浅谈铁道牵引永磁同步电机的设计

近年来,随着永磁材料和电机设计手段的发展,永磁同步电机在铁道牵引领域具有广阔的应用前景。本文分析了永磁同步电机的电磁设计及其在铁道牵引中面临的主要问题。     

铁道车辆牵引系统用永磁同步电机比较

永磁体的采用,使永磁同步电机即使在空转的时候也能产生反电势,并且随着转速的升高反电势亦升高。当永磁同步电机作为铁道车辆牵引电机时,由于铁道车辆特有的惰行工况,必须解决永磁同步电机在铁道车辆惰行时的高反电势,以及由此带来的重投困难。如果仅从控制的角度,在电机高速运行时施加直轴负向电流,从而减弱合成气隙磁场,以降低反电势,但由此将带来惰行的铜耗,并且对控制器和逆变器的可靠性提出了更高的要求。本文从降低电机高速惰行时的反电势出发,提出了几种永磁电机方案,从而为铁道车辆牵引用永磁同步电机的选择提供一定参考。     

高速动车组永磁同步牵引系统的研制

为实现高速动车组的高效节能,以CRH380A为技术平台研发了高速动车组永磁同步牵引系统。主要介绍牵引传动系统的整车总体技术指标,牵引特性曲线设计,牵引传动系统主电路组成,永磁同步电机主要技术参数、冷却方式、热管理技术,主电路图拓扑结构,主变流器主要技术参数,永磁同步电机控制策略。试验及实际装车应用表明,永磁同步牵引系统、主变流器、永磁同步电机及其控制策略等核心技术可靠,该永磁同步牵引系统的电机额定效率达到98%以上,显著降低了高速动车组的牵引能耗。     

基于无位置传感器的永磁同步电机带速度重新投入控制算法研究

永磁同步电机采用永磁体励磁,只要其旋转就会在电机端产生反电势。根据永磁同步电机的该特点及轨道交通对牵引系统带速度重新投入功能的需求,文章提出了两种基于无位置传感器的永磁同步电机带速度重新投入控制算法,详细推导了其理论基础,并给出了实现方法,并且对第二种控制算法进行了试验验证。     

轨道交通新型永磁同步牵引电机的设计与比较

在满足轨道交通使用的原有异步电机的外特性和结构约束的条件下,基于一种新型永磁同步牵引电机的转子磁路的拓扑结构,设计了一款新型少磁化永磁同步电机.通过对电机转子结构、转矩特性、损耗和线路能耗进行比较和综合评价表明,通过合理设计电机的磁路,可以充分利用永磁转矩和磁阻转矩实现更宽的工作区,同时对比现轨道交通运行的电机耗能.该新型少磁化永磁同步牵引电机节能效果显著.     

车用永磁同步电机磁热耦合分析

随着电动汽车对永磁同步电机性能的要求越来越高,进行该类电机的磁热耦合分析尤为必要。以一台40 kW物流车用永磁同步电机为研究对象,根据电机的结构参数在RMxprt中建立了电机的分析模型,利用有限元方法(FEM)分析电机的磁场,并计算电机的损耗。采用磁热耦合分析方法分析电机的温度场。将电机的损耗等效为电机温度场的热源,流固耦合仿真了该电机在额定工况下电机的温度场分布情况,为电机设计提供了重要的理论依据。     

用于永磁同步电机单电流弱磁控制的积分型滑模控制器

为提高永磁同步电机单电流调节器高速运行的转速控制性能,设计了一种用于永磁同步电机单电流弱磁控制的转速滑模控制器。在滑模控制器的设计中选取了积分型滑模面,有效削弱滑模的固有抖振现象,减小了转速误差和抖动,而且电机转速对负载和供电电压的变化不敏感。结合单电流弱磁控制策略,滑模控制器利用电机定子电流d-q轴交叉耦合效应的作用,实现弱磁和转速的集成控制。仿真和数据分析验证了其可行性。     

考虑转子磁通谐波的永磁同步电机控制性能分析

对于考虑转子永磁磁链d,q轴6,12次谐波的三相正弦波永磁同步电机,根据其数学模型推导了基于最大转矩／电流控制、单位功率因数控制的控制公式,指出转子永磁磁通谐波的存在不可避免地产生了与转子位置角相关的转矩脉动。在此基础上引入内模电流控制思想,将由永磁磁链产生的引起转矩纹渡的反电动势作为负载扰动,通过衰减因子和系统动态响应速度参数的合理选择来抑制电机永磁磁链谐波对电机电流跟踪性能和转矩波动的影响。仿真分析表明,永磁同步电机转矩脉动的大小与特子磁通谐波中低次谐波分量的大小有关,并且其低速转矩脉动严重;若根据不同转速范围来自适应调整转速控制器、内模电流控制器参数可以在一定程度上抑制这种转矩脉动。     

基于快速趋近律的永磁同步电机驱动系统改进无模型滑模控制

针对永磁同步电机驱动控制系统应用传统无模型滑模方法时性能指标达不到预期的问题,提出了一种基于快速趋近律的改进无模型滑模控制方法。首先,根据永磁同步电机参数摄动时的数学模型,建立速度外环的超局部模型;其次,设计一种基于改进快速趋近律的速度外环新型无模型滑模控制器,同时为了提高电机转速的控制精度,采用扩展滑模观测器实时观测超局部模型中的未知部分;最后,通过与PI控制、传统无模型滑模算法进行仿真和试验对比,验证所提算法能降低对电机模型的依赖,提高了永磁同步电机的暂稳态控制性能,保证系统的抗扰能力和强鲁棒性。     

基于Ansys的永磁同步电机电磁场有限元分析

提出了一种永磁同步电机电磁场有限元分析计算方法,建立了有限元模型,进行电机内磁场与电路的耦合计算,得到了电压曲线,并根据同步电机的矢量图计算出电枢反应电动势、交直轴电感等参数。实验结果证明了该计算方法的有效性。     

永磁同步电机场路结合设计计算

提出了一种永磁同步电机电磁场与磁路相结合的计算方法,利用电磁场有限元分析法计算一定负载下交轴和直轴的电枢反应电抗及负载励磁电动势,利用磁路法中计算公式对该负载下定子绕组的漏抗和电阻进行计算,根据同步电机的矢量图计算出该负载下电机参数。样机试验结果证明该计算方法的正确性。     

基于模型参考自适应方法的无速度传感器永磁同步电机控制

从永磁同步电动机的数学模型出发,以电动机转速为可调参数,基于电动机电流模型建立参考模型与可调模型,通过对转速估计自适应律的数学推导,提出了新的基于模型参考自适应的永磁同步电动机无速度传感方法.并根据波波夫超稳定性定理证明了系统稳定性.在MATLAB/Simulink环境下实现了永磁同步电动机基于模型参考自适应的无速度传感系统的仿真,仿真结果表明该无速度传感方法具有较好的动静态效果,可供无速度传感器情况下的永磁同步电机控制系统设计参考.     

电动汽车用永磁同步牵引电动机设计

从电动汽车对牵引电机的要求、电机磁路结构、主要参数的选取等方面介绍了永磁同步牵引电动机的设计方法.样机试验结果证明了设计方法的正确性.     

基于永磁电机的高速动车组牵引变流器的研制

基于永磁电机牵引系统的特点,从系统、主电路、故障保护、结构、散热等方面对基于永磁电机的高速动车组牵引变流器进行研究和分析。试验及实际装车应用表明,牵引变流器能够满足基于永磁电机的动车组牵引系统应用需求,可供后续永磁同步牵引系统技术在相关领域的应用参考。     

永磁同步电机矢量控制MATLAB仿真研究

在分析永磁同步电机(PMSM)数学模型和矢量控制理论的基础上,提出了PMSM矢量控制建模方法.利用MATLAB/SIMuLINK搭建PMSM矢量控制双闭环模型,简单介绍了模型中各个组成部分,并对仿真结果进行分析.     

永磁同步电机直接转矩控制系统仿真

在以转子速度旋转的坐标系中建立永磁同步电机(PMSM)的数学模型,且针对整个直接转矩(DTC)控制系统进行建模。详细介绍了一些关键环节的SIMULINK实现方法,并借助S函数进行仿真。结果表明,直接转矩控制策略具有优良的控制性能。     

永磁同步牵引电动机在铁路机车中的应用

在介绍永磁同步牵引电机特点及其在铁路机车中应用现状的基础上,重点探讨了永磁同步牵引电机的关键技术,并展望了其在铁路机车应用中的发展趋势,以积极推动我国永磁同步牵引电机的技术发展.     

永磁同步电机作为机车牵引电机的应用现状及前景

在介绍永磁同步电机结构和特点的基础上,对其在机车牵引电机上的应用做了较详细的介绍,并对其应用前景进行了展望。     

城市轨道交通站台门参数化三维建模软件开发与应用

随着城市轨道交通飞速发展,站台门得到广泛运用,其设计工作量以及业主对站台门BIM(建筑信息模型)设计需求与日俱增。为了提高设计质量与效率,研究站台门系统结构组成、安装设计工艺与模型特征参数,利用遍历命名技术与基于模型特征化的三维设计技术,开发了站台门参数化三维建模软件。实现了站台门参数化建模和自动装配,提供了可视化模型,并在5 min内响应设计方案,为站台门BIM设计打下基础。