基于空间矢量法的多相电机绕组磁动势的分析

多相电机的绕组通常可以看作是由几个空间上互差一定角度的多套对称三相绕组组成的,因此以三相绕组为基本分析单元,在很大程度上可简化多相电机绕组磁动势的分析。通过分析互差任意角度的两套三相绕组各自合成的某次磁动势的解析表达式,得到了二者相位差的通用表达式。以此为基础,利用磁动势的矢量合成关系,给出了一种新的思路来分析多相电机的磁动势——空间矢量法。并以十二相电机为算例,验证了空间矢量法直观、简捷的优点。空间矢量法的运用很好地解决了多相电机绕组磁动势计算分析复杂的问题,还可以方便地设计多相电机的绕组分布,以达到消除某次谐波磁动势的目的。     

磁动势法五相永磁力矩电机转矩分析

五相永磁力矩电机由于极数与槽数相近,含有丰富的磁动势谐波,磁动势谐波会影响电机的转矩性能。为此,采用磁动势法分析电机的电磁转矩,通过磁能和虚位移原理推导出了电机电磁转矩的解析表达式,揭示了具有相同空间次数的定子和转子磁动势谐波相互作用才能产生电磁转矩的规律。通过对五相永磁力矩电机的定、转子磁动势谐波与电磁转矩关系的分析,指出与与主波转速一致的定子和转子磁动势谐波相互作用能提高五相永磁力矩电机的平均电磁转矩。利用Ansoft有限元软件仿真分析了电机在正弦波、梯形波和方波供电下的定子磁动势、转子磁动势以及转矩性能。结果表明,非正弦供电能够增加电机的电磁转矩,但也带来了转矩脉动,验证了磁动势法分析五相永磁力矩电机转矩的有效性和正确性。     

基于滑模变结构的PMSM直接转矩控制

分析了永磁同步电机(PMSM)数学模型,设计了一种新颖的基于空间矢量脉宽调制技术的直接转矩控制(SVM-DTC)系统。利用两个PI控制器分别调节磁链和转矩实现对电机空间矢量中转矩和磁链两分量的解耦,同时采用基于转子位置和定子电流的定子磁链估算方法观测定子磁链,并设计滑模变结构无速度传感器来估算转子位置。仿真结果表明,所提出的方法能有效地估算定子磁链与转速,减小电磁转矩和定子磁链脉动,从而使系统具有较好的动、静性能。     

一种改进的离散空间矢量调制方法

针对异步电动机直接转矩控制(DTC)系统在低速时存在转矩脉动等缺点,提出了一种改进离散空间矢量调制的方法,仿真结果表明,该控制方法能有效地减小转矩脉动,改善定子磁链和电流的波形,改善电机的低速性能。     

绕线转子无刷双馈电机多谐波联合起动过程中磁动势及性能分析

多谐波联合起动绕线转子无刷双馈电机通过改变电机定子绕组联结方式,使得励磁电流在气隙中产生基波磁动势以及与基波同转向的不同极对数谐波磁动势。基波磁动势协同这些谐波磁动势与转子上复合线圈绕组相互作用来降低起动电流和增大起动转矩,进而改善电机的起动性能。该文通过详细的推导建立该电机的定子绕组磁动势数学模型,分析该电机在起动时磁动势谐波含量;分析转子绕组的磁场调制机理及工作特点,并对该电机在起动时的等效电路以及气隙磁通密度进行分析以研究其起动性能。仿真和试验结果表明,采用多谐波联合起动方式使电机的起动电流降低,起动转矩增大,并且使得电机具有良好的起动性能。     

六相感应电机的矢量控制研究

在分析六相感应电机数学模型的基础上,对基于转子磁链定向的六相感应电机调速系统的矢量控制进行了研究。在控制过程中,通过坐标变换得到定子电流的转矩分量和励磁分量;利用两个调节器分别对两个电流分量进行调节,从而实现对电机磁场和转矩的控制。在MATLAB/Simulink环境下,利用按转子磁链定向的矢量控制原理,设计六相感应电机的转速控制器、磁链控制器和转矩控制器,进行六相感应电机矢量控制的动态仿真。仿真结果证明:基于此算法的六相感应电机控制系统,能很好地跟踪速度给定和期望的转子磁链,具有较好的动态与静态响应能力。     

空间矢量调制的永磁同步电机调速控制方法

通过转矩角增量和定转子磁链的位置,计算出补偿转矩和定子磁链的参考电压矢量,利用空间矢量调制技术实现对逆变器电压状态的控制,改善了系统的性能.给出了仿真结果,证明了算法的合理性和有效性.     

基于多空间矢量的直接转矩控制研究

针对异步电动机变频调速系统中的直接转矩控制理论进行了研究。对传统的直接转矩控制中转矩脉动较大,磁链幅值变化较大的特点进行了改进,采用矢量细分的思路将原来的6空间矢量细分为12空间矢量,并通过转矩及磁链偏差信号来优化选择新的空间矢量。基于Matlab仿真平台对改进前后的系统进行仿真,并以DSP为控制核心对系统进行了实验,改进后的系统转矩脉动减小约50%,定子电流更接近于正弦波,定子磁链幅值也更接近于常数。     

基于空间矢量调制的感应电机无速度传感器模型预测磁链控制

传统的模型预测控制(MPC)以电磁转矩和定子磁链的幅值为控制变量,在目标函数中需要设计一个权重系数,而目前尚无完善的理论来设计该权重系数,多采用试凑的方法得到,从而限制了MPC在实际工业中的应用。通过解析推导感应电机的内部关系,将定子磁链幅值与转矩的控制转换为对一个等效定子磁链矢量的控制,提出了模型预测磁链控制(MPFC)的解决方案,从而避开了传统MPC中权重系数设计困难的难题,降低了算法复杂度。为提高感应电机控制系统的实用性,将MPFC与速度自适应全阶观测器相结合实现了无速度传感器运行,进一步采用空间矢量调制(SVM)来得到驱动脉冲,提高了电机的稳态性能和低速带载能力。在两电平感应电机仿真与实验平台上进行了验证,结果表明该文提出的感应电机无速度传感器MPFC在宽速范围内具有良好的动静态性能。     

多相永磁同步电动机不对称运行的矢量控制

该文通过对双Y形6相永磁同步电动机(PMSM)出现一相或多相绕组开路故障时磁动势的分析，建立了多相PMSM在此种不对称情况下的数学模型，提出了不对称情况下多相PMSM在转子磁场定向控制时的矢量控制方法。该方法以故障前后定子侧产生恒定磁动势为原则，对定子侧电流进行补偿。数字仿真结果表明，这种控制方法可使多相PMSM在不对称运行工况下的运行性能得到明显的改善。     

考虑主磁路饱和时感应电机的综合矢量模型

提出了一种用综合矢量表示并考虑了主磁路瞬态饱和时的感应电机数学模型。在引出了磁路稳态饱和与瞬态饱和的概念之后，推导了用综合矢是表示的感应电机的电压方程式和电磁转矩表达式，从而得到感应电机的饱和非线性数学模型。利用该模型对感应电机的起动瞬态过程进行了仿真研究。结果表明，本文提出的感应电机饱和非线性综合矢量数学模型是可行的。     

Robust direct torque and flux control of adjustable speed sensorless induction machine drive based on space vector modulation using a PI predictive controller

A Direct torque and flux control design for a sensorless induction motor, following a Lyapunov-based stator flux observer is presented. In this control scheme, the torque error signal and the amplitude of the stator flux reference vector are delivered to a PI predictive controller. The predictive controller also uses information on the amplitude and position of the actual stator flux vector and measured stator currents to determine the voltage command vector for space vector modulation inverter. In addition, a conventional PI speed controller is used to generate the torque reference signal. Using the fifth order model of the three-phase induction machines in a stationary two axes reference frame, a nonlinear stator flux observer is developed in order to estimate the rotor speed, rotor and stator resistances simultaneously. The stability of this observer is proved by Lyapunov theory. It is shown that if the persistancy of excitation condition is satisfied, the estimated quantities converge to their real values. The effectiveness of the proposed control scheme is verified by computer simulation and experimental results.     

Rotor loss in permanent-magnet brushless AC machines

The eddy-current loss in the permanent magnets of brushless AC machines is usually neglected, since the fundamental air-gap field usually rotates in synchronism with the rotor, and time harmonics in the current waveform and space harmonics in the winding distribution are generally small. However, an important category of brushless AC machine design is emerging in which the fundamental component of the stator MMF has fewer poles than the rotor, the torque being developed by a higher order MMF harmonic. The fundamental and lower order MMF harmonics can then give rise to significant rotor eddy currents. An analytical model is developed to predict rotor-induced eddy currents in such machines, and to quantify the effectiveness of circumferentially segmenting the permanent magnets in reducing the rotor loss.     

零序分量注入型三电平感应电动机矢量控制系统

提出一种基于三电平中点箝位(NPC)逆变器的零序分量注入型感应电动机矢量控制方案。系统中使用快速电流控制的直接转子磁链定向矢量控制模式,由于定子电流是由快速电流环控制,因此系统中不用使用定子电压方程,并且不需要解耦电路。转子磁链位置角由磁通模型计算得到。感应电动机由三电平NPC逆变器供电,三电平NPC逆变器由于开关器件的电压应力是传统两电平逆变器开关器件上电压应力的一半,所以适合用于中压调速系统。逆变器控制采用开关优化PWM算法,通过注入零序分量,不但优化功率器件的开关频率,而且可以稳定中点电位。仿真结果表明,该方法在三电平逆变器供电的感应电动机上有效地实现了矢量控制,并且具有很好的性能。     

Simple and robust speed sensorless vector control of induction motor using stator current based MRAC

A novel rotor speed estimation method using model reference adaptive control (MRAC) is proposed to improve the performance of a sensorless vector controller. In MRAC methods, state variables, such as rotor flux and back EMF are estimated in a reference model and then compared with state variables estimated by using an adjustable model. The difference of these state variables is then used in an estimation of rotor speed. We propose a new MRAC method that uses the stator current as the state variable for estimating the speed. In conventional MRAC methods, the difference between state variables has the unclear relationship with the speed estimation error. But, in the proposed method, the stator current error is represented as a function of the first degree for the error value in the speed estimation. Therefore, the proposed method can produce a fast speed estimation and is robust to variations in the parameter error. In addition, the proposed method offers a considerable improvement in the performance of a sensorless vector controller at a low speed. The superiority of the proposed method is verified by simulation and experiments in a low speed region and at zero-speed.     

汽轮发电机转子匝间短路故障下的谐波检测

通过分析汽轮发电机励磁绕组的磁动势分布建立了磁动势的数学模型,通过分析转子匝间短路引起的励磁磁动势分布变化情况,提出将短路后的励磁绕组磁势看作短路前的励磁绕组磁势和短路匝通过反向励磁电流产生的磁势的叠加量,由于前者是完全对称的,可只对短路匝产生的反向磁势进行分析。通过傅里叶分解得到了各次谐波分量,在考虑气隙偏心的情况下得到了定子感应电势,理论推导证明偏心对定子绕组感应电动势并不产生影响。定子三相对称电流合成了新的旋转磁动势,并在定子和转子绕组中形成感应谐波,其特征频谱不同于正常运行情况下的频谱。实验验证了文中理论分析的正确性和有效性。     

基于梯形波相电流控制的六相感应电机性能分析

六相感应电机通过使用梯形波相电流而把定子绕组分成励磁绕组和转矩绕组,这样可以实现励磁磁场和电磁转矩直接控制而不需要复杂的派克变换,本文主要对磁势解耦时磁链和转子感应电压进行了理论和有限元分析,并实验测量了梯形波相电流驱动下六相感应电机转子感应电压,结果表明转子感应电压的有限元分析和实验结果是一致的。     

感应电机并联运行矢量控制系统仿真研究

针对两台并联电机参数和负载不平衡的情况,在单台电机矢量控制数学模型的基础上,建立了两台并联感应电机在d-q坐标系下的数学模型,给出了基于平均转子磁通进行定向的矢量控制策略,利用定子电流的q轴分量控制两台电机的平均转矩,d轴分量兼顾控制平均转子磁通和偏差转矩。仿真结果表明,系统具有较好的动态、稳态性能。