无轴承永磁同步电机原理及研究发展趋势

无轴承永磁同步电机是采用了无轴承技术的高性能永磁同步电机,同时具备永磁同步电机的优良特性与磁悬浮轴承的优点。阐述了转矩绕组极对数为2,悬浮力绕组极对数为3的无轴承永磁同步电机悬浮力产生原理,总结了目前国际国内无轴承永磁同步电机在结构方面与控制策略方面的研究成果,为无轴承永磁同步电机结构改进与控制优化提供重要参考。分析了无轴承永磁同步电机研究发展趋势,为无轴承永磁同步电机进一步研究指明方向。     

无轴承永磁同步电机研究发展概况

无轴承永磁同步电机作为一种新型电机,它继承了永磁同步电机大功率、长寿命、高效率和小体积等优点;同时由于减少了机械轴承,拓展了高速电机在微型化、大功率范围领域的应用。该文介绍了无轴承永磁同步电机的工作原理;综述了近来年无轴承永磁同步电机结构与控制策略等方面的研究概况;总结了研究中存在的问题并展望了发展趋势。     

无轴承永磁同步电机研究现状与发展趋势

无轴承永磁同步电机同时具备永磁同步电机的优良特性与磁悬浮轴承的特点。分析了国内外无轴承永磁同步电机研究现状,指出其发展规律;总结了目前国内外无轴承永磁同步电机结构与控制策略方面的研究成果,为其结构改进与控制优化提供参考;分析了无轴承永磁同步电机发展趋势,为其研究工作指出方向。     

内置式无轴承永磁同步电机径向悬浮力建模

针对内置式无轴承永磁同步电机悬浮控制时的因径向悬浮力数学模型建立不准确而导致的控制性能不佳的问题,提出了内置式无轴承永磁同步电机径向悬浮力的精确数学模型建立方法。介绍了内置式无轴承永磁同步电机的结构和工作原理。对内置式无轴承永磁同步电机气隙磁场进行了分析,采用麦克斯韦应力张量法推导了其径向悬浮力的精确数学模型。采用有限元分析方法对推导的径向悬浮力数学模型进行验证分析,并对内置式无轴承永磁同步电机的最大径向悬浮力有限元仿真计算结果、理论计算结果和实际测量结果进行了比较。分析结果表明,采用麦克斯韦应力张量法建立的径向悬浮力数学模型误差小、精度髙。     

无轴承永磁同步电机有限元分析

无轴承永磁电机径向悬浮力与电机绕组结构、永磁体厚度及悬浮力绕组中电流等存在着复杂关系，研究这些关系对电机优化设计具有重要参考价值。该文在介绍了无轴承永磁同步电机径向悬浮力产生原理基础上，推导了径向悬浮力数学模型。用有限元分析和计算方法，讨论了无轴承永磁同步电机在定子绕组相应等效电流作用下，改变径向悬浮力绕组中的电流，电机气隙磁路分布状况；在电机气隙不变，改变永磁体厚度，计算和分析了径向悬浮力与永磁体厚度之间的关系；在电机转矩绕组极对数pM=2不变的情况下，对径向悬浮力绕组采用一对极pB=1和三对极pB=2方式绕制，计算和比较产生的径向悬浮力和麦克斯韦力大小。对pM=2，pB=3的实验样机，在静态悬浮状态下，测试了径向悬浮力和径向悬浮力绕组电流之间的关系，实验结论验证了ANSYS软件计算结果的正确性。     

双三相永磁同步电机多参数辨识无传感器控制

双三相永磁同步电机(DTP-PMSM)参数受到负载量、温度等因素的影响而发生变化,降低了传统模型参考自适应系统(MRAS)无传感器控制方法的精度和稳定性.针对这个问题,提出一种基于电阻和磁链辨识分段处理的无传感器控制方法,电机低速运行时加入电阻辨识,高速运行时加入磁链辨识.为此,结合电机数学模型,研究了全速MRAS无传感器控制参数辨识系统,推导多参数辨识的自适应律,并验证参数估计唯一性和收敛性.仿真和实验结果表明,改进后的无传感器控制方法能够准确跟踪转子的速度和位置,具有良好的鲁棒性,降低了对参数的敏感性.     

一种新型无轴承永磁电动机本体结构研究

通过对传统无轴承永磁电动机本体结构分析,针对其复杂的结构,分别从转子结构和定子结构进行优化,提出一种以永磁薄片式转子新型无轴承永磁电动机,并对工作原理及应用进行了分析.     

基于退磁限制的无轴承永磁同步电机性能参数分析

无轴承永磁同步电机磁场中不仅存在转矩绕组电流产生的磁通,而且存在径向悬浮力绕组电流产生的磁通,这两种磁场会导致永磁体退磁。设计永磁体参数需考虑产生最为有效径向悬浮力、电磁转矩和避免永磁体退磁三者之间的关系。论文分析了转矩绕组电流产生的磁通和径向力绕组电流产生的磁通共同作用下,转子表面永磁体容易引起退磁的关键区域;在电机气隙不变情况下,分析得出了保证产生最为有效的径向力时最佳永磁体厚度;基于永磁体退磁限制,采用有限元分析计算,针对论文中设计的永磁体厚度及气隙长度,得出了无轴承永磁同步电机最大转矩电流、径向悬浮力电流和产生的最大径向悬浮力。     

无轴承永磁同步电机启动控制研究

无轴承永磁同步电机良好的启动是实现电机稳定运行的基础.首先给出了无轴承永磁同步电机转矩绕组数学模型,通过转子初始位置粗测和二分搜索法完成对无轴承永磁同步电机转子的精确定位后,提出了基于转子磁场定向控制的启动方法.然后以数字信号处理芯片TMS320LF2812为核心,采用霍耳位置传感器与增量式光电编码器等主要器件,构建了...     

双三相永磁直线同步电机的推力波动及抑制

基于有限元模型,分析了双三相永磁直线同步电机的推力波动,其包括两个由直线结构引起的分量,一个分量是由铁心开断引起的磁路不对称所产生,另一个分量由绕组空间位置不对称引起的电感不对称所产生.针对前者,采用优化铁心边端齿的方法来抑制;针对后者,则提出不等匝数绕组结构来抑制,并通过优化得出了性能最佳的匝数配合.最后,计算优化的...     

双三相永磁同步电机合成电压矢量直接转矩控制

针对传统多相电机的直接转矩控制算法在运行过程中存在转矩脉动和大量电流谐波的问题,提出了一种基于合成电压矢量的改进直接转矩控制算法。利用双三相永磁同步电机电压矢量丰富的特点,结合高阶滞环控制器的优点,在电机运行时减小转矩脉动。以电压矢量在谐波平面的电压分量等于零为约束条件,构造三组合成电压矢量。使用合成电压矢量替代传统电压矢量,达到降低电流谐波的效果。仿真结果表明,改进的直接转矩算法可以有效减小谐波电流和转矩脉动,具有良好的运行性能。     

双三相永磁同步电机谐波电流抑制技术

针对双三相永磁同步电机定子电流中存在较大谐波问题,根据比例谐振(proportional resonant,PR)控制器在谐振处无穷大增益,能够对交流输入信号进行无静差跟踪调节特性,提出一种基于PR控制器对谐波电流进行抑制的改进型矢量控制策略。基于谐波基下的双三相永磁同步电机数学模型和谐波电流分析基础,在z1-z2子平面引入2个PR控制器对定子电流的5、7次谐波进行控制,并进行了软件仿真与实验验证。结果表明,在z1-z2子平面引入PR控制器能有效地改善定子电流波形,谐波电流含量下降50%以上,能较好地降低电机损耗与逆变器容量,提高电机运行性能。     

三相无轴承异步电机的磁场定向控制

为实现三相无轴承异步电机的高性能悬浮和驱动控制,研究了4极转矩系统和2极磁悬浮系统的磁场定向控制问题.首先对转矩系统的气隙磁场定向和转子磁场定向控制进行了对比分析,然后分析了磁悬浮系统的磁场定向控制策略和非定极转子的感应补偿问题;最后,根据三相无轴承异步电机的运行控制特点,转矩系统采用了转子磁场定向、悬浮系统采用了气隙磁场定向和感应补偿的组合控制策略,对三相无轴承异步电机的控制系统进行了仿真和实验分析.结果表明:在额定转速范围内,可实现可靠的悬浮控制和良好的解耦控制性能.所采用的磁场定向控制策略是可行的.     

双三相永磁同步电机在混合储能系统中的转矩分配控制策略

针对电动汽车航能力差、电机控制不稳定的问题,将双三相永磁同步电机应用于电动汽车上,并设计了一种基于混合储能系统(HESS)的多相电机转矩分配控制策略。首先,利用矢量控制方式对永磁同步电机转矩与定子磁通之间的关系进行分析,得出转矩矢量表达式。其次,基于磁通和转矩的增量,提出了绕组去耦补偿、磁通观测和参数辨识方法,通过磁通参考值与磁通观测器之间的误差计算电压参值。最后,采用Matlab/Simulink软件对所提出的永磁同步电机控制系统进行仿真实验与分析。仿真结果表明:在所提控制策略下,系统负载转矩具有较强的抗干扰能力和良好的稳态性能;且具良好的电流控制效果,可在允许范围内逐步减弱至平衡状态。     

基于模糊神经网络逆系统的五自由度无轴承永磁同步电机自抗扰控制

为了实现五自由度无轴承永磁同步电机的高性能控制,提出一种基于Takagi-Sugeno(T-S)型模糊神经网络逆系统的自抗扰控制方法.首先,基于五自由度无轴承永磁同步电机(5-DOF BPMSM)的结构及运行原理,建立五自由度无轴承永磁同步电机的数学模型,并对数学模型进行了可逆性分析.其次,利用T-S型模糊神经网络的非...     

新型面装式永磁同步电机高性能控制技术

通过对面装式永磁同步电机矢量控制和直接转矩控制技术基本原理的对比分析,提出一种二者相结合的新型高性能控制技术。类似于矢量控制,其基本思想是对定子电流矢量进行解耦控制;类似于直接转矩控制,采用Bang-Bang控制器,通过选取合适的空间电压矢量来对定子电流励磁分量和转矩分量进行滞环调节,进而获得优异的转矩动态响应。该技术继承了矢量控制和直接转矩控制的优点并摒弃了各自的某些缺点,通过对三种控制技术仿真对比,表明基于该新型控制技术的面装式永磁同步电机控制系统静、动态性能优异,结构简单,计算量小,鲁棒性强。     

永磁直线同步电机现代控制策略综述

永磁同步直线电机在高精度、高速率的工业生产中应用越来越广泛,但由其组成的伺服系统属非线性、多变量、多耦合系统。为了更加平稳准确地控制直线电机的伺服系统,以满足其在工业生产中的应用,论文根据永磁同步直线电机伺服系统的性质和应用特点,并结合国内外的相关文献,综述了一些现代控制策略在永磁同步直线电机伺服系统中的应用。系统针对不同的控制要求,应选择合适的控制策略,才能达到满意的控制效果。     

一种改进的永磁同步电机模型预测控制

利用传统的模型预测控制算法确定下一时刻所要应用的开关状态时,需遍历变换器的全部开关状态,计算量较大,不利于在线应用。对此,提出了一种改进的永磁同步电机模型预测控制算法,通过求出期望的电压矢量角,确定电压矢量所在扇区,进而减少算法对开关状态的选择数量,使算法的计算量得到显著降低。实验结果说明,采用所提改进模型预测控制算法,系统具有较好的电流动态特性和较小的纹波电流。     

双三相永磁同步电机的建模与矢量控制

针对相移30°Y型连接双三相永磁同步电机,分别采用双d-q变换和矢量空间解耦的方法建立了电机的数学模型,前者从两套三相子系统的角度给出了电磁转矩的表达式以及两套绕组之间存在的耦合关系,后者则揭示了不同的电流谐波分量对机电能量转换所产生的不同的作用.根据两种不同的模型搭建了两套双三相永磁同步电机矢量控制系统,通过对两种控制策略的比较分析,指出了两者之间的内在联系和在控制效果上的等价性.开环的仿真实验对两种建模方法的一致性进行了验证,而闭环的仿真和实验结果则表明两种矢量控制方案在相同的控制参数下具有一样的控制性能.     

双三相永磁同步电机直接转矩控制谐波电流抑制研究

针对基于开关表的双三相永磁同步电机直接转矩控制中采用基本电压矢量会在z1-z2子平面产生大量6k±1(k=1,3,5,…)次谐波电流问题,通过引入脉宽调制的思想,对电压矢量进行修正,并对修正后的中间矢量进行了中心化处理,使其易于硬件实现。对两种直接转矩控制方法进行仿真分析和实验验证,结果表明通过采用修正后的中间矢量进行直接转矩控制可以很好的抑制z1-z2子平面的谐波电流,从而减少系统损耗,且控制系统的动静态性能不会受到影响。