谐波电流对混合式步进电动机中频振荡的影响

研究了五相混合式进步电动机在振荡状态下的谐波电磁转矩。通过分析３次谐波电流对谐波电磁转矩的影响,提出了有利于抑制电机中频振荡的相电流波形,并给出了实现方法。实验结果表明,以不同相电流波形驱动的五相式步进电动机同,其中频振荡特性也不同。     

步进电动机的振动特性

本文研究了步进电动机的角速度振动特性，文中讨论了步进电动机稳态运行时的电磁转矩表达式，指出通常所用的电磁转矩公式仅考虑了恒定分量，由于电动机的电流含有丰富的谐波成分，各相绕组的不完全对称，角速度的波动等，使得电磁转矩中含有几乎所有次数的谐波分量。在此基础上求解电动机的运动方程，阐明了电动机振动特性的一般规律。振动特性上谐振点（区）的分析计算与试验结果相一致。     

基于比例积分-准谐振控制器的直驱式永磁同步电机转矩脉动抑制方法

由于受逆变器固有的非线性特性和气隙磁通谐波等因素的影响,永磁同步电机定子电流中含有大量的高次谐波分量,这些谐波电流分量与转子永磁体磁场作用,使电机产生谐波转矩脉动,特别是在直接驱动系统中,转矩脉动更为严重。针对这一问题,从转矩脉动产生的机理出发,提出一种基于比例积分-准谐振控制器的转矩脉动抑制方法。该方法根据理想谐振控制器在谐振频率点处的增益为无穷大,可以对谐振频率点处的正弦信号实现零稳态误差跟踪控制,将谐振控制器与电流环PI控制器并联,对定子电流中的谐波分量进行补偿,改善定子电流波形,实现抑制转矩脉动的目的。仿真与实验结果证明了所提方法的正确性和有效性。     

考虑谐波影响后交流励磁电动机电磁转矩的分析与计算

虽然已有不少文章研究了交流励磁电机的运行性能 ,但是很少有文章在研究其性能时考虑了谐波电流的影响 ,特别是谐波对电机电磁转矩的影响。本文从该类电机的基本电磁关系出发 ,分析研究了基波电磁转矩及谐波转矩的特点 ,提出了基波谐波的等效电路 ,给出了谐波电路中参数的计算方法。导出了基波电磁转矩、稳定谐波电磁转矩及脉动谐波电磁转矩的计算公式。文章最后以一个实际的绕线型异步电机用交 直 交电压型逆变器供给励磁的交流励磁电动机为例 ,计算了主要谐波的稳定和脉动的电磁转矩以及电机总的电磁转矩。计算结果对进一步研究系统的驱动性能及电机与励磁系统的设计是十分有益的。     

基于谐振数字滤波器的直驱式永磁同步电机转矩脉动抑制方法

由于受逆变器的非线性特性、转子永磁体磁场谐波和齿槽转矩等因素的影响,永磁同步电机定子电流中含有大量的高次谐波分量,这些谐波分量与转子永磁体磁场作用,使电机产生转矩脉动,特别在直驱系统中,转矩脉动更为严重。针对这一问题,提出一种基于谐振数字滤波器的转矩脉动抑制方法。该方法基于理想谐振控制器在谐振频率点处的增益为无穷大,可以对谐振频率点处的正弦信号实现零稳态误差跟踪控制的特点,在文中设计了一个谐振数字滤波器,并把它串联在电流环PI控制器的输出端。通过谐振控制器产生谐波电压补偿信号,抵消电流环PI控制器输出电压中的谐波分量,实现对输出电压的数字滤波,从而减小定子中的谐波电流含量,实现对转矩脉动的抑制。仿真与实验结果验证了文中所提方法的正确性和有效性。     

磁动势法五相永磁力矩电机转矩分析

五相永磁力矩电机由于极数与槽数相近,含有丰富的磁动势谐波,磁动势谐波会影响电机的转矩性能。为此,采用磁动势法分析电机的电磁转矩,通过磁能和虚位移原理推导出了电机电磁转矩的解析表达式,揭示了具有相同空间次数的定子和转子磁动势谐波相互作用才能产生电磁转矩的规律。通过对五相永磁力矩电机的定、转子磁动势谐波与电磁转矩关系的分析,指出与与主波转速一致的定子和转子磁动势谐波相互作用能提高五相永磁力矩电机的平均电磁转矩。利用Ansoft有限元软件仿真分析了电机在正弦波、梯形波和方波供电下的定子磁动势、转子磁动势以及转矩性能。结果表明,非正弦供电能够增加电机的电磁转矩,但也带来了转矩脉动,验证了磁动势法分析五相永磁力矩电机转矩的有效性和正确性。     

集中绕组永磁无刷电机的转矩研究

集中绕组永磁无刷电机由于绕组结构与常规60°相带分布绕组不同,定子磁动势的谐波含量增加,定子齿、槽的影响也加大。本文采用电机磁能虚位移原理计算电机转矩,并编制了计算软件,不仅可以计算电机的平均电磁转矩,还可以得到由谐波磁场产生的谐波脉动转矩。通过实例计算,本文还比较了整数槽绕组和分数槽绕组产生谐波转矩的情况,采用分数槽绕组可以削弱谐波脉动转矩。     

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。     

不均匀气隙结构的异步起动永磁同步电机设计

针对异步起动永磁同步电机气隙磁场谐波复杂,而导致的铁心损耗大、电磁噪声高、转矩脉动强烈等不利问题,提出了电机气隙长度不均匀的方法,用以减小气隙磁场谐波,进而减小电机铁心损耗、降低电机电磁噪声、抑制转矩脉动,计算并校验了电机永磁体的最大去磁工作点。有限元仿真表明,所提出的不均匀结构电机的气隙磁场谐波大幅下降,电机转矩脉动得到有效地抑制;电机在额定转矩、三倍转子转动惯量负载的情况下,满足异步起动能力;起动过程中永磁体在最强退磁点的剩磁也符合设计要求。     

计及转矩振荡的双PWM交流调速系统谐波阻抗模型及电网低频振荡机理研究

双脉宽调制(pulse width modulation,PWM)交流调速系统(adjustable speed drives,ASDs)耦合了电力系统与机械系统，使得机械系统振荡的能量通过其调制注入电网。文中首先分析谐波分量与调制波被载波共调制的机理，并在此基础上得到基于Bessel函数的2-D傅里叶级数开关函数。之后利用该开关函数建立包含电机、两侧变流器的双PWM ASDs谐波阻抗模型，特别是模型计及了电机转矩振荡对双PWMASDs稳态阻抗的改变，定量地将转矩振荡等效为谐波非线性阻抗。之后，通过研制的双PWMASD及电机与机械负载，验证所推导的谐波阻抗模型的准确性。最后，应用得出的模型与结论，结合上海洋山深水港区四期自动化码头配电网的实测数据，分析电网低频振荡的特征和机理，证明模型及结论的正确性和有效性。     

基于加窗FFT的风电场自适应振荡抑制策略

大规模风电送出系统会出现振荡现象,现有抑制策略在振荡频率变化时难以快速、有效地抑制振荡。针对该问题,以直驱风场送出系统为研究对象,提出一种基于加窗快速傅立叶变换(FFT)和附加准比例谐振控制器相结合的振荡自适应抑制方法。首先,基于谐波线性化方法建立直驱风机(permanent magnet synchronous generator, PMSG)阻抗模型,分析PMSG发生振荡的机理以及采用附加准比例谐振控制器抑制振荡的有效性;然后,设计一种基于加窗FFT的振荡频率快速检测和提取方法,并给出相关参数的设计原则。最后,通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真对比基于加窗FFT和传统FFT的控制器对振荡的抑制效果。结果表明：基于加窗FFT的控制器对振荡的抑制速度和效果具有显著优势,验证了所提振荡抑制策略的有效性。     

基于加窗FFT的风电场自适应振荡抑制策略

大规模风电送出系统会出现振荡现象,现有抑制策略在振荡频率变化时难以快速、有效地抑制振荡。针对该问题,以直驱风场送出系统为研究对象,提出一种基于加窗快速傅立叶变换(FFT)和附加准比例谐振控制器相结合的振荡自适应抑制方法。首先,基于谐波线性化方法建立直驱风机(permanent magnet synchronous generator, PMSG)阻抗模型,分析PMSG发生振荡的机理以及采用附加准比例谐振控制器抑制振荡的有效性;然后,设计一种基于加窗FFT的振荡频率快速检测和提取方法,并给出相关参数的设计原则。最后,通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真对比基于加窗FFT和传统FFT的控制器对振荡的抑制效果。结果表明：基于加窗FFT的控制器对振荡的抑制速度和效果具有显著优势,验证了所提振荡抑制策略的有效性。     

混合式步进电动机的谐波电磁转矩分析

研究了五相混合式步进电动机的不对称性 ,分析了不对称性与 3次谐波电流对电动机谐波电磁转矩的影响 ,提出了不对称性可在电动机的反电动势中体现 ,且导致电动机产生较大的2次谐波电磁转矩分量 ,对转子齿数较多的电动机 ,为减小相位误差 ,特别要注意提高机械加工精度 ,分析研究结果为采取相应措施抑制电动机的 2次谐振提供了必要的理论依据     

Control of sub‐harmonic oscillation in peak current mode buck converter with dynamic resonant perturbation

In this paper, a dynamic resonant perturbation (DRP) method is proposed to control sub‐harmonic oscillation in a peak current mode controlled buck converter. Different from the traditional non‐feedback resonant parametric perturbation method, the proposed DRP method extracts an approximate sinusoidal control signal from the output voltage. The self‐stabilizing condition for the designed control signal is presented, and its analog circuit implementation is given as well. Furthermore, the system stability boundary is obtained by investigating the system eigenvalues, and the control parameter is effectively determined. The presented simulation and experiment results show that the proposed DRP method eliminates sub‐harmonic oscillation without sacrificing the peak value of the inductor current and features with a self‐stabilizing characteristic for external condition changes. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

Design of band elimination filter for PMSM vector control operable in overmodulation region of inverter

This paper proposes a filter design for improving the control performance of the current control system of permanent magnet synchronous motors (PMSMs) using the overmodulation region of an inverter. The control performance of a vector control system for PMSMs using the overmodulation region of an inverter can be improved by suppressing harmonic components that are generated in this region. This paper utilizes band elimination filter (BEF) to eliminate harmonic components; however, unsuitable BEF setting leads to generation of large current oscillation at the resonant frequency of current feedback loop with BEF. In order to deal with these problems, the proposed filter design focuses on gain setting at the cutoff frequency of BEF. The proposed filter design can prevent the generation of current oscillation at the resonant frequency of the system, and can improve current control performance without complex adjustments. Simulations and experiments are carried out to show the effectiveness of the proposed BEF setting.     

多机系统超低频振荡分析与等值方法

实际电力系统中多次发生的超低频频率振荡在振荡形式及机理上与低频振荡存在显著区别。在多机系统中对超低频频率振荡问题进行了分析。超低频频率振荡中,所有发电机转速同调变化,系统频率整体振荡。提出一种适用于超低频频率振荡分析的系统等值方法,将多机系统等值为单机单负荷系统进行分析,提高计算效率。各发电机原动系统的阻尼转矩相互解耦,和电磁功率中的阻尼转矩加和后共同影响系统阻尼比。研究结果可为实际系统超低频频率振荡的分析与控制提供指导。     

变频系统电力电缆谐波振荡辐射及抑制

根据变频系统高频输出电能特点,分析高次谐波产生原因和危害,并给出在电力电缆传输过程中产生振荡辐射的原因和解决方法。最后提出电力电缆的技术要求并设计电缆结构,以减少电缆振荡辐射谐波对环境的电磁污染。     

Stable region for autoparametric resonance in longitudinal power systems

In longitudinal power systems, there is the possibility that a low‐frequency oscillation mode may become unstable because of autoparametric resonance. The resonance occurs through interaction between two oscillation modes. In this paper, we calculate the stable region for the resonance by considering the interaction of the modes. First, we calculate steady‐state solutions by the harmonic balance method. The steady‐state solutions are stable or unstable. If we decrease the amplitude of one mode in an unstable solution, the modes decay. Conversely, if we increase the amplitude, the modes diverge. Namely, the unstable solution is located on the boundary of the stable solution. The amplitudes of the modes are rarely the same as those of the steady‐state solution. However, the amplitudes approach a steady state after some transients. If the steady state is in the stable region, the system is stable. If it is in the unstable region, it diverges. Lastly, we estimate the amount of damping torques necessary to stabilize the system with the newly calculated stable region. We have obtained results similar to those derived from the Mathieu diagram, for example, a certain amount of damping torques can stabilize the system irrespective of its size. AVRs can substantially reduce the amount of damping torques and other quantities. © 2000 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 132(2): 29–38, 2000