电压暂降对变频调速永磁同步电机运行性能的影响研究

永磁同步电机(PMSM)作为可调速电机的一种,对电压暂降十分敏感,尤其当驱动过程对电机转速和转矩要求严格的时候。本文简要论述了变频调速永磁同步电机的基本原理,分析了电压暂降对变频调速永磁同步电机的影响机理,并利用MATILAB/Simulink搭建了仿真模型进行验证;制定了实验研究方案,选取3种品牌变频器作为PMSM的驱动设备,考察不同变频器驱动下电机转速和定子电流的变化情况。结果表明,电压暂降会造成变频调速永磁同步电机短时间内失去同步速,并使得定子电流经历类似转速变化的过程;不同变频器驱动对电机运行性能的影响差异十分明显,电机转速下降最大值可达30%额定转速以上,对电机运行的稳定性带来极大挑战。     

永磁同步电机定子电流测量误差分析与补偿

永磁同步电机定子电流的测量精度是影响电机调速系统高性能运行的重要因素。定子电流的测量过程中会不可避免地引入增益误差和偏移误差,而电流误差会引起电机转速和转矩脉动。分析了增益误差和偏移误差产生的原因和对闭环系统的影响,提出一种低通滤波器加转速差估算误差电流的补偿算法。仿真和实验结果表明,定子电流测量过程中引入的偏移误差和增益误差会使电机的转速和转矩在fe和2fe频率处脉动。该补偿算法能够有效地减小被测定子电流的测量误差,抑制电机由于电流测量误差所引起的转速和转矩脉动,提高永磁同步电机调速系统的稳态和动态性能。     

新型绕组开路型永磁电机共模电压抑制技术研究

针对电动汽车用新型绕组开路型永磁电机调速系统中,由于共模电压而引起的零序电流和峰值电流等问题,提出一种基于矢量控制的新型绕组开路型永磁电机共模电压(common-mode voltage,CMV)抑制技术。将一台永磁同步电机定子绕组两端开路,再分别连接一个标准的两电平电压型逆变器,这样可以等效为三电平逆变器驱动;通过选择基本电压空间矢量来抑制由双逆变器结构产生的共模电压,从而消除定子电流中的零序电流分量;最后通过仿真和实验验证该方案的可行性;结果表明,借助于永磁电机的绕组开路结构,该新型绕组开路型电机调速系统可有效地抑制共模电压,不仅定子电流纹波含量小,转速稳定,而且具有良好的稳态运行性能。     

基于脉振高频信号注入法的PMSM无传感器控制

针对机械位置传感器给永磁同步电动机(PMSM)调速系统带来成本高,可靠性低、不易维护等同题,采用了一种脉振高频电压信号注入法来实现永磁同步电机矢量控制系统的无传感器运行.该方法给电机定子绕组注入脉振高频电压信号.利用电机的凸极性,通过检测含有转子位置信息的定子电流响应来提取出转子位置信号,实现控制系统的无传感器运行.实验结果证明了采用脉振高频电压信号注入法实现永磁同步电机无传感器矢量控制的可行性和有效性.     

两相永磁同步电动机无传感器控制研究

研究了一种针对两相永磁同步电机(PMSM)无传感驱动策略的全阶自适应转速观测器.在驱动中,电机由具有公共直流供电的两相八开关逆变器提供可控交流电压.所设计的电机转速观测器利用了永磁同步电机的定子电流模型和磁链数学模型.为了估计电机转速,通过定义的一个李雅普诺夫不等式推导并证明得到一个自适应转速估计率.所设计的观测器可以有效估计电机的转速并具有较高的精度.同时,通过观测器可以计算得到电机磁链.仿真结论进一步证明了所提出的方法的可行性和有效性.     

自起动内嵌式变频永磁同步电动机性能分析

针对自起动内嵌式永磁同步电机(IPMSM)变频电源供电方式下电机性能进行分析,利用Ansoft软件,搭建了带起动鼠笼导条的内嵌式永磁同步电动机有限元分析模型,分析了电机的静、动态特性;场-路结合在Simplorer环境下搭建了模拟PWM变频供电外电路模型与Maxwell环境下的电机联合仿真,分析了变频供电方式下定子电流、电磁转矩、电机转速随时间变化;与正弦供电相比较变频器供电时电流谐波含量大,采用谐波电流注入法可以减小谐波电流,减小电机转矩脉动。实验结果验证了仿真分析的正确性,分析结果为变频供电时自起动永磁同步电机运行性能的改善提供了理论基础。     

基于扩展卡尔曼滤波器的永磁同步电机转速估计方法研究

研究了利用扩展卡尔曼滤波器(extended kalman filter, EKF)对永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor, PMSM)矢量控制系统进行参数精确估计的方法。通过引入定子电流和电压,在线估计电机的定子磁链、电机转速和转子位置,进而实现永磁同步电机的无传感器控制。仿真结果表明EKF准确地观测了电机转速和磁链,所构建的无速度传感器矢量控制系统具有良好的控制性能。     

内置式永磁同步电机MTPA和弱磁控制

永磁同步电机(PMSM)的矢量控制恒转矩控制常用两种控制方式:弱磁控制和最大转矩电流比(MTPA)控制。内嵌式永磁同步电机(IPMSM)输出的转矩包含部分磁阻转矩,在相同转矩输出情况下,MTPA控制所需定子电流小于弱磁控制的定子电流,这样就实现了最小铜损。当车速达到额定转速后,电机受到电池电压的限制,恒转矩控制策略无法实现电机转速的继续上升,此时电机进入恒功率运行区,通过弱磁控制策略实现在电压受限条件下的电机转速上升。提出了在低转速和无需足够大扭矩时使用MTPA控制;在转矩输出要求很大时,使用最大电流输出控制;超出额定转速后,使用最大功率输出控制,即最大电压转矩比(MTPV)控制。     

永磁同步电机驱动系统效率优化控制参数变化影响研究

分析了电机参数变化对永磁同步电机(PMSM)运行时效率优化的影响,即对保证电机损耗最小的d/q轴电流(后称为优化电流)的影响。首先分析PMSM运行时的各种损耗,进而建立其总损耗模型,并将电机的效率优化建模为基于约束(转矩约束、电流约束和电压约束)的优化问题;接着用优化理论中的Karush-Kuhn-Tucker条件导出优化电流所满足的方程;最后改变电机的参数,分析该参数的变化对优化电流的影响。通过分析得出,并不是所有参数对优化电流都存在影响。仿真基于效率优化控制的内置式永磁同步电机(IPMSM)驱动系统,试验结果显示了该分析结果的正确性。     

电压暂降中相位因素对异步电机运行性能的影响

电压暂降问题严重影响异步电机的安全稳定运行,已成为备受关注的电能质量问题。为了获得电压暂降相位因素(相位跳变与暂降起始点)对电机运行性能的影响规律,建立了能够模拟电压暂降的电机仿真模型,以5.5 k W、55 k W和135 k W三种电机为例,系统地研究了电压暂降中的相位跳变与暂降起始点对定子电流峰值、转矩峰值、转速及临界清除时间的影响。结果表明,当暂降过程中计及相位跳变因素时,定子电流与转矩峰值显著增加,转速跌落更加严重且临界清除时间相对缩短;但暂降起始点对上述性能指标影响较小。以5.5 k W电机为例进行了仿真试验对比,验证了分析结果的正确性。     

变频调速电动机定子自振频率计算

由于变频调速电动机供电电源的频率范围宽,高速时电源频率往往高于50Hz,因此如何考虑使用变频调速电动机定子与供电电源频率不发生共振的问题是在电动机设计中必须加以考虑的问题.     

Influence of Inverter Output Filter on Maximum Torque and Speed of PMSM Drives

This paper deals with the maximum torque and speed of permanent-magnet synchronous motor (PMSM) drives when the inverter output voltage is filtered by an LC filter with a cutoff frequency well below the switching frequency. According to steady-state analysis, the filter affects the performance of the motor drive, especially at high speeds. The stator current is not equal to the inverter current, and due to the inverter current and inverter voltage limits, the torque-maximizing stator current locus differs from that of a drive without the filter. A field-weakening method is proposed for PMSM drives with an inverter output filter. The method is implemented and tested in a 2.2-kW PMSM drive. The experimental results agree well with the analysis, and validate the high-speed performance of the proposed field-weakening method.      

基于新型定子磁链观测器的直接转矩控制

文中提出一种基于转子位置的面贴式永磁同步电动机的定子磁链估计方法。该方法从转子的位置信息和定子电流预测定子的磁链。给出了磁链观测器的数学模型，并在空间矢量调制直接转矩控制（SVM-DTC）策略中对该磁链观测器与常规电压积分式观测器进行了比较研究。仿真与实验结果表明，采用该观测器的SVM-DTC可以在2％-100％额定转速内稳定运行，电流波形畸变小，转矩性能优越，而采用常规电压积分式观测器的SVM-DTC在转速低于15％额定转速已不能稳定运行。     

Effects of balanced and unbalanced voltage sags on DC adjustable-speed drives

This paper analyzes the sensitivity of DC adjustable-speed drives to balanced and unbalanced voltage sags. The influence of sag type, depth, duration and phase-angle jump on DC drives is studied. The control of the DC drive has been taken into account to understand drive behavior in the presence of voltage sags. Two working modes of the DC motor are considered in the study: as a consumer load and as a regenerative load. When the DC motor works as a consumer load, the study shows that sag type and depth have a significant influence on drive behavior. However, the voltage sag can be ridden through if the rectifier firing angle is set correctly by the control. When the DC motor works as a regenerative load, the study shows the consequences of the three-phase rectifier commutation failure due to the voltage sag.     

基于电阻能耗制动和双频制动的新型电机制动方法

现代传动系统主要由“变频调速系统-电动机-工作机械”组成,电机如何制动是变频器设计的重点。提出一种由电阻能耗制动和双频制动相结合的新型制动方法,结合了这两种制动方法的优点,给出了控制算法流程图,并通过电力系统仿真软件PSCAD进行了仿真研究,对电机转速、逆变器输出频率及输出A相电流进行了监测,结果表明该方法具有很好的制动效果,各项性能指标均达到设计要求。     

粘着控制中的交流永磁同步电机调速控制研究

交流永磁同步电机的模型参数辨识精度是影响电机矢量控制方法性能的关键.基于此,在交流永磁同步电机同步旋转坐标系的数学模型下,提出了一种交流永磁同步电机模型参数的辨识方法,采用直轴电流阶跃响应实验同时辨识定子电阻和直轴电感,脉冲电压实验检测交轴电感,速度驱动实验检测转子磁通.在电机模型参数辨识结果的基础上,讨论了基于矢量控制的交流永磁同步电机调速控制系统电流环和速度环的设计方法.在基于TMS320F2812 DSP的电力机车粘着控制实验平台上进行了实验研究.实验结果表明电机模型参数辨识方法的有效性,调速系统具有良好的动态和稳态性能.     

基于DSP的异步电机变频调速系统研究

交流调速技术发展后,阀门调节速度、挡板调节速度方式都逐渐被取代,变频调速成为最有发展潜力的技术。本文在现有技术基础上,以DSP芯片TMS320F2812为核心研究了变频调速的系统组成,采用电压空间矢量控制方案将复杂的异步电机转换成简单的等效直流模型。经过结果分析后,认为此研究系统对于应用广泛的变频调速来说有重要的意义和价值。     

变频调速异步电动机运行效率的研究

异步电动机运行在额定工作状态效率较高,轻载运行时效率就会明显下降.低效运行的电机不仅造成能源浪费,而且自身的冷却也会成为突出的问题.改变异步电动机的定子电流频率,不仅改变转子的转速,而且,异步电动机的输出、输入功率也随之变化,从而带来了异步电动机效率的变化.本文基于异步电动机的损耗模型,推导出了变频调速异步电动机的运行效率与其工作频率之间的具体关系,同时也找出了转差率和频率的关系,并分析其特征.     

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。