反电动势三次谐波高占比五相永磁同步电动机转子初始位置估计方法

含有三次谐波反电动势的五相永磁同步电动机,注入三次谐波电流可进一步提高其负载能力,预先获得其精确的转子初始位置直接决定其启动性能。针对反电动势三次谐波高占比的五相永磁同步电动机,提出一种基于脉冲电压注入的转子初始位置估计方法。利用两相静止坐标系下基波平面数学模型,推导转子位置估计公式;分析转子处于不同位置时应注入的最优电压矢量,根据初步估计的转子位置角选择优化电压矢量,通过二次注入提高估计精度。基于绕组函数法,分析电枢磁动势与基波和三次谐波电流的关系,提出在三次谐波平面向电机施加方向相反的2个电压矢量,根据三次谐波平面电流幅值判断转子磁极极性的策略。实验结果验证了所提转子位置估计算法的有效性,最大估计误差为±5°。     

三次谐波注入式五相永磁同步电机矢量控制策略

从矢量空间解耦的观点出发,建立了含有3次谐波磁场的五相永磁同步电机(permanent magnetic synchronous motor,PMSM)在旋转坐标系下的数学模型,揭示了绕组中各次谐波电流对机电能量转换所产生的不同作用,通过注入一定含量的3次谐波激磁电流,可以在提高电机输出转矩的同时,降低电机定子铁心的磁饱和程度。根据谐波注入前后逆变器功率容量保持不变的原则,通过理论推导和仿真分析,得到了电机输出转矩随3次谐波注入率的变化趋势,为五相PMSM的优化设计和性能分析提供了理论基础。设计了基于转子磁场定向的五相PMSM矢量控制系统,实现了对基波和3次谐波电流的解耦控制。仿真和实验结果验证了方法的正确性和可行性。     

基于傅里叶分解原理的同步电机三次谐波磁场分析

介绍了一种基于傅里叶级数分解原理用于同步发电机中三次谐波磁场分析的新方法,根据该方法,同步电机一个极距将分为三段进行研究,三次谐波磁密幅值分别由这三段磁密积分后代数相加得到.计算不同的励磁电流下的三次谐波磁密,从而得到三次谐波特性曲线,该曲线可以反映出电机一个极距下三段的饱和程度.根据谐波励磁系统的要求和三次谐波特性曲线,设计者较容易找到电机设计中的缺陷或指导新产品开发.文中给出了算例和谐波磁场特性的调整方法.     

谐波注入式九相永磁同步电机矢量控制策略

用绕组函数法分析了多相永磁同步电机绕组磁势波的谐波构成,提出注入适当的谐波电流可以提高输出转矩,并且降低铁芯磁饱和。在旋转坐标系下建立了九相永磁同步电机数学模型,通过分析电磁转矩的构成,定量地分析了谐波电流在提升电磁转矩中的作用。推导出了基于最大逆变器功率约束的最优谐波注入比。最后,在simulink下搭建了九相矢量控制系统的仿真模型,对比了注入谐波前后电机输出转矩及电流波形的变化,并验证了注入谐波时电机的动态特性。仿真验证了理论方法的正确性和谐波电流注入的可行性。     

三次谐波电压注入的五相感应电机SVM-DTC方法

将空间电压矢量调制(SVM)与直接转矩控制(DTC)相结合,并根据集中整距绕组的特点,提出了三次谐波电压注入的五相感应电机SVM-DTC方法.对3种实现三次谐波注入的五相感应电机的SVM-DTC方案进行比较,并通过仿真实验分别予以实现.实验表明,提出的优化控制方案不仅实现了基波和三次谐波电压的闭环控制,并且同时保证了基波和三次谐波磁链的相位关系恒定,能够达到气隙磁密波形为准方波的控制要求.     

基于高频旋转电压注入法的IPMSM转子位置估算策略

采用高频旋转电压注入法估算内嵌式永磁同步电机转子位置,提出了通过改进伦伯格观测器对转子位置进行估算的方法。分析了高频旋转电压注入法的基本原理,建立了内嵌式永磁同步电机的数学模型。设计了巴特沃斯滤波器及伦伯格观测器,并以英飞凌XMC4500单片机为核心实现了IPMSM转子位置的估算,通过实验验证了所提出方法的正确性。     

考虑转子磁场谐波的永磁同步电动机仿真

永磁同步电动机的运行特性受转子磁场谐波的影响,在大功率、高精度拖动系统中尤为突出.目前,在仿真系统中,通常采用仿真软件自带的线性PMSM电机模型,因此很难反映真实电机运行特性受转子磁场谐波的影响这一特性.建立了考虑转子磁场谐波影响的电机数学模型,采用MATLAB/Simulink仿真软件构建了电机仿真模型,并与线性模型进行对比分析,分析表明所建模型原理正确、有效,为研究PMSM的精确控制仿真系统奠定了基础.     

基于高频信号耦合注入的内置式永磁同步电机

内置式永磁同步电机(IPMSM)受转子凸极性的影响,绕组电感随转子磁极位置呈周期变化。考虑到上述特征,提出一种基于高频信号注入的IPMSM转子初始位置检测方法。将高频信号依次注入定子两相绕组,并提取定子绕组高频信号线电压,运算处理后获得没有考虑转子磁极极性的初始位置角。随后注入脉冲电压矢量进行转子极性判断,从而获得准确的初始位置角。理论分析和试验结果表明,该方法对电阻参数依赖较小,不受逆变器非线性和电流传感器检测精度的影响,能够准确检测转子初始位置角,满足IPMSM平稳起动的要求。     

考虑铁心饱和的内置式永磁同步电机气隙磁场解析计算

准确分析电机结构以及磁饱和等因素对气隙磁场分布的影响是永磁电机设计、优化的关键。以分数槽集中绕组内置式永磁同步电机(FSCW-IPMSM)为研究对象,根据磁路分析方法和FSCW的分布规律,分别得到了考虑转子磁桥漏磁的空载永磁磁场解析模型和电枢反应磁场的解析表达式。考虑到定子齿槽结构以及转子内部永磁体分布,利用相对气隙磁导,将定子开槽和转子凸极对气隙磁场的影响考虑在内。重点结合定子铁心材料的B-H磁化曲线、定子铁心局部磁饱和特性引入铁心等效磁阻与动态磁导率来考虑定子铁心磁饱和对负载气隙磁场的影响。最后,有限元仿真和样机试验结果验证了理论分析的准确性,为该类电机的电磁设计和性能分析提供了理论基础。     

一种基于脉振高频电压注入法的转子位置检测方法

在基于脉振高频电压注入法的内置式永磁同步电机(IPMSM)无位置传感器控制中,使用滤波器提取转子位置信息影响了系统动态性能。提出一种基于二阶广义积分器(SOGI)的转子位置检测方法。利用SOGI构建位置观测器,简化系统参数整定过程,动态过程中可以更加准确地提取转子位置信息,有效地减小了转子位置动态估计误差,最后仿真结果表明该方法改善了系统的控制性能。     

永磁电动机转子偏心空载气隙磁场矢量位解析法

提出了矢量磁位解析法用于分析转子偏心表贴式永磁电动机的空载气隙磁场,该方法适用于内转子偏心和外转子偏心结构.解析模型的求解场域分为气隙区域和转子永磁体区域,两类子区域的矢量磁位拉普拉斯方程或泊松方程根据交界条件建立关联,利用边界摄动理论,通过矢量位解析法求解转子偏心表贴式永磁电动机在定子坐标系下和转子坐标系下的气隙磁通密度表达式,实例计算结果与有限元法分析波形作比较,验证了矢量位解析法的有效性和正确性.     

基于滑模变结构控制的内置式永磁同步电机无位置传感器矢量控制

对一种基于滑模变结构控制(SMVSC)的内置式永磁同步电机(IPMSM)无位置传感器矢量控制策略进行了研究。针对SMVSC中固有的抖动问题,对其产生的机理进行了详细的分析与研究,用一种饱和函数代替符号函数进行改进,以降低符号函数的不连续性,同时将饱和函数的边界层厚度参数设置为一变量,进行自适应调节,通过调节边界层厚度函数值,减慢状态变量趋于滑模切换面的速度,以减小抖振。仿真结果表明:所研究的控制策略具有良好的动态响应和稳态响应,获得了精确的转子估算位置和估算转速,系统具有较强的鲁棒性。     

基于旋转高频信号注入法的内置式永磁同步电机低速段转子位置检测及其误差补偿

旋转高频信号注入法注入信号较为稳定,且位置估计过程不依赖电机参数,因而十分适用于内置式永磁同步电机(IPMSM)的零、低速转子位置检测。针对传统高频信号注入法无法辨别磁极的问题,用电压方波注入法检测磁极,结合有限元软件仿真,来合理选取方波电压幅值和时长,有效缩短了磁极判断耗时。分析了滤波器和信号离散化对位置估计精度的影响,提出在低速段可用线段拟合带通滤波器中心频率处的相频特性曲线,推导所需补偿角度与电机转速的关系。在理论分析的基础上,采用基于DSP28335的样机平台进行试验,结果表明磁极判断过程稳定,耗时较短,补偿后的位置估计值相比补偿前有明显改善,调速过程中系统动态性能良好。     

基于田口法的内置式双层永磁体转子结构的设计与优化

采用多层永磁体转子结构的内置式永磁同步电机具有较大的凸极比,可以充分利用转子的磁阻转矩,在电动汽车等领域得到了越来越广泛的应用。内置式多层永磁体转子结构的参数较多,组合灵活,其设计和优化是电机设计的一个难题。本文针对某180kW调速永磁同步电机的转子设计,选用"V一"型双层永磁体转子结构,引入田口法,选取合适的磁路参数和目标优化参数,建立田口实验正交表,然后利用有限元方法分析不同磁路参数组合下的电机性能。在此基础上,评估各磁路参数对各目标优化参数的影响,进而确定了转子结构方案。本方法对双层永磁体转子结构设计具有一定的指导意义。     

Sensorless IPMSM position estimation based on multi SVPWM with elimination of inverter nonlinear effects

This paper presents a position‐sensorless interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM) control system at low and zero speed based on a multi‐space‐vector pulse‐width modulation (MSVPWM) pattern with the elimination of nonlinear inverter effects. In conventional sensorless methods based on the MSVPWM pattern, the high‐frequency (HF) components of voltage and current are used to estimate the rotor position information. However, the inverter nonlinear effects, such as forward voltage drops and deadtime, distort the HF components of the voltage and current so that an error occurs in the position estimation. Therefore, an improved position estimation scheme is developed in this paper. The compensated HF components of the voltage taking account of the inverter nonlinear effects can be used to decrease the estimation error. The proposed method can be implemented without increasing any hardware cost. Experimental results confirm the effectiveness of the proposed method. © 2014 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

不对称磁障对IPMSM电磁振动噪声的影响分析

针对目前一些采用不对称磁障法降低内置式永磁同步电机(IPMSM)转矩脉动的研究并未细致分析其对电机电磁振动噪声产生何种影响的问题,以一台37 kW IPMSM为研究对象,建立了原始电机和具有不对称磁障结构电机的电磁场有限元模型与振动噪声耦合模型,对比分析了不对称磁障结构对电机振动噪声的影响。从理论上分析了永磁电机径向电磁力波的阶次、频率特征,并利用有限元法与二维傅里叶分解法对得到的气隙处径向电磁力波进行分解。建立定子结构有限元模型,对其进行模态分析。在仿真平台搭建振动噪声耦合模型,仿真得到电机定子振动响应与电磁噪声。结果表明,采用不对称磁障的设计方法虽然能降低电机的转矩脉动并且不会牺牲电机输出转矩,但会产生其他倍频的电磁力,增加相对应频率点的振动响应,增大电机的振动噪声,设计时需综合考虑。