内置U型永磁电机的电抗,提高电机的凸极率。     

轨道交通用永磁同步牵引电机电抗参数的有限元分析

永磁同步牵引电机具有体积小、功率密度大、过载能力强、效率和功率因数高等特点,而电抗参数对永磁同步牵引电机的设计以及电机运行时平衡恒转矩转折速度点与弱磁恒功率最高速度点的性能有较大影响。本文利用Ansoft有限元分析软件对永磁同步电动机的交直轴同步电抗进行了计算,得出了交直轴电抗参数随电机参数的变化曲线,并分析了电机参数对电抗参数的影响。     

自起动永磁电机电抗参数的测试

自起动永磁同步电机的电抗参数是电机设计及实际运行性能的关键参数。分析了用直接负载法测试永磁电机电抗参数的原理及功角测试方法;为了测试永磁电机参数和性能,建立了测试平台,在该测试平台上对永磁电机的性能进行测试,通过数据处理和计算得到交轴电抗参数;并用空载试验测试了直轴电抗参数。对测试结果以及存在测试误差的原因进行了分析。     

基于时步有限元的永磁同步电机稳态参数改进计算方法

永磁电机的稳态电抗是其重要参数之一。针对永磁电机相对于异步电机结构复杂、饱和严重不均匀,局部饱和严重,难以使用磁路分析的方法准确地求得电抗参数的问题,本文以22kW样机为例,研究了负载运行时交叉饱和效应以及该效应对永磁感应电动势的影响,揭示了使用常规矢量图法测试电抗参数的不足。采用时步有限元方法计算了在负载饱和条件下由永磁体激励感应的有直、交轴分量的永磁电动势,得到改进的矢量图,提出了电抗参数的改进算法。结合使用常规矢量图法的实测数据,对比常规矢量图法和改进矢量图法的计算结果,说明改进矢量图法可以克服常规矢量图不足,提高计算的准确性。     

周向双层绕组永磁式发电机电抗参数的计算

电枢反应电抗参数的准确计算对电机的性能有很重要的影响,但现有的方法很难考虑交、直轴的耦合情况,而不能对电抗参数进行较为准确的计算。在ANSYS软件的辅助下,通过修改软磁材料的相对磁导率对周向双层绕组永磁式发电机的电抗参数进行了计算,结果与实验值很接近,证明了该方法的准确性,也为提高电抗参数的计算精度做好了准备。     

1000MW水轮发电机同步电抗计算及影响因素分析

1000MW水轮发电机是国内即将制造的单机容量最大的水轮发电机.对于容量如此巨大的水轮发电机,在进行电磁设计时,准确获得额定负载运行时同步电抗参数至关重要.本文在对电机电磁场进行详细分析计算的基础上,计算了1000MW水轮发电机的同步电抗,并讨论了负载、功率因数以及阻尼条节距比不同时对饱和同步电抗的影响,为工程设计提供...     

不同工况下永磁同步风力发电机饱和同步电抗的计算与分析

以一台400W永磁同步风力系统所用发电机为例,给出了不同工况下电机内电磁场的求解方法,计算了永磁体嵌入转子表面结构的永磁同步发电机的饱和同步电抗值,在此基础上进一步分析了不同运行工况下永磁同步风力发电机同步电抗参数的变化规律,并进行了相应的实验验证,可为控制系统的设计及风力发电机运行性能的进一步研究提供参考。     

基于电机叠压异性转子磁路及参数性能的分析

提出了一种新型组合式转子同步电机,目的是解决轴向叠片各向异性转子电机的振荡和异步运行问题。对电机的结构和参数计算进行了介绍,并在简化分析基础上推导了新电机的交、直轴电抗和空载电势计算公式。系统介绍了电机的磁场、参数及性能的分析计算方法及其数值实施过程,并结合实例对电机的结构、参数和性能进行较为详细的分析和讨论。     

汽轮发电机饱和同步电抗的波动

本文以６００ＭＷ汽轮机电机为例,用有限元法计算了不同瞬时的饱和同步电抗,阐明了受饱和影响时同步电抗的波动情况。     

励磁系统中附加调差对电力系统振荡模式阻尼的影响

将附加调差引入菲利蒲-海佛隆模型,分析附加调差对模型参数的影响,推导出附加调差提供的阻尼转矩系数增量?KD随附加调差系数XC的变化是一条二次抛物线,且这条抛物线的特性与励磁参数、发电机参数、运行状况及线路参数有关。证明了此抛物线在以?KD为纵轴、以XC为横轴的坐标系中必经过原点,且与横轴的第2个交点随发电机功角变化而单调变化。根据此抛物线可全面说明附加调差对系统阻尼的影响情况。两机系统及实际互联电网各典型振荡模式的计算结果与理论推导吻合。     

汽轮发电机转子副槽通风冷却系统流动特性研究

在转子副槽通风冷却系统中,副槽结构、径向风道分布、槽楔出风口直径等参数,直接影响转子风道冷却介质流动特性。为减少副槽通风系统转子轴向温差及热应力,必须使转子沿轴向各径向风道内冷却介质流量分配尽可能均匀。针对转子副槽通风系统的结构特点,建立转子绕组通风离散计算模型。并应用该模型对125 MW空冷汽轮发电机转子副槽通风系统进行计算。研究副槽结构、转子槽楔出风口直径、转子径向风道布置等对转子径向风道流量分配的影响。研究结果表明,在相同入口流量下,副槽截面积越大,径向风道流量偏差越小;转子槽楔直径越小,径向风道流量偏差越小;采用变径向风道间距,可使径向风道流量偏差减小。该文的研究结果对汽轮发电机转子副槽通风冷却系统的设计具有指导意义。     

励磁附加调差对电力系统阻尼特性影响的机理分析

本文研究了励磁系统附加调差对系统阻尼的影响。将附加调差引入菲利蒲-海佛隆模型,分析附加调差对模型参数的影响。推导出附加调差提供的阻尼转矩系数增量ΔKD随附加调差系数XC变化的曲线为一条二次抛物线,而且这条抛物线的开口方向和位置与励磁参数、发电机参数、运行状况及系统参数有关。证明了此抛物线在以ΔKD为纵轴、以XC为横轴的坐标系中必经过原点,在其他参数确定的前提下,抛物线与横轴的第二个交点是发电机功角的函数。根据此抛物线可全面说明附加调差对系统阻尼的影响情况。现场试验结果与理论推导相符。     

一种无差拍直接转矩控制方法

针对现有的感应电动机无差拍直接转矩控制方法计算比较复杂,且计算得到的两个控制电压与控制对象磁链和转矩不是一一对应的问题,提出了一种在定子磁场定向的同步旋转坐标系下进行无差拍直接转矩控制计算方法.由d轴磁链方程推导出磁链无差拍控制电压的计算式;利用和定子磁链相垂直的q轴电流方程,推导出转矩控制电压计算式.计算出的电压矢量由空间电压矢量脉宽调制方法实现.这种方法计算简单,不需要解二次方程,分离的磁链和转矩控制计算有利于控制安排.对采用这种方法的直接转矩控制系统进行仿真表明,系统转矩控制和磁链控制响应快,对参数的变化不敏感.     

Improvement of magnetometer calibration using Levenberg–Marquardt algorithm

The algorithm, the model, and the measurement strategy are important for the calibration of three‐axis magnetometers. A new calibration model with clear physical meaning is proposed, and scale factors, offsets, and nonorthogonal angles are directly illustrated. One limitation of traditional iteration calibration algorithms is the influence of the initial parameters. In this paper, the Levenberg–Marquardt algorithm is proposed to solve the troublesome procedure of initial parameter selection, so that it can improve the calibration performance of three‐axis magnetometers. The validity of this method is proved by simulation, and the estimated parameters are found to be close to the prearranged parameters. The experimental system mainly consists of a three‐axis fluxgate magnetometer (DM‐050), two‐dimensional nonmagnetic rotation equipment, and a proton magnetometer. The magnetic field intensity is obtained by the proton magnetometer. Experimental results show that the root‐mean‐square error is reduced from 84.177 to 4.076 nT. In addition, the influence of the initial parameters and measurement strategy is analyzed. Experimental results show that the Levenberg–Marquardt algorithm is not sensitive to the initial parameters and the 36 static measurements strategy is more reliable than the rotation measurement strategy. © 2014 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

基于超越方程极点分布间接判定的分布式电站谐波不稳定分析方法

线路分布参数模型的引入导致系统极点方程为含复数双曲函数的超越方程,极点分布难以确定,且忽略dq轴耦合可能导致系统稳定性误判。建立并验证了同时计及dq轴耦合及线路分布参数的分布式电站阻抗模型。提出基于广义奈奎斯特稳定判据的极点分布间接判定方法,利用回率矩阵特性间接判定超越方程极点分布,解决了超越方程极点分布求解难题。给出稳定判据应用过程中回率矩阵构造和稳定条件判定的详细过程。分析结果表明忽略线路分布参数或dq轴耦合均可能造成稳定性误判,且忽略前者还将导致遗漏高频谐波放大点。所提方法能准确分析该系统稳定性,并可准确评估系统潜在谐波放大点。最后,仿真验证了所提方法的准确性和有效性。     

Optimal tuning of a control system for a second-order plant with time delay

An engineering method for optimizing the parameters of PI and PID controllers for a second-order controlled plant with time delay is considered. An integral quality criterion involving minimization of the control output is proposed for optimizing the control system, which differs from the existing ones in that the effect the control output has on the technological process is taken into account in a correct way. The use of such control makes it possible to minimize the expenditure of material and/or energy resources, to limit the wear, and to increase the service life of the control devices. The unimodal nature of the proposed quality criterion for solving optimal controller tuning problems is numerically confirmed using the optimization theory. A functional correlation between the optimal controller parameters and dynamic properties of a controlled plant is determined for a single-loop control system with the use of calculation methods. The results from simulating the transients in the control system using the proposed and existing functional dependences are compared. The proposed calculation formulas differ from the existing ones by having simple structure, high accuracy of searching for the optimal controller parameters; they allow efficient control to be obtained and can be used for tuning automatic control systems in a wide range of controlled plant dynamic properties. The obtained calculation formulas are recommended for being used by engineers specializing in automation for designing new and optimizing the existing control systems.     

考虑交叉耦合时电动汽车用内置式永磁同步电机交直轴电感计算

内置式永磁同步电机(IPMSM)以高转矩电流比、更宽的调速区间、高功率密度、高效率等优点在电动汽车领域应用广泛。电动汽车用IPMSM磁路结构复杂,饱和程度高,造成交直轴磁路的交叉耦合,使得交直轴之间产生互感。对交叉耦合现象进行了磁路分析,阐述了其对磁链和电感参数的影响。采用冻结磁导率法(FPM)和有限元法(FEM)对交直轴电感进行计算,并对电感参数随电流变化情况进行了定量分析。对比2种计算方法得出的交直轴电感参数,发现计算结果吻合较好。最后,对比分析了2种方法计算交直轴电感的优缺点,分析表明以FEM为主FPM为辅计算交直轴电感参数,能保证电感参数的精确度,缩短计算时间。     

基于改进的同步旋转参考坐标变换的静止无功补偿装置

静止无功补偿器(SVC)用于负荷补偿时,补偿导纳的计算对其补偿性能有着重要的影响。笔者提出了一种基于改进的同步旋转参考坐标变换的补偿电纳计算方法。该方法利用电网电压中的一相电压构造虚拟的对称三相系统,由其形成的合成矢量作为同步旋转坐标系中的d轴,将负载电流矢量投影到电网电压矢量上,通过低通滤波器后便可得到正序电流和负序电流,由此可以准确计算所需的补偿电纳。该方法计算简单,基于该法的静止无功补偿器不需要硬件锁相环,能够快速、准确地补偿负荷的无功功率,维持电网电压的稳定。仿真和实验结果证明了所提补偿电纳计算方法的可行性和有效性。