永磁同步电机矢量控制系统建模与仿真

基于永磁同步电机具有多变量、非线性的复杂特性,为研究需要,对其物理模型进行简化,建立了电机的数学模型及其基本方程.在矢量控制众多方法中采用最为简单的使直轴电流id=0方法进行研究,得到了基于转子磁场定向矢量控制下的电机电磁转矩方程.在Matlab/Simulink搭建整个系统仿真模型、转速和电流控制模块,并对这些模块进...     

基于Matlab永磁同步电机控制系统的仿真建模

在分析永磁同步电机(PMSM)数学模型的基础上，提出了PMSM控制系统仿真建模的新方法。在Matlab／Simulink中，建立独立的功能模块：PMSM本体模块、矢量控制模块、电流滞环控制模块、速度控制模块等，同时进行功能模块的有机整合，搭建PMSM控制系统的仿真模型。系统采用双闭环控制：速度环采用PI控制，电流环采用滞环电流控制。仿真结果证明了该方法的有效性，同时该模型也适用于验证其他控制算法的合理性，为实际电机控制系统的设计和调试提供了新的思路。     

Matlab下永磁同步电机的三相坐标系建模

目前永磁同步电机本体的建模存在不足,一方面,Matlab\Simulink中的PMSM模块采用的坐标系非国内通用标准坐标系,且其集成性高,不便于根据实际修改参数;另一方面,自定义电机模型大多基于坐标转换进行搭建,普遍使用两相输入,与实际生产中广泛应用三相电输入的情况不符。因此针对三相静止坐标系下的PMSM建模进行研究,从电机三相定子电压方程出发,结合坐标转换矩阵,通过分析直轴电感和交轴电感之间的关系合理简化磁链方程,推导出三相静止坐标系下的磁链关系,并结合电机运动方程、电磁转矩方程得到三相坐标系下电机的数学模型。在此基础上结合实验仿真,证明了模型的正确性和有效性。     

永磁同步电机极槽组合优化的研究

齿槽转矩是影响永磁同步伺服电机低速平稳性的主要原因。本文先通过能量转换概念分析了永磁电机的转矩特性,进而分析和推导了齿槽转矩的解析表达式。针对4极12槽、15槽、18槽的不同极槽组合进行分析,从理论上得出4极15槽这种极槽组合可明显削弱齿槽转矩。在这种极槽组合的基础上,通过合理的绕组连接,可改变磁链中的谐波分量和幅值,有利于反电势波形更趋于正弦波。最后采用有限元对其进行仿真验证,证明上述提出的方法正确有效。     

扇区集中式改进型不等齿多相永磁同步电机分析

为了降低电动汽车用表贴式永磁同步电机(surface mounted permanent magnet synchronous motor,SPMSM)的相间互感,提高其容错性能,提出一种可模块化设计的采用改进不等齿宽定子的扇区集中式分数槽集中绕组(fractional slot concentrated winding,FSCW)定子拓扑结构。在此基础上,推导了这种新拓扑结构仅由定子绕组产生的气隙磁密频谱的可行极槽组合,并对其可选的极槽组合方案进行分析。有限元分析(FEA)证明了这种新型拓扑结构可以有效地减小相间互感,提高输出转矩。通过建立采用这种新型拓扑结构的每相2线圈、每相3线圈、每相4线圈的六相SPMSM模型,比较反电动势(electromotive force,EMF)、转矩脉动、损耗和隔磁性能,得出了每相2、3、4组线圈的扇区集中式改进型不等齿FSCW电机的特性。结果表明,每相偶数组线圈和极数较少的极槽配合方案的转矩波动更低,隔磁性能更好,另外,每相线圈数越多电机的永磁体涡流损耗越低,但定子铁芯损耗越高。     

电动汽车水冷式永磁同步电机设计与分析

电机驱动系统是电动汽车的动力核心部件。针对某型纯电动运动型多功能汽车(SUV)的水冷式永磁同步驱动电机进行了设计与仿真分析。基于整车参数对匹配电机的设计指标进行了计算和选取,分析了电机的热源与热传递特性,设计出周向螺旋式水冷结构。基于有限元软件Ansoft对电机磁场进行了仿真,结果表明设计的电机能较好地满足车辆驱动要求。     

定子槽偏移的内置式永磁同步电机的优化与分析

为降低永磁同步电机齿槽转矩和提高电机输出性能,以三相8极36槽内置组合式永磁同步电机为例,提出了一种电机定子槽偏移的方法。首先,通过理论推导定子齿气隙磁导函数,建立电机定子槽偏移数学模型;其次,对不同定子偏移槽数下不同偏移角度的齿槽转矩峰值、输出转矩以及转矩脉动的影响做出分析,利用自适应遗传算法确定电机定子偏移槽数偏移角度下的目标值;最后,通过试制样机进行实验。结果表明,优化后的电机齿槽转矩峰值降低了49.56%,转矩脉动降低了39.2%,平均输出转矩得到适当提升,气隙磁密谐波得到适当降低,同时,平均输出转矩增大,电机输出性能得到提升。所提定子槽偏移结构及多目标联合仿真方法具有一定的合理性和有效性,可为同类型电机的齿槽转矩优化和输出性能提高提供参考。     

基于SIMULINK的永磁同步电机建模与仿真

从Park变换出发建立永磁同步电机的数学模型,通过编写M文件的S-函数建立相应的仿真模块.对电压型逆变器供电下永磁电动机的起动过程进行计算和分析,并讨论电磁参数对电机启动性能的影响.     

表贴式永磁电机漏磁导的解析计算

针对有限元法求解空载漏磁系数时计算量大的问题,采用磁路法全面考虑了永磁电机内部4不同漏磁通路径,并根据电机结构尺寸确定各漏磁通的积分区域,不但解决了磁路法在电机结构变化时漏磁系数计算不准确的问题,而且同时具备计算量小的优点。在极弧系数、气隙长度和永磁体厚度分别变化的情况下,漏磁系数的有限元结果与磁路法结果吻合,证明了该文所提出的漏磁导计算方法的准确性。该方法不需要复杂的有限元计算,尤其适用于电机优化设计。     

永磁同步电机转子偏心磁场解析计算

为了快速准确计算两极平行充磁实心圆柱式永磁同步电机(SCPMSM)各种转子偏心参数下的磁场分布,提供研究转子偏心对电机性能影响的有效方法,利用子区域法和摄动法,在二维极坐标平面内建立了考虑定子齿槽效应时的SCPMSM转子偏心磁场解析模型;将求解场域划分为永磁体、气隙和定子槽3类子区域,分别用对应的控制函数来表达,各区域之间用边界条件连接,利用边界条件求出控制方程通解的各个谐波系数。根据摄动理论,将磁场的0阶分量和1阶分量叠加获得相应子域转子偏心磁场分布,利用麦克斯韦应力张量法计算了转子静态偏心以及动态偏心引起的不平衡磁拉力。以一台2极12槽平行充磁SCPMSM为例,将转子偏心磁场以及静态偏心和动态偏心不平衡磁拉力的解析计算结果与有限元计算结果进行对比,验证了解析模型的正确性。     

Thermal analysis of surface-mounted permanent magnet synchronous motor for electric vehicle application

As a driving motor, surface mounted permanent magnet synchronous motor exhibits high efficiency and high power density. However, it is susceptible to suffer irreversible demagnetization and insulation failure of coils under severe thermal load condition. Therefore, it is essential to predict temperature distribution in the driving motor. In this paper, a lumped parameter thermal model of surface mounted permanent magnet is investigated. By using finite element method, the iron loss distribution in various parts of the driving motor is achieved. Moreover, the influences of interface gap and flow rate on temperature distribution are discussed. Finally, the simulation of temperature distribution in different parts of the driving motor is achieved. The presented methodology contributes to verify the feasibility of the driving motor design.     

永磁同步电机的混沌控制与同步

为从另一个角度证实永磁同步电机(PMSM)混沌运动的存在性,讨论了PMSM模型的混沌特性,并分析了该定态解的稳定性.利用数值仿真,得到该模型在一定参数和初始状态下的吸引子和Lyapunov数.采用非线性反馈的方法对该系统进行了控制,并用MATLAB软件对其进行仿真验证.理论分析和数值仿真都证明了该同步方法的有效性.     

电流时间谐波对转子带护套伺服永磁同步电动机温度场的影响

针对转子带护套伺服永磁同步电机运行过程中永磁体温升较高的问题,本文以一台2 000r/min、12.5kW的伺服永磁同步电动机为研究对象,对变频驱动时永磁电机的温升问题进行了研究.测试了样机额定负载下变频器供电时的相电流,通过傅里叶分解计算出电流各次谐波值.建立了永磁电机二维瞬态电磁场方程,计算出不同电流谐波在护套内产生的涡流损耗.并建立了三维温度场模型,对电机各部分的温度分布进行求解.经计算分析可知绕组内谐波次数位于控制电路载波比附近的电流时间谐波,将导致电机永磁体温升明显变大.将计算所得的电机温度分布与实测结果进行对比,验证了计算结果的正确性.     

辅助槽对内置式永磁同步电机齿槽转矩的影响

针对齿槽转矩带来的永磁电机转矩波动导致振动和噪声的问题,采用开辅助槽的方法抑制齿槽转矩。分析抑制齿槽转矩的原理,通过改变辅助槽的个数、槽深、槽宽、开槽面积和开槽形状,运用Ansoft Maxwell软件对永磁电机建模,利用有限元分析辅助槽对永磁同步电机齿槽转矩的影响。以一台4极36槽电机为例分析的结果表明:当开2个辅助槽,槽深0.7 mm、槽宽1.2 mm、开槽面积为0.84 mm~2、槽型为矩形槽时,齿槽转矩的削弱效果最明显,比未开槽时的齿槽转矩减小了75.2%;且开辅助槽前后反电动势变化不大,气隙磁密基波幅值降低,5、7次谐波削弱程度显著,波形畸变率下降至17.78%,电机性能得到改善。     

纯电动汽车永磁同步电机驱动控制

以纯电动汽车采用的内置式永磁同步电机(interior permanent magnet synchronous motor, IPMSM)为研究对象,在提高电机的运行效率、扩宽转速范围的同时,又能在复杂工况中的提升响应速度并改善行驶舒适性的问题。首先建立IPMSM的数学模型,提出低速时采取最大转矩电流比 （maximum torque per ampere, MTPA）控制,中高速时采用弱磁（flux weakening, FW）控制的全速域电流控制策略,并分析得到各个控制求解的数学模型。然后对IPMSM数学模型进行离散化处理,得到状态空间方程,以此为基础设计模型预测控制 (model predictive control , MPC)的转速控制器和无差拍预测控制（deadbeat predictive control,DPC）的电流控制器。最后在Matlab/Simulink中搭建IPMSM的仿真模型,验证整个控制策略的有效性与可靠性。     

电动汽车驱动用永磁同步电机数字控制系统

为提高电动汽车的动力性和行驶里程,提出了车用永磁同步电动机数字化控制策略。该策略采用具有参数自调整功能的模糊P1速度控制器来提高系统的动力性和鲁棒性,采用基于空间电压矢量脉宽调制方法设计电流控制器来提高车载电源电压利用率,从而提高电动汽车的行驶里程。基于该策略开发的车用永磁同步电动机数字化控制系统实验结果证明了该策略的有效性。     

新型12/8极双凸极变速永磁电机的设计与分析

提出了一种新型12／8极双凸极变速永磁DSPM电机，它集永磁无刷直流PMBLDCM电机和开关磁阻SRM电机的主要优点于一身，加上其独特的转子斜槽和12／8极结构，该电机具有功率密度高、用铜量小、绕组电阻小和转矩脉动小等优点。用有限元法（FEM）对该电机的磁场分布、永磁磁链、反电势和电感特性进行了计算和分析，计算中考虑了永磁磁场和电枢反应的相互作用，样机实验结果验证了理论分析的正确性。     

钕铁硼永磁同步电动机的设计及优化

目前永磁同步电动机的设计和使用中存在的一个突出问题是永磁材料的价格昂贵。文中在编制了3KW、4极钕铁硼永磁同步电动机磁路设计电算程序的基础上，采用复合形法对磁钢尺寸进行优化。该方法具有优化快速、可靠、程序简单、实用性强的特点,结果表明，电机经优化设计后，不但所用永磁体的尺寸大大减少，其运行特性曲线还具有高效率、高功率因数的优良品质。     

永磁同步电机特定参数下的比例微分控制与同步

讨论了永磁同步电动机模型的混沌特性,并分析了该定态解的稳定性.利用数值仿真,得到该模型在一定参数和初始状态下的吸引子和Lyapunov指数.利用比例微分控制器对系统的混沌行为进行了有的控制.并采用非线性反馈的方法构造了一个混沌同步系统.用Lyapunov第二方法从理论上证明了该同步方法的有效性,接着又用Matlab软件对该系统进行仿真验证了同步方法的有效性.     

新型永磁转子偏转式三自由度电机磁场特性分析

在简述永磁转子偏转式三自由度电机的工作原理和优越性能的基础上,针对该新型永磁多自由度电机的结构提出了气隙磁场的计算方案,建立了球坐标下标量磁位和气隙磁通密度的计算公式。同时基于三维有限元软件,建立起转子磁场模型并进行仿真计算,给出了不同充磁模式下的磁通密度分布情况,与解析计算结果进行了对比验证。理论分析和计算结果表明了所设计结构的有效性,转子易于实现三自由度偏转运动,其结果可为进一步的研究和实验设计提供借鉴和参考。