内置式低速大转矩永磁轮毂电机的设计研究

针对应用于车辆自重较大场合的低速大转矩永磁轮毂电机,给出了转子磁极结构、电枢绕组形式以及极槽配合的选用原则,采用分数槽集中绕组结构可以削弱谐波电动势的影响,提高端部空间利用率和降低齿槽转矩。设计一台12槽10极内置径向式永磁同步轮毂电机,采用有限元法对漏磁、气隙以及极弧系数等影响因素进行研究,以提高电机的输出性能。对样机进行了计算和实验测试,计算结果与实验结果相符,表明了设计分析的正确性。     

直线电机开发及应用研究

介绍了直线电机国内外的发展现状,指出永磁同步直线电机将是直线电机今后的发展方向。阐述了永磁同步直线电机的磁阻力产生的原因及其造成的推力波动对永磁同步直线电机控制性能的影响,并归纳出减小磁阻力的方法。最后简要介绍了上海电气中央研究院在开展永磁同步直线电机研究及应用的情况。     

永磁同步电动机齿槽转矩优化设计仿真

分数槽集中绕组永磁同步电动机因产生齿槽转矩及大量的磁动势谐波,会影响电机的工作性能。在分析齿槽转矩及谐波产生原理的基础上,确定了齿槽转矩及磁动势谐波影响因素,对电机结构进行了综合优化设计。针对一款400 W永磁同步电动机,通过对绕组系数、齿槽转矩、力波振动和谐波损耗综合分析,设计了12槽10极双层并联绕组和不开槽定子结构;采用环形永磁体以优化气隙磁密;以体积、成本、性能为综合指标,设计了电机各部分尺寸。通过有限元分析法对电机静磁场特性、空载气隙磁密、齿槽转矩及空载反电动势进行了仿真分析。制造样机并进行了性能测试。仿真与测试结果表明,该电机设计合理,性能优良。     

永磁同步电动机弱磁控制的设计

阐述了永磁同步电动机恒功率弱磁扩速的基本原理以及弱磁扩速难的原因.基于专业电机设计软件RMXPRT和二维电磁场有限元分析软件包MAXWELL 2D,以内置径向式转子磁路结构为例,阐明了弱磁控制用永磁同步电动机电磁设计原理和方法,要求所设计的电机其恒功率弱磁扩速范围(CPSR)达两倍以上.在此基础上分析了所设计电机实际的扩速范围,并对满足设计要求(CPSR>2)的弱磁扩速用永磁同步电动机进行瞬态电磁场的仿真分析,结果表明了所设计电机的合理性.     

永磁轮毂电机三维磁热耦合分析

电动汽车用轮毂电机要满足高功率密度和高转矩密度等要求,因此轮毂电机的电磁场和温度场分析对于轮毂电机的设计至关重要。本文以一台采用分数槽绕组永磁体表贴式结构的轮毂电机为分析样机,根据电机学原理对其绕组磁动势进行谐波分析。分别建立轮毂电机电磁场和温度场的数学模型,通过有限元分析软件进行磁热性能耦合仿真,并进行实验验证。     

不同转子结构永磁同步电动机的控制性能研究

设计了两台转子磁路结构为内置径向式和切向式的永磁同步电动机,利用磁矢位法和能量法计算其电磁参数,根据数学模型计算各自的转矩特性,分析电机在恒转矩和恒功率控制区的控制性能并给出了相应的控制方法。对两种转子磁路结构电机的仿真结果表明,径向结构的动态响应快,过载能力强而切向结构的弱磁扩速能力强,与理论分析的结论一致。所得结论对永磁同步电动机设计具有一定的参考价值。     

计及斜槽时非导磁螺钉对永磁同步发电机性能影响的分析

采用非导磁螺钉是一种常见的永磁发电机转子表面磁钢固定方式,非导磁螺钉的存在减小了磁钢有效面积进而会影响电机内部磁场分布.为了研究非导磁螺钉对永磁电机运行性能的影响,采用时步有限元法,在计及定子斜槽条件下,对非导磁螺钉安装和绑扎式安装的表面磁钢永磁同步发电机的气隙磁密、空载感应电动势以及齿槽转矩进行了详细分析.与绑扎式固定方式相比,非导磁螺钉所在截面的气隙磁密谐波含量较明显,7次谐波含量由11.7％增加至38.8％,但电机感应电势及齿槽转矩变化不大.     

环形绕组在永磁同步直线电机分段中的应用研究

在实际的系统中长初级永磁同步直线电机绕组常采用分段供电的方式驱动。但交替的初级绕组产生了较大的速度波动,严重影响电机的可控性。为此提出一种连续定子(端部绕组交叠)的分段方法,并将环形绕组应用到永磁同步直线电机的分段中。通过对d-q数学模型下电磁推力的解析分析可知,由于初级绕组的开断,电机磁路不再对称,d轴和q轴之间产生了磁耦合;环形绕组谐波磁场影响电机性能,由空载反电动势的谐波分析来认识环形绕组的谐波分布特点,最后采用二维有限元分析对环形绕组电机进行了优化。该种电机电枢可以实现任意长度的分段,并且具有良好的段间运行特性。     

基于Halbach阵列的永磁风力发电机的设计与优化

为提高电机气隙磁密的正弦度以提升电机的性能,将Halbach阵列应用于直驱式外转子永磁同步风力发电机。设计了一台1.2MW直驱式永磁同步风力发电机,通过有限元法对比分析了不同Halbach充磁阵列和传统径向充磁阵列电机的气隙磁密及感应电势波形,仿真结果显示45度Halbach永磁阵列永磁电机的气隙磁密波形和感应电势波形的正弦度最高且谐波含量最低,发电效果最佳。针对45度Halbach阵列永磁同步风力发电机进行了温度场仿真,结果表明,电机不存在局部过热情况,设计的Halbach阵列永磁同步风力发电机能够稳定运行。     

考虑磁路交叉饱和的内置式永磁同步电动机调速控制

内置式永磁同步电动机由于在结构上气隙小,交直轴电感参数差异大,因此其控制性能受参数影响敏感.由于内置式永磁同步电动机的这个特点,它在其整个控制区域,即恒转矩区域和弱磁运行区域,都必须要考虑磁路交叉饱和对电机参数的影响.文章建立了考虑交叉饱和的永磁同步电动机暂态有限元模型,通过有限元模型和修正的电感计算方法对考虑交叉饱和情况下的电机d轴和q轴电感进行了分析计算.并利用有限元模型对电机最佳电流控制角、输出转矩及弱磁控制性能等进行分析.最后用求得的电感参数用于控制并与直接采用有限元方法的分析结果进行比较验证,实验结果表明两者完全吻合.     

基于空间矢量PWM的新型直接转矩控制系统

传统的直接转矩控制存在着转矩脉动大,低速性能差、开关频率不固定等问题.提出了一种基于空间矢量PWM调制的新型直接转矩控制方法,将该控制方法应用到异步电动机调速系统,不仅易于用TMS320F2407型DSP的全数字化实现,而且输出的转矩脉动小、电流谐波低、开关频率固定.实验结果显示,该调速系统有着良好的动态性能和全范围的调速精度.     

永磁同步电机转矩脉动抑制方法

分数槽集中绕组永磁同步电机被广泛用于伺服控制系统。由于电机极槽配合以及制造过程中机械加工与装配误差等因素,所以永磁同步伺服电机输出转矩中会存在固有的周期性转矩脉动,影响伺服系统实现高精度的速度与位置跟随。因此,采用转矩观测器来估计由上述原因造成的转矩脉动,再将转矩脉动与位置信号通过一定处理,计算出相应的前馈转矩电流,补偿到电流指令端,对转矩脉动进行抑制,从而减小转速脉动。通过仿真和试验验证了抑制方法的有效性。     

异步电动机直接转矩控制中高性能磁链观测器研究

磁链观测是实现高性能电机传动系统的关键环节,为解决传统直接转矩控制系统中定子磁链观测方法的局限性,设计了高性能全阶磁链观测器实现了定子磁链在全速度范围,尤其在极低速时的准确观测。仿真和实验结果表明:此方案对定子磁链的观测效果明显优于传统的观测方法,降低了稳态时转矩、磁链和速度的波动,并对电机参数的变化具有良好的鲁棒性。     

直驱式电动台钻用开关磁阻电机高效控制

直驱式电动台钻用效率较高的开关磁阻电机(SRM)替换单相感应电机,将钻头直接固定到电机转子的输出端,省去传统台钻的皮带、塔轮等机械传动装置,实现直接驱动。为了实现直驱式电动台钻全转速范围内的无极调速功能,提出起动阶段采用电流斩波控制(CCC)提供大扭矩;低速阶段采用基于正余弦电流分配的方法抑制低速转矩脉动;中高速阶段采用电压斩波控制(CVC)+角度控制(APC)的变角度电压斩波组合控制方式对转速进行调节。从而实现了不同控制模式间的平滑切换的控制策略。试验结果表明:所提出的全转速范围的控制策略效率高、调速性能好,可有效提高电动台钻的性能。     

TORQUE VECTOR CONTROL (TVC) OF AXIALLY-LAMINATED ANISOTROPIC (ALA) ROTOR RELUCTANCE SYNCHRONOUS MOTORS

Abstract

Axially-laminated anisotropic (ALA) rotor reluctance synchronous motors (RSMs) have been proved recently capable of higher torque density, higher power factor and efficiency compared to their induction motor counterpart with the same stator. Vector current control systems have been proposed for such drives, based on maximum available torque constant current angle or minimum current for a given torque constant current angle or combined current-voltage control. In an effort to do away with the current controller limitations, especially in the high speed region, the paper proposes a torque vector control (TVC) system which is a direct stator flux and torque control through a table of optimum switchings in the voltage-source PWM inverter. A sliding mode speed controller is added. Extensive digital simulations are presented. They demonstrate the TVC fast response, wide speed range and load rejection performance.     

TORQUE VECTOR CONTROL (TVC) OF AXIALLY-LAMINATED ANISOTROPIC (ALA) ROTOR RELUCTANCE SYNCHRONOUS MOTORS

Abstract

Axially-laminated anisotropic (ALA) rotor reluctance synchronous motors (RSMs) have been proved recently capable of higher torque density, higher power factor and efficiency compared to their induction motor counterpart with the same stator. Vector current control systems have been proposed for such drives, based on maximum available torque constant current angle or minimum current for a given torque constant current angle or combined current-voltage control. In an effort to do away with the current controller limitations, especially in the high speed region, the paper proposes a torque vector control (TVC) system which is a direct stator flux and torque control through a table of optimum switchings in the voltage-source PWM inverter. A sliding mode speed controller is added. Extensive digital simulations are presented. They demonstrate the TVC fast response, wide speed range and load rejection performance.     

轴向磁场磁通切换永磁电机控制系统建模及仿真研究

提出了一种新型结构的6/13极定子模块式轴向磁场磁通切换永磁(AFFSPM)电机。该电机具有结构紧凑、转矩密度大、效率高和容错性能强等特点。分析了AFFSPM电机结构和工作原理,推导了AFFSPM电机的数学模型。利用MATLAB/Simulink仿真软件搭建了AFFSPM电机控制系统仿真模型,分别对滑模速度控制和比例谐振控制的控制策略进行仿真研究,分析对比AFFSPM电机的转速、转矩和三相电流的波形。仿真结果表明,与比例谐振控制策略相比而言,滑模控制策略下该新型AFFSPM电机控制系统具有较好的静态和动态性能。     

基于Lyapunov函数的永磁同步电机速度控制器设计

传统的PI速度控制器具有速度超调、动态时间长、跟踪精度低、抗负载转矩扰动能力和恢复能力差等缺点。提出了利用永磁同步电机(PMSM)的运动方程和转矩方程推导出控制系统q轴电流给定量,基于Lyapunov稳定性条件设计出的一种PMSM速度控制器。相比于传统的PI速度控制器,该控制器没有速度超调量、动态时间短、跟踪精度高,抗负载扰动能力和恢复能力有一定的提高。利用MATLAB/Simulink仿真软件,搭建控制系统模型并进行仿真分析。仿真验证了提出的PMSM速度控制器的有效性,获得了很好的速度控制性能。     

永磁辅助式同步磁阻电机转矩预测控制方法

为了验证永磁磁阻电机具备宽调速域的优势,同时充分发挥永磁磁阻电机在弱磁运行时的输出转矩,提出了一种基于转矩预测控制的全速域控制方法。采用Ansys设计了一台永磁磁阻电机,并与Simulink联合仿真验证了方法的可行性。验证结果表明:转矩预测控制方法可以使电机在全速域获得良好的动态性能,同时永磁磁阻电机弱磁运行时依然具有优秀的转矩输出能力。     

改进型滞环控制器感应电动机直接转矩控制研究

针对传统直接转矩控制(DTC)存在的低速转矩波动大的情况,该文通过分析转矩变化规律,研究不同电压矢量对转矩变化所产生的影响,提出了一种新型磁链和转矩的双层滞环方案。该方案简单,易于实现。仿真结果表明,采用该方案能在不降低系统动态性能的情况下,拓展系统的低速运行范围,降低了转矩波动,同时提高了电机的低速转矩。