考虑铁损的感应电机直接转矩控制的效率优化

建立了考虑铁损时的感应电机数学模型,在分析电机损耗和定子磁链的关系的基础上,提出了一种通过优化定子磁链实现感应电机直接转矩控制变频调速系统的效率最优控制策略。研究了不同负载转矩和转速条件下电机损耗与定子磁链之间关系,推导出电机损耗与负载转矩和定子磁链的表达式,进而确定了损耗极小时的最优定子磁链幅值。仿真结果表明该策略能明显降低感应电机直接转矩控制系统的功率损耗,提高运行效率。     

具有效率优化计算的异步电动机自抗扰与滑模直接转矩控制

为了克服异步电动机直接转矩控制中转矩和电流脉动大等缺点,设计改进的自抗扰速度控制器取代传统的比例积分(PI)控制器。根据异步电动机的数学模型以及滑模变结构控制理论设计了一种基于转矩误差和磁链平方误差的新型滑模控制器。考虑电机运行过程中负载转矩未知问题,设计了一种基于Super-twisting算法的负载转矩观测器。Super-twisting定子磁链观测器的应用提高了观测精确度。通过效率优化计算得出稳态时最优定子磁链,并将其引入调速系统。仿真试验结果表明,该控制策略有效地减小了转矩和电流脉动,并且对外部扰动具有较强抑制作用,同时能够降低电机运行损耗,具有良好的动态和稳态性能。     

感应电机空间矢量直接转矩控制系统的效率优化

提出了一种感应电机空间矢量直接转矩控制系统的效率最优控制方法。在定子磁链定向坐标系中,建立了计及铁芯损耗的感应电机数学模型。分析了电机损耗与转矩、转速和定子磁链的关系,推导出了不同运行工况条件下效率最优的定子磁链幅值表达式,实现了感应电机直接转矩变频调速系统的效率最优控制。实验结果表明,所提优化控制策略,在保持直接转矩控制快速动态响应特性的同时,可有效提高电机轻载时的运行效率。     

损耗极小的内置式永磁同步电动机直接转矩控制

为解决永磁同步电动机驱动系统在轻载运行时效率偏低的问题,给出了一种损耗极小的永磁同步电动机直接转矩控制方案。该策略通过分析电动机损耗与转速、转矩和定子磁链的关系,建立了考虑铁心损耗的永磁同步电动机模型,根据该模型推导出了使电机电气损耗极小的最优定子磁链表达式,将最优定子磁链计算模块嵌入直接转矩控制系统,从而实现了永磁同步电动机直接转矩控制调速系统的损耗极小。实验结果表明该控制方法不仅保持了传统直接转矩控制动态响应快的特点,而且能够提高电机在轻载运行时的效率。     

内置式永磁同步电机的效率最优直接转矩控制

为提高内置式永磁同步电机驱动系统的运行效率,提出了一种内置式永磁同步电机的效率最优直接转矩控制方法。在建立计及定子铁心损耗的内置式永磁同步电机模型的基础上,分析了电机损耗与转矩、转速和定子磁链的关系,导出了不同运行工况条件下效率最优定子磁链幅值的计算式。通过动态调节定子磁链给定值,实现了内置式永磁同步电机直接转矩控制系统的效率最优控制。实验结果表明,给出的优化控制策略在保持直接转矩控制快速动态响应特性的同时,可有效提高电机的运行效率。     

基于矢量控制的异步电动机节能运行的研究

针对异步电动机在轻载状态下运行效率低的问题,在以转子磁场定向的矢量控制系统中,建立了考虑铁损的异步电机的损耗模型。通过研究不同运行条件下电动机损耗和转子磁链的关系,采用了结合电机损耗模型和在线搜索的混合式节能控制方法,相比于单纯的损耗模型节能控制方法具有更好的高效性和鲁棒性。最后,通过仿真研究验证了此方法的正确性。     

损耗模型法异步电机效率优化控制

构建了考虑铁损的异步电机总损耗的表达式,通过磁链计算模块寻找异步电机运行时的最优转子磁链,使系统的总损耗最小,通过仿真分析论证了基于损耗模型法可以有效提高异步电机的工作效率,从而实现异步电机的优化控制。     

考虑负载不确定的异步电机反馈线性化的最小损耗控制

研究异步电机负载变动时基于反馈线性化的最小损耗控制的实现问题。首先分析了异步电机的损耗特性,建立了受电机温度时变参数影响小的最小损耗磁链控制模型,揭示了通过转矩的实时估计对磁链进行控制可实现最小损耗控制。应用微分几何精确线性化的理论,建立了考虑负载转矩不确定性的异步电机反馈线性化模型,实现了转速和磁链的线性化解耦控制,电机转矩的实时估计依据参考模型在电动机反馈线性化控制中实现。异步电机的反馈线性化控制既提高了动态时的响应速度,又实现了稳态时的轻载高效率运行。合理选取控制参数,实现转速、磁链以及转矩估计的渐进收敛。仿真实验表明所提控制方法的可行性和有效性。     

基于定子磁链降阶状态观测的永磁同步电机无差拍直接转矩控制系统

针对传统永磁同步电机直接转矩控制中存在的磁链和转矩脉动较大、逆变器开关频率不恒定的缺点。文中提出了一种无差拍的永磁同步电机直接转矩控制方案。在一个控制周期内同时精确补偿了给定磁链幅值与实际磁链幅值、给定转矩幅值与实际转矩幅值的误差,实现了磁链与转矩的无差拍控制。为解决永磁同步电机直接转矩控制系统需要转子的初始位置信息以确定定子磁链的初始值这一问题,本文通过构造定子磁链降阶观测器的方法消除初始磁链误差,使永磁同步电机直接转矩控制系统的运行不依赖转子初始位置信息。最后提出了一种适宜于无差拍直接转矩控制算法和定子磁链降阶观测器的基于转子磁链的转速辨识方法。使整个系统实现无速度传感器运行。     

异步风力发电机复合跟踪控制

变速风力发电系统的最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking,MPPT）方法在其系统运行中具有重要意义,可明显增强电能输出,但一般常忽视发电机本身的损耗问题。针对增强变速风力发电机系统的电能输出能力,提出从两个方面采取措施：一是在传统功率信号反馈法MPPT基础上,提出引入模糊PI算法处理功率反馈值与给定值的误差;二是建立异步风力发电机最小损耗点跟踪（Minimum Loss Point Tracking,MLPT）方法的数学模型,提出采用最小损耗点磁链与实时计算磁链比较,误差信号经PI调节控制发电机系统。仿真与实验证实了该复合方法对提高变速异步风力发电机系统效率,即提高电能输出能力有一定效果。     

车用内置式永磁同步电机线性化损耗最小控制

降低内置式永磁同步电机的损耗,对于提高电动汽车的一次充电续行里程有重要的意义,在分析内置式永磁同步电机(IPMSM)损耗模型的基础上,基于状态反馈精确线性化控制策略,推导出损耗最小控制下最优的励磁电流和转矩电流,使内置式永磁同步电机运行于损耗最小控制方式下,并利用Matlab仿真软件建立了系统模型并进行仿真。仿真结果表明,与传统的最大转矩控制相比,系统在保持线性化解耦快速动态响应的同时,损耗最小控制方式下的电机损耗有明显减小,达到节能提高电动汽车一次充电续行里程的目的。     

考虑磁路饱和的内置式永磁同步电机电感参数旋转辨识算法

实现对永磁同步电机调速系统高性能控制的基础是准确的数学模型和电机参数,其中电感参数对电机的稳态和动态运行性能影响较大,而对于内置式永磁同步电机而言电感除了受凸极结构影响之外,还受磁路饱和等因素的影响。考虑到定子电流引起的磁路饱和效应与交叉耦合效应对电感的影响,基于矢量控制技术分别提出了d轴和q轴电感旋转辨识新算法,即d轴复合电流激励法和转矩调整法。为了提高电感辨识准确度,还采用基于电压误差曲线的补偿算法对逆变器非线性因素引起的输出电压误差进行了补偿。最后在电机控制实验平台上通过实验验证了提出的电感辨识算法的可行性和有效性。     

内置式永磁同步电动机弱磁调速优化控制

从永磁同步电机(PMSM)的矢量控制出发,提出了一种PMSM弱磁优化控制方法。内置式永磁同步电机(IPMSM)相对表贴式永磁同步电机弱磁能力强,调速范围宽,以IPMSM为对象,对弱磁调速进行了仿真与优化。PMSM在基速以下采用最大转矩电流比的恒转矩控制,减小了电机损耗,提高了逆变器的效率,在基速以上采用恒功率调速。直轴电流去磁调速结合交轴电流去磁调速的弱磁控制方式,提高了PMSM的功率因数,扩展了调速范围。针对弱磁环节转速的波动问题,在传统PI控制上做出改进,提出了模糊自整定PI的控制方式,提高了PMSM弱磁调速的性能。在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,验证了该控制方法的可行性。     

基于场路耦合的永磁同步电机性能分析

在伺服控制系统中,控制器对内置式永磁同步电机(IPMSM)的性能影响较大。采用时步有限元分析方法,通过在Maxwell中搭建IPMSM三维和二维瞬态电磁场有限元模型,在Simulink中搭建了电机控制算法的模型。经由Simplorer软件接口技术将有限元模型和电机控制算法模型相结合,构建了永磁同步电机的场路耦合仿真模型。分析了电机在不同控制策略和工况下的转矩、电流、损耗、弱磁调速范围等数据,为IPMSM伺服调速系统的计算及优化设计提供了合理的方法。     

基于励磁电流差异的调相机失磁保护方案

首先研究了调相机的失磁故障行为及失磁调相机的暂态响应,结果表明已处于失磁状态的调相机在系统电压变化时仍有一定的无功响应能力.在此基础上,分析了基于无功反向特征的已有失磁保护方案在故障检测及保护动作方式上的不足.为了进一步优化调相机的失磁保护,深入研究了调相机的失磁过程并得出了失磁故障后励磁电源输出的测量励磁电流与励磁磁动势对应的实际励磁电流大小存在明显差异的故障特征.然后建立了实际励磁电流的计算模型,解决了实际励磁电流值不能直接测量的问题.在此基础上,构建了基于励磁电流差异特征的失磁保护判据,优化了保护动作方式,提出了相应的调相机失磁保护方案.最后,在PSCAD中建立了包含调相机在内的实际直流输电系统模型,通过仿真对比已有失磁保护方案及所提失磁保护方案的作用,结果验证了所提失磁保护方案的有效性.     

电动汽车IPMSM驱动控制技术

针对电动汽车复杂的工况要求,提出一种以高性能Infineon TC1797为主控芯片,嵌入式永磁同步电机(IPMSM)为驱动单元的动力控制系统。根据最大转矩电流比控制(MTPA)与弱磁扩速相结合的矢量控制算法,并以模糊PI控制器和在线参数识别进行算法优化,增加系统的精确度和快速响应能力。最终设计了控制系统中电机运行所需模块的软硬件方案,实现了IPMSM的高性能调速。结果验证了所设计控制系统的可行性,并能满足IPMSM的高性能控制要求。     

铁心异常时基于异频电流激励法的定子铁心损耗试验分析

为防止发电机在运行中因片间绝缘损坏,造成短路,引起局部过热,甚至危及机组的安全运行,需要对发电机的定子铁心进行损耗试验。对于试验方案在进行大型机组试验时存在绕线困难等问题,提出了一种采用异频电流激励法进行发电机定子铁心损耗试验的方法。建立铁心存在短路缺陷情况下的有限元仿真模型,通过对比工频大电流激励和异频小电流激励下铁心的发热情况,论证了异频小电流可以替代工频大电流进行铁心损耗试验。     

Simplified fuzzy-logic-based MTPA speed control of IPMSM drive

This paper presents a simplified fuzzy-logic-based speed controller of an interior permanent-magnet synchronous motor (IPMSM) drive for maximum torque per ampere (MTPA) of stator current with inherent nonlinearities of the motor. The fundamentals of fuzzy logic algorithms as related to motor control applications are illustrated. A simplified fuzzy speed controller for the IPMSM drive has been found to maintain high performance standards with a much simpler and less computation-intensive implementation than a nonsimplified fuzzy-based algorithm. Contrary to the conventional control of IPMSM with d-axis current equal to zero, a nonlinear expression of d-axis current has been derived and subsequently incorporated in the control algorithm for maximum torque operation. The efficacy of the proposed simplified fuzzy-logic-controller (FLC)-based IPMSM drive with MTPA is verified by simulation as well as experimentally at dynamic operating conditions. The simplified FLC with MTPA is found to be robust for applications in IPMSM drives. The complete vector control scheme is implemented in real-time using a digital signal processor (DSP) controller board DS 1102 in a laboratory 1-hp IPM synchronous motor.     

同步电动机实际运行中的节能问题

同步电动机实际运行中存在的主要问题:一是电动机长期工作在轻负载与欠励磁状态;二是电动机长期工作在重负载与额定过励磁状态.对于第一个问题,通过分析同步电动机的V形曲线,知道电动机的工作状态不合理,进一步找出了励磁装置方面的原因,并予以解决.对于第二个问题,通过实验得到不同励磁电流时电动机的功率因数曲线,测得励磁电流与总损耗的关系,得出电动机在实际运行中励磁电流的大小要通过实验确定的结论,以达到电动机运行时的功率因数高、电机与配电线路上的总损耗小、输出机械功率较大的要求.     

核电站控制棒电源系统相复励发电机短路故障的解析计算

针对核电站控制棒电源系统,现有保护仅采用以额定电流为定值的定时限过流保护作为短路后备保护,导致该系统已发生多起过流保护抢先动作与失磁保护失配的事件。解决保护失配问题的关键在于对控制棒电源系统发电机短路故障电流的准确解析,解析重点在于考虑发电机实际采用的相复励无刷励磁方式对故障电流的影响,而相复励励磁电流由并励电压对应的励磁分量和复励电流对应的励磁分量合成产生。经过合理的假设与模型简化,结合发电机基本方程和励磁系统数学模型,推导得到了并励电压分量作用下的三相短路电流。引入复励电流分量作用,根据励磁电流变化对短路电流进行修正,得到了包含暂态分量和稳态分量的相复励发电机三相短路电流时域解析表达式。由正序等效定则扩展得到两相短路电流的时域解析表达式。基于PSCAD/EMTDC平台建立了控制棒电源系统电磁暂态模型,对理论分析结果进行了验证,进一步对保护优化方法进行了讨论。