E型多齿开关磁链永磁记忆电机电磁性能分析

记忆电机是一种通过改变低矫顽力永磁体磁化状态进行调磁的新型永磁电机。针对传统C型多齿开关磁链永磁记忆电机在恒转矩区转矩性能低的问题,提出并设计了一种采用E型铁心的新型多齿开关磁链永磁记忆电机。基于有限元法建立了电机模型,分析了其电磁性能,包括磁链、反电动势、直交轴电感与转矩等。与传统C型多齿开关磁链永磁记忆电机对比,E型多齿开关磁链永磁记忆电机最大转矩提高了7.7%。结果表明,提出的电机结构具有更大的电磁转矩。     

宽高效率区混合永磁同步磁阻记忆电机设计

铁氧体、钕铁硼混合永磁同步磁阻电机相对铁氧体永磁同步磁阻电机，具有较高的永磁磁链，提高了功率密度尤其是弱磁运行时的功率密度，但一定程度上降低了高速、低转矩区的效率。为此，在铁氧体、钕铁硼混合永磁同步磁阻电机的基础上采用一定量的铝镍钴替代钕铁硼，设计成混合永磁同步磁阻记忆电机，在不降低电机弱磁运行功率的情况下，对不同工况下的永磁磁链进行调节，采用铁氧体、钕铁硼和铝镍钴三种永磁材料混合，可有效提高混合永磁同步磁阻电机高速、低转矩区效率。从维持弱磁运行功率和永磁磁链调节两方面对铝镍钴和钕铁硼的相对用量进行设计，对永磁磁链的调节过程和效率分布进行分析，证明了所设计的电机拓宽了高效率区范围，并分析了相关电磁特性。     

新型磁通切换型双凸极永磁电机的静态特性研究

介绍了1种新型磁通切换型双凸极永磁电机,以1台三相12／10极样机为例分析其结构特点和运行原理,并基于有限元法,详细研究其静态特性。具体包括对空载和单相绕组通电的磁场和气隙磁密分布做了较为深入的分析,在此基础上研究绕组永磁磁链、反电动势、定位力矩、绕组电感以及静态转矩等,分析永磁磁场和电枢磁场之间的相互耦合作用对电感特性的影响。结果表明:该种电机的特点在于其双极性的每相永磁磁链显著增加了电机的转矩密度;由于其磁链和反电动势波形从本质上都是正弦分布,使得该种电机特别适合于无刷交流运行的应用场合。所得结果为该种电机的设计、性能分析以及运行控制等建立了基础。     

改进的磁链观测器在永磁同步电机上的应用

针对传统磁链观测器易受电机参数影响的问题,提出了一种新型的磁链观测器。永磁同步电机由电流调节器驱动,电流调节器反映磁链偏差的积分项用来补偿电机电感和永磁磁链的变化。为避免永磁同步电机弱磁运行时发生过调制问题,采用了一种最小距离过调制策略。改进后的磁链观测器不仅在最大转矩电流比运行区,而且在弱磁运行区都有较好的观察性能。通过传统磁链观测器和改进后磁链观测器的比较实验,验证了该磁链观测器对电机参数变化具有较强的鲁棒性。     

交流伺服电机宽速度范围运行性能研究北大核心

为获得面装式交流伺服电机参数设计应遵循的规律,根据电机基本数学关系和电流控制理论建立了伺服系统仿真模型,研究了电机永磁磁链、电枢电感、电枢电阻对电机运行性能的影响,并利用快速原型技术进行了实验验证。结果表明:增大永磁磁链和减小电枢电感对于低速大转矩电机有利;而对于高速电机,则需要综合配置永磁磁链和电枢电感的大小以获得最佳性能;为降低损耗应控制电枢电阻。这说明必须根据电机工作状态合理设计电机参数,才能有效提高伺服系统性能。     

内置式永磁同步电机的效率最优直接转矩控制

为提高内置式永磁同步电机驱动系统的运行效率,提出了一种内置式永磁同步电机的效率最优直接转矩控制方法。在建立计及定子铁心损耗的内置式永磁同步电机模型的基础上,分析了电机损耗与转矩、转速和定子磁链的关系,导出了不同运行工况条件下效率最优定子磁链幅值的计算式。通过动态调节定子磁链给定值,实现了内置式永磁同步电机直接转矩控制系统的效率最优控制。实验结果表明,给出的优化控制策略在保持直接转矩控制快速动态响应特性的同时,可有效提高电机的运行效率。     

基于联合仿真的表贴式永磁游标电机性能分析

表贴式永磁游标电机内部电磁参数复杂多变,MATLAB/Simulink不能精确反映不同运行工况下电机的实际电磁性能。将交叉耦合理论应用于表贴式永磁游标电机的磁链、电感和转矩模型的研究中,分析计算了交叉耦合对表贴式永磁游标电机磁链、电感和转矩的影响。基于ANSYS Maxwell、Simplorer及MATLAB/Simulink软件建立了场路联合仿真的电机驱动控制系统模型,测试了电机的驱动性能,并与MATLAB/Simulink定参数仿真结果进行了对比。理论分析和仿真结果表明,因电机内部电磁状态的实时变化,采用联合仿真分析方法的计算结果具有更高的准确性。     

基于最小电压矢量偏差的永磁同步电机直接转矩控制

永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制(DTC)具有结构简单,动态性能良好以及对电机参数鲁棒性强等优点,但是却存在转矩和磁链波动较大等不足。本文通过分析永磁同步电机转矩和磁链变化规律,提出一种仍采用单电压矢量并能够降低转矩和定子磁链波动的DTC方法。该方法根据转矩和磁链控制要求计算参考电压,并以参考电压矢量为目标,选择与之偏差最小的输出电压矢量作用于电机,抑制了转矩和磁链波动。实验和仿真结果证明了所提方法的有效性。     

非恒定磁链幅值给定的永磁同步电机直接转矩控制

传统的永磁同步电机直接转矩控制采用的是恒定磁链给定,不能保证电机在不同的运行工况下效率最优。分析定子磁链与定子电流及转子永磁体磁链之间的关系,得到不同工况下定子磁链幅值的给定方式。提出一种非恒定磁链幅值给定的直接转矩控制方案,实现永磁同步电机定子电流的最优控制,使电机的运行效率得到提升。以表贴式永磁同步电机为例,通过仿真和实验验证了算法的有效性。     

一种基于非线性正交反馈补偿磁链观测器的PMSM直接转矩控制研究

永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制系统的关键之一是磁链的准确观测.结合一种适合PMSM直接转矩控制的正交反馈补偿定子磁链观测器.观测器从确保磁链和反电势正交的角度出发,保证了电机在宽运行范围定子磁链观测的准确性.实验结果表明,采用的观测器能在宽速度范围内精确地估算电机定子磁链,实现PMSM直接转矩控制系统的高性能控制.     

基于简化磁链模型的SRG自励发电

提出了一种开关磁阻发电机(SRG)磁链解析模型,通过傅里叶变换和反正切函数拟合,仅需要5个特殊位置磁链参数即可建立较为精确的SRG磁链模型,同时给出了该简化磁链模型下的电压方程和转矩方程.与需要大量磁链数据的传统建模方法相比,本方法容易实现且计算效率高.利用该方法建立了SRG自励发电模型,研究了SRG自励发电性能,通过实验测得的电压、电流及其他一些特性曲线验证了这种新型建模方法的正确性.     

新型电励磁磁通切换电机励磁绕组结构分析

励磁绕组连接方式对电励磁磁通切换电机电磁特性影响很大。对所提出的2种新型电励磁磁通切换电机,分析了其工作模式和“磁通切换原理”,利用有限元分析方法比较了2种电机的电磁特性：定子磁链、反电势、气隙磁密、定位力矩、电磁转矩、转矩密度。重点比较了励磁绕组连接方式对电机漏磁和功率密度的影响。结果表明,电励磁磁通切换电机具有较高正弦度的双极性磁链和全周期工作模式,适合运行在无刷交流场合。拓扑2具有更小的漏磁和更高的励磁电流利用率,其转矩密度为拓扑1的2倍。分析结果为所提出电励磁磁通切换电机在航空起动／发电机系统、风力发电系统等领域的应用提供了理论背景。     

基于在线模糊神经网络建模的开关磁阻电机高性能转矩控制

针对开关磁阻电机(SRM)的转矩脉动问题,提出了一种新的SRM转矩控制方案。首先应用自适应模糊神经网络(ANFIS)对SRM静态转矩逆模型和磁链模型进行离线学习,然后根据转矩分配函数对各相转矩进行分配,利用ANFIS转矩逆模型求出期望转矩下的SRM优化相电流波形。考虑到离线模型的局限性和实时运行时电机中存在的参数变化等不确定因素,通过在线监督学习的方法调整ANFIS转矩逆模型和磁链模型的参数以提高模型的准确性。基于在线调整的ANFIS磁链模型设计自适应滑模控制器调节SRM相绕组中的实际电流跟踪期望相电流波形,从而实现其高性能转矩控制。     

用于弱磁扩速运行的三相6/5极永磁开关磁链电机的分析与优化设计

介绍了三相6/5极永磁开关磁链电机的结构特点和运行原理,并在弱磁扩速原理的基础上说明了直轴电感在电机弱磁扩速中的作用,通过有限元分析研究了不同转子齿高、齿宽对电机直轴电感和弱磁能力等性能的影响。结果表明,该电机的磁链和反电势波形接近正弦,适用于永磁无刷交流电动机的控制方式;电机可通过定转子齿宽搭配来设计相对较大的直轴电感。在上述分析的基础上,对一台电机进行了优化设计,制作了样机,并进行了实验验证。     

Two-Phase SRM With Flux-Reversal-Free Stator: Concept, Analysis, Design, and Experimental Verification

The demand for high-efficiency electric motor drives at low cost is increasing, particularly, in high-volume applications, such as household appliances. Single- and two-phase machines are viable under such constraints. Between them, two-phase switched reluctance motor drives are preferred from the viewpoint of performance. This paper presents a novel two-phase switched reluctance machine (TPSRM) that is conceived for high-efficiency operation and full-load starting performance for any initial rotor position. The principle of operation of the proposed TPSRM and its unique features such as the flux-reversal-free stator for reducing core losses, the utilization of only two thirds of the stator core for each phase operation, and the resulting low noise are presented. The machine is analyzed with the 2-D finite-element analysis method. Self-starting in the proposed machine is developed with rotor pole shaping, and a unique technique to provide the desired torque characteristics is described. The effect of varying pole arcs, the number of turns per pole, asymmetric pole placement, and rotor pole shaping on torque and phase inductance is evaluated to find the best machine dimensions for a required performance as well as to understand qualitatively the influence of each variable on the machine performance. Experimental results from a 2.2-hp laboratory prototype correlate the performance predictions and validate the claims for this novel TPSRM.     

新型定子永磁式容错电机的工作原理和性能分析

为满足电机驱动系统在多种高可靠性领域的应用,提出一种新型的定子永磁式容错电机结构--双凸极容错(doubly salient fault tolerant,DSFT)电机。DSFT电机在结构上集中了开关磁阻电机和转子永磁式容错电机的特点,具有结构简单、可靠性高、功率密度高等优点。以一台四相8/10极DSFT电机为例,分析其结构特点、容错齿作用和运行原理。在此基础上,研究DSFT电机在正常和短路时的磁场特性,计算磁链、自感、互感等电磁特性,从理论上分析DSFT电机的容错性能。运用电路、磁路瞬态联合仿真的方法,建立DSFT电机驱动系统的场路耦合分析模型,分别对电机在正常和缺相运行状态下的转矩输出性能进行计算分析。研究结果表明,DSFT电机相与相间的独立性好,具有较强的带故障运行能力,适用于一些工作环境恶劣且要求高可靠性、高能量密度的场合。     

单相永磁同步电动机动态性能的仿真

本文基于Maxwell2D仿真环境,建立了单相永磁同步电动机(SPPMSM)的仿真模型。对该电动机的动态性能进行了仿真研究,得到了电流、反电动势等曲线,结果有助于进一步研究单相永磁同步电动机。     

超空间矢量下无刷直流电机的直接转矩控制

直接转矩控制在无刷直流电机上应用的现有方案存在2点不足，造成系统复杂：给定磁链是转子位置的函数和定子磁链计算受关断相电压变化的影响。其根本原因在于关断相的存在。为解决此问题，提出无刷直流电机的超空间矢量理论，指出关断相只影响磁链，不影响转矩。将关断相电压放置到与abc平面垂直的z轴，令电压矢量与定子磁链在三维空间中运动。定子磁链在abc平面上的投影轨迹是六边形，由导通两相的电压积分得到。由于关断相电压在abc平面上的投影为零，在系统实现时就不用考虑。实现策略为直接自控制，不需要转子位置信号。该理论对关断相的处理极大简化了系统，仿真与实验结果证明了其正确性。     

Unified theory of torque production in switched reluctance andsynchronous reluctance motors

A method is described for calculating the average and instantaneous torque of the synchronous reluctance motor from a knowledge of the trajectory of the phase flux-linkage versus phase current [i-ψ] waveform, i.e., the same method as used with the switched reluctance motor. This allows a direct comparison between torque production in the two motors to be made. Analytical and finite-element analysis both show that the [i-ψ] loci of the synchronous reluctance motor are ellipsoidal in shape and are not limited to the first and third quadrants as in the switched reluctance motor. The [i-ψ] loci of the synchronous reluctance motor are not bounded by the magnetization curves in the same sense as in the switched reluctance motor and rely upon mutual coupling between phases for correct operation