永磁直线同步电机的推力波动分析

为改善高档数控机床进给系统用永磁直线同步电机的伺服性能,需要研究减少推力波动的技术措施。文章分析了永磁直线同步电机推力波动的机理,指出齿槽效应、端部效应及法向力是引起永磁直线同步电机推力波动的主要原因。     

永磁直线同步电机磁阻力最小化研究

依据永磁直线同步电机磁阻力产生的原理,针对2极三槽电机,分析了其边端效应,在此基础上,考虑到齿槽效应引起的齿槽力.提出了优化初级铁心长度和初级铁心端部形式的磁阻力最小化方法.有限元分析和验证了动子铁心和边端齿的最佳长度.结果表明本文提出的磁阻力最小化方法是可行的,减小了电机的推力波动.     

永磁直线同步电机推力波动约束

由齿槽力、边端力及法向吸力引起的推力波动是影响永磁直线同步电机(PMLSM)动态性能的主要因素。为了实现高速精密直接驱动系统,通过对PMLSM进行有限元分析建模,分析了齿槽力变化规律,利用傅里叶级数拟合得到齿槽力变化曲线;设计了齿槽力电流预测控制模型,对齿槽力引起的推力波动进行补偿;同时设计了扰动观测器对其他因素引起的推力波动进行补偿,进一步削弱了推力波动。最后,通过实验验证PMLSM推力波动补偿控制系统的有效性,补偿后电流和速度的波动都得到了很大改善,能够实现较高精度的直接驱动系统。     

基于非线性电感分析的永磁直线同步电机电磁推力特性研究

传统的永磁直线同步电机的电磁推力特性分析,一般采用恒定电感的分析模型,忽略了饱和效应和纵向端部效应。为了分析带负载情况下永磁直线同步电机的电磁推力特点,首先提出了一种考虑端部效应和饱和效应的非线性磁路模型。此模型不仅能计算稳态电感,还能计算电感的瞬态值。通过分析电感随电流、位置的变化规律以及三相电感不相等的现象,获得了基本的电感矩阵。经过dq变换和推力计算,得到了考虑饱和效应、位置变化和纵向端部效应的电磁推力公式。进一步发现直线电机的推力波动主要来自于饱和效应,并且波动的幅值与电流的2次方成正比。这意味着直线电机的推力特性随着负载的增加而恶化。最后采用齿形设计的方法,有效减小推力波动;采用电流环补偿的方法,使速度波动减小了70%。     

大功率直线感应电动机推力脉动研究

直线电机边端效应是由定子铁心、次级开断所致的固有效应,该效应会引起电机电磁推力的不同频率的脉动。本文首先基于电磁推力公式对边端效应所致的推力脉动频率进行了理论分析。然后利用一维磁路法对动态纵向边端效应引起的次级感应涡流沿轴向的分布规律进行了理论分析和解析计算,根据次级感应涡流进而计算得到了动态纵向边端效应引起的转差频率两倍频推力脉动幅值的解析表达式,并得到了推力脉动幅值和不考虑边端效应时的电磁推力值的比例关系,最后通过峰值功率20 MW,最大出力900 k N的大功率直线感应电动机实验系统对分析结论进行了试验验证。理论分析和试验结果表明:计及边端效应时直线电机电磁推力存在供电频率两倍频和转差频率两倍频的脉动,其中转差频率两倍频的脉动由动态纵向边端效应导致,主要和次级极数以及转差频率有关。     

永磁直线同步电动机推力波动分析及抑制方法综述

在细微进给、高精度加工数控机床伺服系统中,永磁直线同步电机运行时推力波动需要进行抑制及控制。针对该问题,目前虽然有很多的抑制方法,但均存在局限性。文章对永磁直线同步电机的推力波动成因进行了概述,同时介绍了抑制其推力波动的举措,并从电机设计角度及控制方式上进行了综合阐述。     

直线永磁磁通切换电机推力脉动抑制方法分析

直线永磁磁通切换(LFSPM)电机功率密度高,定子结构简单可靠,在长行程直线牵引场合具有很大的应用潜力。然而很多应用场合在要求直线电机具有高推力密度的同时也能够呈现较低的推力脉动。因此研究推力脉动的产生机理以及抑制方法是提升LFSPM电机应用潜力的重要手段。利用有限元软件对抑制不同成因推力脉动的方法以及这些方法的组合效果进行仿真比较,比较过程中,给出了一种的步进(错齿)位移选择方法,基于该方法,各结构在减小推力脉动的同时可以有效兼顾电机的输出推力平均值。最后对比较结果进行了分析和总结,得出有价值的结论。     

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。     

永磁无刷电机转矩脉动分析及削弱方法

抑制转矩脉动是永磁无刷电机研究重点,国内外专家学者提出了诸多解决方法.在分析永磁无刷电机脉动转矩的组成及产生原因的基础上,综合介绍了削弱永磁无刷电动机转矩脉动常用的一些方法.     

基于场定向控制方式减小永磁直线同步电机推力波动

由于边端效应和齿槽效应,永磁直线同步电机在运行中存在推力波动问题。该文在有限元分析的基础上,利用傅里叶级数进行非线性分析,得到电机的磁阻力和位移的关系表达式,采用场定向控制的方法对电流环电流进行实时补偿,从而达到消除推力波动的目的。实验结果表明在对电流进行补偿后,推力波动和速度波动较小,基本稳定在给定值。     

动圈式永磁同步直线电动机电磁推力波动分析

主要对动圈式永磁直线电动机进行推力波动分析,通过使气隙磁场波形和输入电流接近正弦波等措施降低电磁推力波动。利用ANSYS软件针对具体项目进行电磁推力波动优化设计,削弱电磁推力波动。     

永磁直线同步电机电流环新型线性自抗扰控制

永磁直线同步电机的抗扰能力较弱,电流环的动态性能易受磁场畸变、逆变器死区等因素影响而下降。为增强电流环的控制品质,选择使用线性自抗扰控制(LADRC)作为q轴电流环的闭环控制策略。考虑追踪高频信号时,电流环逆变器、低通滤波器等小滞后环节动态响应的不可忽略性,采用时、频域分析结合的方法,将电流环与小滞后环节联立,在频域内推导出电流环的新型二阶控制模型,进而在时域内建立起三阶电流环LADRC系统。设计了超前校正环节以减轻阶数升高带来的控制滞后,并给出了详细的控制系统参数整定方法。通过仿真与传统LADRC进行了对比。结果表明:新型LADRC控制策略在电流动态跟随、扰动抑制上性能更优,所构建的控制系统具有良好的控制性能。     

参考磁链动态生成的直线永磁同步电机直接推力控制

目前在给定定子参考磁链直线永磁同步电机直接推力控制中,若给定参考磁链大于系统在最佳效率运行时所需的磁链值,造成实际电流的增加,由此带来电机热损增加,对电机绝缘提出了更高的要求,针对这些问题提出了采用根据电机最佳运行效率生成定子参考磁链的控制方法,分别对隐极、凸极两种类型的直线永磁式交流伺服电动机的动态定子参考磁链的生成做了分析研究,并以隐极式直线永磁式交流伺服电动机为例做了仿真分析,结果证实了该方法对节能和提高效率的有效性.     

六相永磁直线同步电机电磁特性分析及数学模型建立

为深入研究新型永磁直线同步电机(PMLSM)的性能,实现电机结构设计与控制优化,对其电磁特性及数学模型的建立展开了研究。针对暂态时间、饱和特性及不对称性等电磁特性进行分析,然后建立了abc坐标系和dq0坐标系下电机数学模型,由此阐述电机电磁耦合关系,继而建立了等效电路,并对瞬态工作特性进行计算。最后,通过电压测试值和瞬态推力有限元值与解析计算值进行对比,其结果吻合度较高,验证了数学模型的正确性。     

永磁同步直线电动机直接推力仿真

利用Matlab／Simulink仿真软件,建立永磁同步直线电动机的数学仿真模型,同时搭建了一套永磁同步直线电动机直接推力控制算法的仿真系统。仿真实验结果验证了该永磁同步直线电动机数学模型的正确性和直接推力控制算法的有效性。     

面向动态性能的永磁直线同步电机设计

针对直线电机在数控机床应用时提出的越来越高的动态性能要求,将快速响应作为永磁直线同步电机设计的目标。综合永磁直线同步电机的定位力、电感、推力特性的规律,建立动态性能的分析模型,得出了影响速度响应的3个关键参数：永磁体厚度、气隙长度和线圈匝数,并逐个分析了这3个参数影响速度响应的规律。提出将速度响应和推力波动综合优化,建立综合优化目标函数,按照权重系数的不同分析方案的特点,得到速度响应快、推力波动小的设计方案。通过实验和仿真证明了理论的正确性。     

直线电机推力波动补偿技术

以高精度直线电机为研究对象,提出一种直线电机推力波动补偿的方法。通过解析法分析,归纳了直线电机磁阻力的一般规律,合理设置补偿器参数,进而为抑制直线电机的推力波动提供了理论依据。最后以一台6槽8极电机为例,进行了有限元分析与试验验证,结果均表明补偿器对磁阻力补偿效果达到60%以上。