单绕组无轴承开关磁阻电机转子偏心时悬浮力的分析与计算

无轴承类电机转子的偏心运行是不可避免的,由有限元分析可知转子偏心对其径向受力影响较大,忽略转子偏心时的径向受力分析将很难实现转子的稳定悬浮运行。而目前有关无轴承类电机的径向力计算都没有考虑转子偏移量的影响,只是计算转子在中心位置时的受力情况。鉴于此,针对具有结构简单优势的单绕组无轴承开关磁阻电机(BSRM),本文提出了考虑转子偏移量的径向力数学模型,给出了绕组电流、电机结构参数、转子偏移量、转子旋转位置与径向力之间的数学关系。同时考虑到转子偏心对电磁转矩的影响较小,推导了忽略偏心影响的电磁转矩解析式。与有限元分析对比结果验证了本文径向力与转矩数学模型的正确性。最后,基于推导所得的数学模型对单绕组BSRM径向力与转矩控制进行了初步的动态仿真研究,进一步验证了数学模型的准确性与实用性。     

无轴承开关磁阻电机的转矩计算

无轴承开关磁阻电机具有体积小、效率高的优点,分析了无轴承开关磁阻电机的电磁力产生的原理,用增强能量增量法推导计算了电机转矩的方程式,并使用有限元方法对电机的转矩进行了计算验证,分析了电机的转矩特性,给出了实现电机稳定运行的电流取值范围,为电机设计提供了参考。     

单绕组磁悬浮开关磁阻电机的原理与解耦控制

针对瞬时悬浮力与瞬时转矩非线性、强耦合的特点,研究了一种新型单绕组磁悬浮开关磁阻电机的运行机理,提出瞬时悬浮力与平均转矩分相产生的双相导通解耦控制策略。构建单绕组磁悬浮开关磁阻电机相周期内悬浮力与转矩的全角度数学模型,基于悬浮力有效产生区间内平均转矩为零的特点,提出双相导通运行策略,并以提高悬浮力响应速度及电机动态运行性能为目标,给出了电流斩波幅值和关断角的优化控制方法。针对12/8极实验样机,开展相关的仿真与实验研究,结果表明了双相导通解耦控制策略的有效性与优越性,闭环系统具有良好的动静态性能。     

单绕组无轴承开关磁阻电动机绕组电流计算

在阐述双绕组无轴承开关磁阻电动机(BSRM)的数学模型以及工作原理的基础上,提出运用现有的双绕组无轴承开关磁阻电动机理论成果,结合磁势相等的等效原理,建立了单绕组无轴承开关磁阻电动机各绕组电流的数学模型,同时用有限元分析了该模型的正确性,为单绕组无轴承开关磁阻电动机控制策略的研究提供新的视角.     

一种单绕组无轴承开关磁阻电机绕组开路故障容错控制策略

无轴承开关磁阻电机(BSRM)具有双凸极结构,转矩脉动大是制约其运行性能和应用范围的主要因素之一,而采用直接瞬时转矩控制和直接悬浮力控制(DITCDFC)方法可以有效抑制其转矩脉动。基于这种控制方法,该文针对12/8极单绕组BSRM的绕组开路故障,提出一种容错控制策略,实现了电机单齿极绕组开路故障容错运行时的稳定悬浮。首先阐述了单绕组BSRM的悬浮原理及DITCDFC的工作原理,然后对绕组开路故障下的悬浮力缺失进行补偿,重新构造容错运行时的电压符号选择表。最后通过Matlab/Simulink模型仿真及原理样机实验,验证了该控制策略在单绕组BSRM绕组故障容错运行时具有良好的控制性能。     

8/6极单绕组磁悬浮开关磁阻电机建模与分析

针对传统双绕组磁悬浮开关磁阻电机绕组数量较多,电机结构复杂的特点,研究了一种8/6极单绕组磁悬浮开关磁阻电机,每个定子极上只有一套绕组且相互独立。分析了电机的运行机理和导通策略,基于等效磁路法推导了绕组自感和互感模型。为克服建模困难,提出了一种基于辅助函数的数学建模新方法,运用查表法建立了电机径向力和转矩的数学模型,大大提高了模型的实用性。用有限元分析验证了数学模型的准确性,为电机的进一步研究奠定了理论基础。     

一种单绕组无轴承开关磁阻电机抑制转矩脉动和悬浮力波动的控制方法

由于定、转子的双凸极结构,无轴承开关磁阻电机在采用传统控制方法时存在较大的转矩脉动和悬浮力波动。为解决这一问题,该文提出一种直接瞬时转矩和直接悬浮力控制方法(DITCDFC)。该方法通过转矩滞环控制以及等效电压符号选择的方式,同时对电机转矩和悬浮力进行直接控制,并且省去了传统算法中的电流环,在控制性能得到提升的同时简化了控制算法。基于12/8极单绕组无轴承开关磁阻电机,详细分析了电机悬浮机理和所提控制方法的工作原理,基于Matlab/Simulink仿真环境和原理样机实验平台,通过仿真和实验验证了该控制方法的可行性和有效性。     

新型12/14无轴承开关磁阻电机的设计

为了解决传统无轴承开关磁阻电机(SRM)悬浮力和转矩之间的耦合,提出一种新型12/14结构的无轴承SRM。新型12/14结构无轴承SRM的特征是定子磁极的内径圆弧为非等间距。特殊的定子结构不仅使无轴承SRM悬浮力和转矩的解耦控制成为可能,也实现了转矩极的短磁路。针对所提出的新型12/14结构无轴承SRM,详细地介绍了悬浮极和转矩极的设计;并利用有限元分析了新型12/14结构无轴承SRM的电磁特性。最后,为了验证所提出结构的正确性,加工了一台样机,并进行相关的测试试验。     

双凸定子极无轴承开关磁阻电机数学模型

双凸定子极无轴承开关磁阻电机可实现悬浮力和转矩的解耦,控制简单,具有应用优势。但该结构电机在悬浮绕组与转矩绕组同时导通时,非导通相齿极中存在较大的磁通,该磁通不可忽略,磁通分布较为复杂,给数学模型的建立带来了困难。根据电机的磁通分布建立了等效磁路图,依据虚位移法推导了悬浮力数学表达式。同时根据电机转矩与悬浮力之间的解耦特性,给出了电机转矩公式。为了验证所提数学模型的合理性,进行了有限元仿真验证,结果表明数学模型与仿真值具有较好的一致性。     

无轴承开关磁阻电机实验平台的设计与实现

将无轴承技术应用于开关磁阻电机中可充分发挥该电机的高速适应性,并拓宽其在微型和大功率领域中的应用。该文在已有数学模型基础上,针对其电磁转矩和悬浮力的控制特点,设计了以DSP-LF2407A为控制核心的数模混合控制实验平台。实验平台包括无轴承开关磁阻电机本体、DSP数字控制器、电流滞环控制器、PID调节单元、3套功率逆变器、传感器和相关辅助电路,并对其工作原理进行了分析。在此基础上设计了控制系统的软件,并给出了主要子程序的流程图。通过对整个实验平台硬软件的联合调试,实现了无轴承开关磁阻电机的稳定悬浮。     

单绕组无轴承永磁薄片电机的原理和实现

研究了一种单绕组无轴承永磁薄片电机的工作原理和结构设计。摒弃了传统无轴承电机的双绕组结构,采用一套绕组实现电机转子悬浮和旋转。推导了单绕组无轴承永磁薄片电机径向悬浮力的数学模型,给出相应的控制策略和功率系统设计方案。制作了实验样机,并做了空载和负载实验。实验样机调试结果表明,单绕组无轴承永磁薄片电机成功实现了包括径向、轴向和扭转等方向的5自由度全悬浮。     

基于DSP的12/8极开关磁阻 电机调速系统实现

该文介绍了以数字信号处理器(DSP)芯片TMS320LF2407A为核心,并结合复杂可编程逻辑器件(CPLD)的开关磁阻电机调速系统(SRD)数字化控制的设计。本文设计了具体硬件电路和软件控制策略,并采用了参数自适应PI控制算法。通过实验表明,本文设计的开关磁阻电机调速系统具有高效率,实时性好,动态性能好,噪声低,转距脉动明显减少等优点。     

基于DSP的12/8极开关磁阻电机调速系统实现

该文介绍了以数字信号处理器(DSP)芯片THS320LF2407A为核心,并结合复杂可缩程逻辑器件(CPLD)的开关磁阻电机调速系统(SRD)数字化控制的设计。本文设计了具体硬件电路和软件控制策略,并采用了参数自适应PI控制算法。通过实验表明,本文设计的开关磁阻电机调速系统具有高效率、实时性好、动态性能好、噪声低、转距脉动明显减少等优点。     

12/8极开关磁阻电机控制电路及软件设计

通过对三相12/8极开关磁阻控制系统的研究,以TMS320LF2407A为控芯片设计了36 k W开关磁阻电机的功率变换电路、过流保护电路及故障检测电路等;同时根据开关磁阻电机控制效果的要求,设计了双闭环控制调速结构,其中速度环采用分数阶PI调节器,并主要阐述了相电流斩波控制程序和电流调节器控制程序的设计。该系统针对硬件和软件方面的综合考虑,提高了开关磁阻电机调速系统的稳定性和可靠性。     

12/14磁悬浮开关磁阻电机悬浮系统解耦控制策略

12/14磁悬浮开关磁阻电机悬浮力位移刚度系数和电流刚度系数受转子位置动态耦合,具有非线性时变特征,严重影响悬浮系统运行鲁棒性。针对上述问题,该文提出基于耦合悬浮力调节器的悬浮系统控制策略。首先,基于有限元分析和麦克斯韦应力法,揭示悬浮力非线性时变规律,并建立完善的数学模型;进一步将该模型表征为位置解耦悬浮力模型和非线性时变耦合分量。其中,位置解耦悬浮力模型一方面作为悬浮系统的直接反馈模型,另一方面用于设计耦合悬浮力观测器,实时在线获取非线性时变耦合分量。所获取的耦合分量作为外部干扰前馈补偿至悬浮控制系统。最后,针对基于耦合悬浮力调节器以及控制系统的有效性开展仿真分析与实验验证,结果表明,所提控制方法可以有效地解决转子位置对悬浮系统的动态耦合,提升系统鲁棒性。     

12/10极绕组变结构双模式开关磁阻电机系统运行性能研究

采用多相系统可以提高开关磁阻电机功率密度、降低电机转矩脉动,但功率器件开关频率和损耗也随之提升,影响电机高速运行性能。采用少相系统更适合开关磁阻电机高速运行,但其低速效率较低、转矩脉动较大。针对单一运行方式难以同时满足电机低速和中高速运行需求的问题,提出一种既可以六相运行也可以三相运行的12/10极绕组变结构双模式开关磁阻电机。基于线性模型从电路角度推导电机三种不同绕组连接方式的转矩关系,利用有限元法对比分析电机六相和三相运行的静态电磁特性和稳态运行性能,通过六相/三相运行模式切换系统仿真模型,对电机变转速工况下模式间切换进行系统运行性能分析,最后搭建样机实验平台,验证理论推导和系统模型的正确性以及六相和三相运行模式间切换的可行性。仿真和实验结果表明,通过切换运行模式可以提高电机整体性能和利用率。     

宽转子无轴承开关磁阻电机的转子极形优化

为了解决宽转子无轴承开关磁阻电机由于开关型供电方式以及双凸极铁心结构在运行过程中容易导致转矩脉动很大的问题,本文对其转子极结构进行改进,提出在转子极两侧开槽的优化设计方案。旨在通过增大开槽处的气隙磁阻,提高用于产生转矩的切向分量的气隙磁密,从而降低转矩脉动。对所开槽进行参数化处理,使用控制变量法分析各开槽参数对转矩性能的影响,以性能指标最优为目标确定开槽参数。利用场路耦合的方法将电机有限元分析模型和直接瞬时转矩控制电路模型结合起来,实现电机系统的动态运行。仿真结果表明转子极开槽后能够有效降低宽转子无轴承开关磁阻电机的转矩脉动,提升平均转矩,并且对径向悬浮力的影响很小。     

磁浮开关磁阻电机悬浮力的反馈线性化PID控制

推导磁浮开关磁阻电机轴向悬浮力数学模型。针对悬浮力控制的严重非线性,设计双环控制的轴向悬浮力控制器。反馈线性化控制将复杂的非线性对象转变为简单的线性控制系统,结合PID控制实现精确的位移跟踪,电流内环则实现了绕组实际电流对期望电流的跟踪控制。仿真与实验测试了系统在空载、负载、突加负载时的位移跟踪性能,验证了所提出控制方法的可行性及有效性。     

两种转子结构无轴承开关磁阻电机的转矩脉动研究

由于磁阻性的转矩和开关电源的供电方式,较大转矩脉动成为开关磁阻电机较为突出的缺点,这也成为阻碍开关磁阻电机推广应用的一大障碍,无轴承开关磁阻电机作为一种特殊的开关磁阻电机同样存在转矩脉动大的问题。文章从电机转子结构的角度出发,研究了传统转子结构和宽转子结构的无轴承开关磁阻电机转矩脉动,为衡量转矩脉动,定义了转矩脉动系数,并在平均转矩相同的情况下,对转矩脉动系数作出定量分析;仿真结果证实了分析的正确性。     

无轴承开关磁阻电机的减振控制策略

脉动的径向电磁力导致的定子振动问题阻碍了磁阻电机的推广应用。该文研究了一种利于减小无轴承开关磁阻电机(bearingless switched reluctance motor，BSRM)定子电磁振动的悬浮运行控制策略。该控制策略在保证电机转子悬浮所需悬浮力一定的前提下，以减小定子极受到的径向电磁力为控制依据。基于悬浮运行原理和数学模型，叙述了减振控制策略的基本原理；推导了主绕组电流、悬浮绕组电流、开通关断角等电机相关控制参数的计算方法；并给出了系统控制框图。仿真和实验结果均证实了新的控制策略不仅能实现电机的稳定悬浮旋转运行，同时有利于减小 BSRM 定子电磁振动，验证了理论分析的正确性和可行性。