轴向多段式高速外永磁转子爪极电机的电磁场与温度场分析

高速永磁电机可与负载直接相连,省去了传统的机械增速装置,在工业应用与航空航天等领域得到越来越多的应用。传统高速永磁电机采用内转子结构,为避免永磁体受高速旋转带来的拉应力需要采取特殊的保护措施,由此带来永磁体用量大、气隙磁密偏低、涡流损耗严重等突出问题。高速外永磁转子结构电机则可避免上述问题。本文基于一台3k W、20 000r/min的高速外永磁转子爪极电机,对高速外转子爪极电机的电磁方案进行了设计与分析,利用有限元软件验证了电磁设计的合理性;针对高速永磁电机损耗密度大、散热困难等问题,本文设计了轴内水冷系统并建立了三维有限元模型,利用流-固耦合法对电机的温度分布进行了详细分析,最后加工了一台样机,并通过实验验证了本文理论分析的正确性。     

一种适用于高速永磁电机的矢量控制策略

高速永磁电机具有转子转速高、定子绕组电流和铁心中磁通的频率高的特点,现已成为电机领域的研究热点之一。高速永磁电机可直接与高速透平膨胀机直连,省去减速齿轮箱及其控制。研究了一种适用于高速永磁电机的矢量控制策略,并基于Matlab软件搭建了永磁电机的控制模型并进行仿真,仿真结果表明此控制策略可以使高速永磁电机实时跟踪高速透平膨胀机的转轴速度,实现高速永磁电机的稳定运行,从而提高整个高速透平系统的运行效率。     

基于SMO电动汽车用内置式永磁同步电机无位置传感器控制

针对电动汽车驱动用内置式永磁同步电机,讨论滑模观测器的无位置传感器控制方法,介绍基于该方法的转子位置检测原理,给出控制算法的实现过程。通过Simulink建立内置式永磁同步电机无传感器,控制系统的仿真模型进行仿真。结果表明,基于滑模观测器的无位置传感器控制可以实现较小的估计误差,确保电机高性能运行。     

切向永磁电机转子整体斜极方法及其对转矩脉动的影响

切向结构电机谐波含量丰富,转矩脉动较大,转子斜极可有效降低电机转矩脉动。文中针对切向结构永磁电机,使用不分段转子整体斜极方法来抑制电机的转矩脉动,并通过有限元分析软件对比了对称结构与斜极结构的各种性能表现,并试验验证了转子斜极结构能够有效改善电机的转矩脉动。     

永磁电机无速度传感器的优化控制技术

摘要： 永磁电机具有速度快、可靠性高等优点,在交流伺服系统中得到了广泛的应用,为了获得更优的永磁电机控制效果,提出一种新型的永磁电机无速度传感器优化控制技术。首先对永磁电机无速度传感器的工作原理进行分析,采用状态观测器测量转子的速度和位置,然后根据定子电流和参考电压估计反电动势,对轴向位移和旋转速度进行控制,最后采用仿真实验对其性能进行测试。结果表明,在各种条件下,所提控制技术均能够保证无速度传感器稳定运行,使得电机具有更优的工作性能。     

永磁技术应用于风力发电机的挑战

世界上十大风机制造商,有超过一半的制造商正在进行永磁发电机技术的研究,或是早已向市场推出了永磁发电机产品.通常,最简单的将传统双馈异步发电机转换为永磁发电机的办法就是用同速的永磁发电机和全功率变流器替代现在高速齿轮箱后面的双馈异步发电机,仅需要对风机和机舱布置做很小的设计改动.永磁技术提供了各种不同的概念,从10 r/min到20 r/min的大转矩直驱发电机.同时也提供了各种结构方式,像外转子轴向磁通发电机,永磁励磁使电机同时具有高效、高转矩,因为励磁不需要向系统连续地输入能量.而且,也会产生较低的同步电感,可使电机具有大转矩.     

基于摄动法的表贴式永磁电机转子偏心空载气隙磁场计算

采用摄动法解析计算表贴式永磁电机转子偏心空载气隙磁场,以无量纲的偏心扰动量作为摄动变量,可解决表贴式永磁电机内转子结构和外转子结构的转子偏心磁场解析问题。根据气隙区域及永磁体区域的边界条件求解拉普拉斯方程和泊松方程,通过矢量磁位推导出气隙磁通密度的解析表达式,进而应用麦克斯韦应力张量法计算不平衡磁拉力,并将解析法结果与有限元法结果进行比较,发现二者一致性较好,验证了该方法的正确性和有效性。     

一种分段式变步长爬山法最大功率追踪控制策略

为提高小型永磁同步风力发电系统最大功率追踪的性能,结合小型风力发电机工作特性,在两种经典爬山法的基础上,提出一种更加适合小型风力发电机的分段式变步长爬山法,该算法能快速稳定地使系统运行在最大功率点。在此基础上,搭建了基于Matlab/Simulink的模型进行仿真分析,并构建了以TMS320F28335 DSP为控制核心的直驱式永磁同步风力发电模拟实验平台,通过实验和仿真结果验证了分段式变步长爬山法的有效性和优越性。     

大型异同步电动机再制造成自起动永磁同步电机技术研究

对大型异同步电动机应用中存在的转子励磁系统损耗大、滑环故障率高等问题,提出仅对其转子进行改造,将其再制造成自起动永磁电机。以一台630k W-36P的异同步电机为例,通过等效安匝数原理将原电机转子直流励磁安匝数等效成永磁体激磁磁势,利用商业软件对等效永磁激励条件下的纹波转矩、气隙磁密波形、转速稳定性及运行效率等进行了仿真。结果表明,再制造后自起动永磁电机保留了原异同步电动机的优点,且效率和功率因数以及起动能力,都具有显著的提高,具有重要的工程实践和节能改造价值。     

永磁/笼障混合转子双定子风力发电机电磁设计与性能分析

针对主流永磁同步发电机存在成本高和有刷双馈感应发电机存在可靠性低的问题，结合风电发展的要求，提出一种具有功率密度高和可靠性高的新型永磁/笼障混合转子双定子风力发电机应用于海上风力发电。功率密度与电机的功率分配、极槽配合和转子耦合能力有关。基于该发电机的工作原理和设计要求，设计一台300 kW永磁/笼障混合转子双定子风力发电机，并考虑功率分配、主要尺寸确定方法、极槽配合和转子耦合能力。在此基础上，采用数值法分析不同运行状态下该发电机性能，并与实验测试结果作比较；同时将所提出的发电机与常规电机在转矩密度和成本方面作比较，验证该发电机设计和分析方法的合理性和有效性及转矩密度高的特点。     

不同工况下3.3 MW永磁直驱风力发电机电磁场仿真分析及损耗修正

文章设计了一台3.3 MW外转子表贴式永磁直驱风力发电机,并对其电磁性能及短路故障情况进行了有限元仿真分析。首先,得出了这台电机在额定工况下的转矩和磁密分布等结果,以及在相间绕组短路和三相绕组短路两种情况下电机转矩、电压和电流等曲线的变化情况;然后,通过三维静磁场仿真,探究了电机定子的径向通风道结构对二维有限元仿真的影响程度,并对铁耗进行了修正;最后,通过电磁场-温度场的耦合迭代仿真,考虑了温度场影响下的电机内部材料特性的变化对电机损耗结果的影响。     

基于SPWM的小型风电逆变系统的建模与仿真研究

以小型风力发电系统为研究对象,重点研究其逆变环节的设计,通过比较分析,主电路选择高频变压器形式,控制电路采用电压瞬时值反馈控制。利用MATLAB/Simulink软件建立了风电逆变系统的电路模型,给出了基于SPWM(Sinusoidal PWM)电压反馈控制的系统设计与仿真。在突加干扰的情况下仿真模型能很快稳定,具有较强的抗干扰能力,仿真结果验证了系统设计的可行性。在此基础上,完成了基于芯片TL494、IR2110和SG3525A的风电逆变控制系统的硬件设计方案。     

基于Saber的风力发电系统建模及仿真分析

采用专业软件Saber,结合MAST语言的编写,搭建了直驱式变速恒频风力发电系统的主电路模型和控制电路模型,并对该模型进行了仿真分析,分析结果说明了直驱式变速恒频风力发电系统的良好运行特性.另外,建模中根据仿真时间及仿真速度的要求,基于开关周期远小于仿真时间以及输出滤波器设计较好的假设,可在一定条件下忽略电力电子系统中开关作用的影响,建立该系统的平均模型,给出数值仿真结果,其仿真结果之间的比较验证了平均模型的可行性及有效性.     

汽轮机本体分段式通用模块化建模与仿真

介绍了一种汽轮机本体的分段式通用模块化建模方法,并以Ｃ５０－９０／１３型汽轮机为例,给出其在各种运行工况下的仿真结果,同时进行了相应的分析。该模型目前已成功地应用于实际仿真对象,具有较高的精度和较强的实用性,可以适用于各种工况的仿真运行。     

基于D-H参数的磁阻式球形电机动力学建模

三自由度球形电机的动力学模型是对转子运动过程的数学描述,在球形电机的闭环控制中用于计算转子从当前位置运动到期望位置时所需要的驱动转矩。以计算磁阻式球形电机驱动转矩为目标,提出一种动力学方程的建模方法。针对磁阻式球形电机的运动特征,将球形转子等效为三个串联旋转关节,推导出磁阻式球形电机基于D-H参数的动力学方程,再对方程中的未知参数进行辨识,最终模型的预测结果与仿真结果有较高的拟合度,试验验证了该模型在设定运动工况下的可靠性,为磁阻式球形电机驱动控制提供了理论基础。     

基于线圈倾斜方法的永磁同步直线电机推力波动抑制研究

采用线圈倾斜方法,设计了一种无铁心双次级永磁同步直线电机,实现对推力波动的抑制。首先,分析了由于线圈倾斜带来的负面影响及应对策略,设计了线圈倾斜结构;其次,根据电机的几何模型,建立了3D有限元模型,仿真计算了电机的瞬时推力,并进行了谐波分析;最后,以谐波畸变率为参考指标,对比分析了线圈一端倾斜距离由0mm变为23mm的一组电机模型,证明了倾斜距离为19mm(极距)时,电机的推力波动最小,验证了此种方法的有效性。     

弯游梁抽油机与低转差电机的优化匹配仿真对比分析

针对大庆九厂油田的井况特点,以弯游梁式抽油机、永磁系列电机和双速双功率电机为对象,建立相应的有杆抽油系统的数学模型,在此模型基础上,从仿真的角度出发,讨论弯游梁式抽油机与两种节能电机的优化选配问题,为弯游梁抽油机与节能电机的合理选配提供了理论依据和解决方法。     

永磁电机式机械弹性储能机组储能运行控制策略研究

基于团队先前提出的以涡卷弹簧作为储能元件的机械弹性储能机组技术,简述了以永磁电机为储能电机的机组基本组成与工作原理,建立了永磁电机式机械弹性储能机组(mechanical elastic energy storage, MEES) 各模块数学模型,提出了机组储能过程的恒转速控制策略。利用Matlab/Simulink 构建的机组全仿真模型,对机组储能过程的恒转速控制进行了仿真。仿真结果证明了所搭建模型和控制策略的正确性与有效性。     

垂直轴磁悬浮风电系统双环自适应悬浮控制

提出了一种用于垂直轴风电系统的电磁和永磁相结合的混合磁悬浮设计方案及悬浮控制方案,其轴向位移由电磁铁主动控制,其余自由度由永磁铁以吸力方式给予约束,同时由永磁铁提供电磁控制的偏置磁场.建立了磁悬浮控制系统的模型,对电流环和位置环均采用模型参考自适应控制方案.对系统受到阶跃扰动的位移响应进行了仿真和实验,仿真和实验结果均证明这种控制方法能够使电流环快速跟踪给定信号,保证此悬浮系统能够很好地适应风速发生突变的情况,具有一定的实用价值.     

无铁芯AFSPMSG磁场解析与优化设计

针对传统轴向磁通永磁同步发电机(AFPMSG)表贴式磁极采用均匀气隙产生非正弦气隙磁场引起发电机输出电压波动,使发电机输出电能质量变差问题,提出一种定子无铁芯轴向磁通阶梯形永磁同步发电机(AFSPMSG)结构,以提高发电机输出电能质量。建立阶梯型永磁体结构二维解析模型,采用分层模型法将磁场进行叠加,计算电机的气隙磁场、感应电动势、电磁转矩和效率,通过有限元验证解析法的有效性。根据气隙磁场中基波含量及反电动势波形畸变率选取最优的转子结构,优化后发电机反电动势THD为0.53%,比传统均匀气隙减少90%,能使发电机反电动势趋于标准正弦形,提高发电机输出电能质量。