弱磁用复合式转子永磁无刷直流电机设计

针对永磁无刷直流电机弱磁控制的要求，采用永磁段 磁阻段的复合式转子结构，实现基速以下恒转矩，基速以上恒功率的运行方式。理论上推导了永磁无刷直流电机弱磁的运行机理及电机模型，技术上针对交轴磁通路障式转子交、直轴磁路耦合严重、导磁材料非线性等特点，利用电磁场分析求解了交、直轴电枢反应电感，从而导出理论上弱磁运行的最高速，最后，对永磁无刷直流电机弱磁扩速范围对参数的依赖性进行了分析，归纳了弱磁控制用永磁无刷直流电机设计的特点。     

一种基于瞬时功率理论的弱磁控制算法

弱磁控制是利用直轴电枢反应产生一个反向磁场来抵消永磁磁场,获得等效弱磁磁场,实现电机在基速以上运转.它能提高无刷直流电机调速比,实现基速以上的恒功率控制,从而大大扩大了无刷直流电机的应用范围.本文在讨论瞬时功率理论基础上,提出了一种基于虚拟瞬时功率的无刷直流电机弱磁控制算法.实验结果表明本文提出的弱磁控制算法具有良好的控制性能,其基速以上调速比可达2:1.     

一种基于瞬时功率理论的弱磁控制算法

弱磁控制是利用直轴电枢反应产生一个反向磁场来抵消永磁磁场，获得等效弱磁磁场，实现电机在基速以上运转。它能提高无刷直流电机调速比，实现基速以上的恒功率控制，从而大大扩大了无刷直流电机的应用范围。本文在讨论瞬时功率理论基础上，提出了一种基于虚拟瞬时功率的无刷直流电机弱磁控制算法。实验结果表明本文提出的弱磁控制算法具有良好的控制性能，其基速以上调速比可达2：1。     

基于DSP的永磁无刷直流电机弱磁控制系统

本文基于TI公司的TMS32 0F2 4 0系列DSP完成了永磁无刷直流电机基速以下恒转矩、基速以上恒功率运行的双模式调速系统的研制。首先从理论上提出永磁无刷直流电机弱磁控制的要求 ,继而介绍了TMS32 0F2 4 0硬件结构、无刷直流电机双模式控制系统框图以及软件流程 ,最后以一台永磁无刷直流电机为例 ,试验结果说明了该系统的实用性。     

基于DSP的永磁无刷直流电机弱磁控制系统

本文基于TI公司的TMS320F240系列DSP完成了永磁无刷直流电机基速以下恒转矩、基速以上恒功率运行的双模式调速系统的研制。首先从理论上提出永磁无刷直流电机弱磁控制的要求，继而介绍了TMS320F240硬件结构、无刷直流电机双模式控制系统框图以及软件流程，最后以一台永磁无刷直流电机为例，试验结果说明了该系统的实用性。     

用于弱磁扩速运行的三相6/5极永磁开关磁链电机的分析与优化设计

介绍了三相6/5极永磁开关磁链电机的结构特点和运行原理,并在弱磁扩速原理的基础上说明了直轴电感在电机弱磁扩速中的作用,通过有限元分析研究了不同转子齿高、齿宽对电机直轴电感和弱磁能力等性能的影响。结果表明,该电机的磁链和反电势波形接近正弦,适用于永磁无刷交流电动机的控制方式;电机可通过定转子齿宽搭配来设计相对较大的直轴电感。在上述分析的基础上,对一台电机进行了优化设计,制作了样机,并进行了实验验证。     

永磁同步电机弱磁性能参数的有限元分析

本文针对永磁同步电动机转子磁路,在功率容量有限的情况下,限制电动机的调速范围这一问题。根据永磁同步电机的矢量控制方法,在分析永磁同步电动机的交、直轴电感参数对弱磁性能的影响基础上,提出了利用Ansoft有限元分析软件,得出交、直轴电感随交轴电流逐渐增大时的变化规律,并分析不同转子磁路结构对交、直轴电感参数的影响。仿真结果表明,在相同的气隙长度和永磁体磁化方向长度下,内置式转子结构永磁同步电动机比表贴式电机直轴电感大,有利于恒功率的弱磁扩速运行。     

基于DSP的永磁无刷直流电机弱磁控制系统

为实现永磁无刷直流电机(Permanent MagnetBrush lessDCMotor,简称PMBLDCM)的弱磁控制,在复合式转子结构电机本体基础上,提出了一种二模控制的有效策略,即基速下通过PWM控制实现调压调速的恒转矩运行;基速上通过控制电流超前反电势相位来控制电枢反应等效去磁,实现恒功率弱磁运行。采用DSP IPM硬件结构的控制系统成功地实现了这种控制策略,并获得接近3倍的恒功率弱磁运行范围。     

电动车用无刷双馈电动机恒功率弱磁研究

电动车用无刷双馈电动机在基速以下恒转矩运行、基速以上恒功率弱磁扩速运行.由于励磁电流可控制,理论上能够调节励磁电流实现恒功率控制.但是,由于无刷双馈电动机的非线性特性导致其反电势为不规则方波形状,类似直流电机那样采用相电压反馈控制励磁电流实现恒功率控制困难较大.利用三相电枢绕组电阻电压间接测量反电势控制励磁电流,实现无刷双馈电动机恒功率弱磁控制,保证恒功率阶段电机的出力最大,从而提高无刷双馈电动机恒功率弱磁扩速范围,满足电动车对驱动电机的要求.仿真、实验结果验证了该方法的有效性.     

新能源汽车用永磁电机转子结构分析

针对新能源汽车用永磁电机,通过有限元法分析了V型、V一型、双弧型、U一型4种不同转子结构电机的交直轴电感、电磁转矩、磁阻转矩等性能,分析了不同转子结构的弱磁扩速能力及影响弱磁扩速能力的因素,仿真给出了不同转子结构的效率云图。通过综合分析,得出不同转子结构的特点,总结了不同转子结构所适用的新能源汽车用驱动电机的类型。     

基于DSP的永磁无刷直流电机控制系统设计

比较了目前永磁无刷直流电机的各种控制方式。在分析电机运行原理的基础上,设计出以TMS320LF2407A为核心的全数字控制方案。系统采用电流、速度双闭环PI控制方式,实现了弱磁增速控制以及再生发电制动。经实验验证,方案可行,系统运行高效。     

一种复合转子永磁无刷直流电机恒率弱磁的研究方法

由永磁段和磁阻段构成的复合转子是永磁同步电机实现弱磁的有效结构，也可用于永磁无刷直流电机(BLDCM)中。为求解复合转子结构BLDCM的复杂磁场，分析转子加入磁阻段对弱磁性能的影响，需要引入一种有效的弱磁控制模型。该文通过建立场路结合的状态空间模型将磁场与通电模式相结合，准确模拟了最小分析区间中转子每个位置磁状态；以磁链空间位置函数的差分替代磁链对位置的偏微分，采用准静态场有限元分析解决BLDCM运行中磁场随空间位置变化的复杂性以及高速时无功电流增加带来磁路饱和的非线性，为准确预测复合转子BLDCM的弱磁性能提供了有效的处理手法。样机试验与仿真结果的吻合表明了这种方法的准确性。     

定子双馈电双凸极电机恒功率弱磁控制的研究

介绍了定子双馈电双凸极电机(SDFDS)的结构、原理和弱磁调速控制方法。相对于永磁电机,定子双馈电双凸极电机磁场可调,易于实现弱磁控制和基速以上的恒功率控制,大大扩大了电机的调速范围。针对一台三相12/8极定子双馈电双凸极电机,运用Matlab/Simulink软件建立仿真模型,实现该双凸极电机的恒功率弱磁调速,从而说明电机有调速范围更宽的优点。     

Development of interior permanent magnet motors reducing harmonic iron losses under field weakening control

In this paper, we present the development of interior magnet motors reducing iron loss at high rotational speed under the flux weakening control. The rotor core and magnet shapes are determined by the automatic numerical calculation using combination of the optimization method and the adaptive finite element method. The optimized motor is manufactured to prove the effectiveness by the measurement of the iron loss. Both results of the calculation and the measurement indicate that the iron loss of the proposed motor at the high rotational speed under the flux weakening control is reduced by half compared with the initial rotor shape while the torque is nearly constant. © 2009 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 168(3): 59–66, 2009; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience. wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20827     

变参数PI控制双转永磁无刷直流电动机仿真研究

双转永磁无刷直流电动机作为螺旋桨推进电机,广泛应用于无人水下航行器.基于双转永磁无刷直流电动机工作原理,建立电机数学模型,采用变参数PI控制算法设计控制器,给出相对位置检测的换相控制方案,在Matlab平台上,建立电机调速系统仿真模型.仿真结果表明,仿真建模准确,控制算法精确、稳定、可靠.     

混合励磁同步电机驱动系统弱磁控制

针对混合励磁同步电机低速大转矩及宽调速的特点,提出一种基于空间电压矢量算法的弱磁调速控制方法.该控制方法在速度分区控制的基础上,在高速区,采用保持q轴反电势不变的铜耗最小控制策略,对电枢电流与励磁电流进行优化配置.搭建该电机驱动系统的仿真模型,对无电流弱磁、励磁电流弱磁、d轴电流与励磁电流共同弱磁3种不同电流控制模式下的调速效果进行分析;构建该电机驱动控制系统的实验平台,通过实验得到该电机的启动电流波形与稳态电流波形,对所提出的算法进行验证.仿真和实验结果表明,在铜耗最小控制条件下,采用d轴电流与励磁电流共同弱磁的混合励磁同步电机驱动系统比单纯采用励磁电流弱磁或无电流弱磁的驱动系统具有更宽的调速范围.     

一种弱磁扩速下的异步电机磁链观测和速度辨识

针对异步电机在高速弱磁下的运行特点,提出了一种基于弱磁下的高性能的磁链观测方法。该方法在基于转子磁链定向电流模型下,设计了一个可以补偿磁链观测误差的补偿器,解决了弱磁条件下励磁磁场变化而导致磁链观测不准的问题。在改进磁链观测的基础上,运用了易于在定点芯片上实现的转速辨识算法,估算出电机转速。最后将结合改进磁链观测的速度估计器应用到无速度传感器矢量控制系统中,仿真结果表明,这种方法实现方便,能够在弱磁高速下准确的辨识磁链和转速估计,提高控制系统的动态性能。     

Optimization Design and Direct Torque Control of a Flux Concentrating Axial Flux Permanent Magnet Motor for Direct Driving System

Optimization design and direct torque control (DTC) of a flux concentrating axial flux permanent magnet motor (AFPMM) are presented in this paper, which leads the AFPMM to exhibit high torque capability at low-speed and wide speed operation range for direct driving system. Firstly design parameters and manufacturing materials which affect the output performances of the motor are discussed, and then based on finite element analysis (FEA) and response surface methodology (RSM), slot and pole number combinations, and structure dimensions are optimized. Furthermore, a novel DTC based on stator flux linkage tracking is introduced, which combines maximum torque per ampere (MTPA) control and field weakening (FW) control. Independent H-bridge inverter is used to enhance the voltage limit and enlarge the speed operation range. A prototype AFPMM is fabricated on the basis of the optimum model, and experimental measurements are conducted to verify the usefulness of the proposed optimization design and control methods.     

基于模型预测的多电机弱磁同步控制策略研究

从工业场合下多电机系统高速运行的实际需求出发,分析了传统多电机控制系统和传统弱磁控制系统的优缺点,针对多电机高速运行时的弱磁特性进行了研究。模型预测控制(MPC)是一种基于被控对象模型的新型控制算法,具有较强的鲁棒性和较好的控制性能。交叉耦合控制是一种在并行控制基础上对每个电机进行相应补偿的控制系统。将MPC应用到多电机控制系统中并对其进行改进使其具有弱磁控制能力;对传统的交叉耦合控制策略进行改进。将二者结合提出了一种基于模型预测的多电机弱磁同步控制策略,并以双电机系统为例。最后,进行了仿真验证,仿真试验结果表明,基于模型预测的多电机弱磁同步控制策略,可获得比传统双电机系统更好的跟随性能和同步性能。