永磁同步电机转子偏心电磁力和挠度的分析与计算

为了准确计算永磁同步电机(PMSM)转子的挠度,降低电机的生产制造成本,基于理论解析和有限元法,分析与计算了转子偏心电磁力和挠度。推导了PMSM不平衡磁拉力的解析表达式,详细介绍了不平衡磁拉力和转子挠度的有限元计算方法。以355 kW 1 500 r/min PMSM为例,对比了不平衡磁拉力、转子挠度的有限元和解析法的计算结果,验证了有限元法的可靠性,对PMSM转子机械的准确计算和振动噪声分析具有一定的参考意义。     

表面埋入式永磁电机磁场解析

准确计算永磁电机的气隙磁场分布是设计、优化电磁性能的关键。该文在二维极坐标平面内建立表面埋入式永磁电机的精确子域解析模型,求解区域划分为定子槽子域、气隙子域和转子槽子域,根据分离变量法求解各子域的矢量磁位通解,并利用各子域之间的边界条件得出相关谐波系数。模型考虑了普通/交替极转子结构,永磁体径向/平行充磁方式,隔齿绕/全齿绕两种形式的分数槽集中绕组,可计算电机空载磁场、电枢磁场和负载磁场分布。以一台40极48槽交替极转子结构永磁电机为例,将气隙磁密波形的解析计算结果与二维有限元结果相比较,验证了解析模型的准确性。     

永磁同步电机全域温度场分析与水道优化设计

以额定功率为60 k W永磁同步电机(PMSM)为研究对象,采用气隙等效导热系数处理定转子间的热交换问题。给出散下线定子绕组的等效热模型。在进行绕组铜耗计算时考虑温升对定子绕组阻值的影响,试验测定壳体与定子铁心间因装配间隙而产生的热阻值。在此基础上建立PMSM三维全域瞬态温度场有限元模型,计算电机在峰值转速运行时的温度场变化,并进行试验验证。对水道宽度比、水道数和翅片进行优化计算,找出最优解。结果表明,水道优化后电机最高温度下降9.8℃,对电机水道结构设计具有一定的指导意义。     

基于并联滑模观测器的PMSM无位置传感器控制

针对永磁同步电机(PMSM)驱动系统,提出了一种新的基于并联滑模观测器(SMO)的无位置传感器有限集模型预测控制(FCS-MPC)策略。相比于传统单一SMO架构,新的并联SMO通过构建多个参数定向优化的子观测器,以实现反电动势、转子角度和转子速度的变量分离与独立观测,解决了稳态观测误差与时间延迟之间的矛盾,避免了多变量观测的相互制约问题。所提算法能够有效降低FCS-MPC对电机参数的依赖性,优化无位置控制算法切入过程中的PMSM暂态性能。实验结果验证了所提算法的有效性与可行性。     

考虑定子饱和的航空高速永磁电机转子涡流损耗解析模型

随着航空装备性能不断提高,对高速永磁电机的功率密度要求不断提高,电磁方案的极限设计使定子饱和效应越发明显。定子饱和会直接影响磁导谐波变化和转子涡流损耗大小。本文将子域法和等效磁路法结合进行迭代计算,提出一种考虑定子饱和的航空高速永磁电机转子涡流损耗解析模型。利用该解析模型计算了不同气隙长度、不同槽口大小对转子涡流损耗的影响。最后以一台航空高速永磁电机的进行实验测试,将解析结果与实验结果、有限元结果进行对比,验证解析模型的正确性。     

异步电动机转子断条故障运行时定转子温度场数值计算与分析

针对传统的单一求解电机定子温度场或转子温度场强加边界条件难以确定的问题,建立了笼型异步电动机转子有无断条故障运行情况下的定、转子全域温度场二维数学模型和温度场二维有限元计算模型。分别计算了额定负载情况下,转子正常和转子一根断条以及转子相邻两根断条时的定、转子全域稳态温度场。实验结果验证了三种情况下该电机温度场计算模型的合理性和计算结果的正确性。比较了三种情况下电机的温升分布,分析了电机转子断条根数对电机温度场的影响。温度场计算模型可以应用到其他无轴向通风冷却异步电动机转子正常或转子断条故障时的温度场计算与分析,并且可以从电机温度场变化的角度为电机断条故障提供诊断依据。     

汽车发电机转子三维温度场有限元计算

提出了针对双离心风扇通风冷却汽车爪极发电机转子三维温度场的计算方法。建立了转子全域三维温度场的有限元计算模型,解决了传统求解电机转子温度场强加边界条件难以确定的问题。基于该三维温度场计算模型,准确计算了额定负载时汽车爪极发电机转子全域稳态温度场。试验结果验证了该电机温度场计算模型的合理性及计算结果的正确性,为汽车爪极发电机优化设计奠定了理论基础。     

基于转子辅助槽的车用永磁同步电机振动噪声优化

车用永磁同步电机(PMSM)的电磁噪声是新能源汽车噪声的主要来源,直接影响整车的振动噪声特性。作用于电机定子结构的低阶径向电磁力是电机电磁噪声的主要原因,以1台额定功率35 kW的新能源车用PMSM为研究对象,提出一种转子外缘开辅助槽的优化方案以降低电机的振动噪声,通过对辅助槽的多个参数进行多变量寻优确定最优的参数值。采用有限元法对采用辅助槽前后的电机进行振动噪声的仿真对比,最后通过样机的振动噪声试验验证了理论研究的正确性,实测样机通过转子开辅助槽的优化方案使电机振动加速度幅值降低了2g,噪声降低了4 dB。     

永磁同步电机全速度段无位置传感器控制策略研究

针对基于标准扩展卡尔曼滤波器(EKF)的永磁同步电机(PMSM)无位置传感器矢量控制技术只适用于中高速阶段而在低速阶段转子位置和转速估计困难,以及标准EKF算法在较强非线性系统中估计精度较低的缺陷,提出了一种复合式的PMSM无位置控制系统。低速段采用流频比(I/f)起动的方法,该方法不需要转子初始位置估计和电机参数估计,起动电流可控,适用于PMSM无位置传感器控制的起动。对电机中高速状态采用结合多新息法改进的EKF无位置估测控制,扩展利用之前两个时刻新息,增强非线性系统中的估计精度。最后通过仿真对该控制方案进行验证,验证结果证明了该方案使得系统抗干扰性更强,控制精度更高,更适用于PMSM全速范围控制的应用。     

基于子域分析模型的实心转子感应电机磁场解析

子域分析技术作为一种简捷高效的磁场解析方法,已在电机恒定磁场解析领域获得广泛应用.该文以实心转子感应电机为例,将子域分析技术拓展到电机磁准静态场解析领域.在二维极坐标平面内,将实心转子感应电机求解区域划分为定子槽子域、气隙子域和实心转子子域,从而在复频域建立考虑定子开槽影响的实心转子感应电机精确子域解析模型.该解析模型着重求解实心转子子域的偏微分方程,根据运行方式的不同,分别给出同步运行和异步运行两种工况下的解析表达式.在解析计算结果的基础上,根据磁链法计算实心转子感应电机的运算电感.最后,通过二维时谐有限元分析验证了解析模型的准确性.