电流谐波对不同绕组形式永磁同步电机损耗研究

由PWM逆变器供电的永磁同步电动机定子电流中含有大量时间谐波,这些谐波作用于电机铁心和永磁体上产生损耗,不同绕组形式永磁同步电机受电流时间谐波的影响也不相同。建立集中绕组永磁同步电机和分布绕组永磁同步电机的有限元模型,将实测得到的PWM逆变器供电下电机的定子电流进行分解,得到各次电流谐波,并将电流谐波分别代入集中绕组电机和分布绕组电机进行仿真,研究谐波损耗对电机效率的影响,通过实验对比两种电机在电流谐波影响下的效率。     

不同驱动方式下永磁无刷电动机损耗及热场研究

针对方波和正弦波两种驱动方式对永磁无刷电动机损耗及温升的影响进行了研究,其中方波驱动下对比分析了3种等效电压相同,不同PWM占空比情况下电动机损耗及温升的不同。仿真了2种驱动方式下电动机的电流,并对电流波形进行了谐波分析。采用一种精确的损耗模型对电机进行了损耗计算,并在此基础上利用解析集总参数热网络法进行了温度场分析,实验结果验证了分析结果。通过研究发现,正弦波驱动下电动机的电流为平滑的正弦波,而方波驱动下的电流中存在显著的时间谐波以及PWM型逆变器带来的载波谐波,造成方波驱动下电动机的转子涡流损耗远大于正弦波驱动的。正弦波驱动下,电机的定转子温升差异并不明显。方波驱动下,电动机的转子温升明显高于定子的,并且随着PWM占空比的降低,定转子的温升差异加剧。     

永磁电动机不同运行条件下的损耗研究

自起动永磁同步电动机,由于其运行条件经常发生变化,致使电机内部的损耗随之改变,为了研究影响其损耗的主要因素及其在不同运行条件的变化规律,在充分考虑谐波磁场与电流的情况下,利用时步有限元方法对电机各部分损耗密度进行了准确计算,从而得到不同电压及负载条件下的定、转子铜耗与铁耗.通过对定子电流、导条电流密度以及铁心磁密的谐波分析,研究了损耗的谐波含量,进而得出了影响永磁电机损耗的主要因素及其在不同运行条件的变化规律,揭示了空间齿谐波磁场对转子损耗的重要影响.通过仿真结果与实测数据进行对比,验证了损耗计算的合理性.     

方波电流和正弦波电流对无刷直流电动机转子温升的影响

针对无刷直流电动机转子温升问题,对电枢方波电流数学建模并进行傅里叶分解,得到各次谐波的幅值比例,这些谐波会在电机转子中产生损耗。为了测定方波电流、正弦波电流以及电机齿槽结构对电机转子温升影响程度,以两台同样11 kW无刷直流电动机组成对拖结构,设计实验分离出额定条件下他们对转子所产生的温升。     

变速抽水蓄能电机在发电工况不同转速下磁场和损耗研究

本文对变速抽水蓄能发电电动机的电压方程、磁链方程、电磁转矩方程和运动方程进行了推导，并建立了10MW变速抽水蓄能发电电动机二维电磁场的数学方程和物理模型，对变速抽水蓄能发电电动机的电磁场数学方程进行了计算，得到了变速抽水蓄能电机在发电机工况下超同步速时定子电压和定子电流的波形，分析了变速抽水蓄能电机在发电机工况下不同转速时磁密的分布规律，研究了不同转速下定子铁芯损耗和转子铁芯损耗占总铁芯损耗比例的变化规律。搭建了10MW变速抽水蓄能发电电动机样机试验测试平台，通过试验测试得到的结果与计算结果较为接近。     

弱磁调速永磁同步电动机基速点设计分析

为了提高永磁同步电动机弱磁控制时的负载能力,通过改变绕组匝数来改变电机电感,设计了4台尺寸相同但基速点不同的电机。采用有限元软件搭建了4台电机的模型,分别仿真了包含弱磁调速在内的机械特性,比较了不同电机的负载能力以及电磁损耗。仿真结果表明,在电源电压受限而逆变器电流容量充裕的情况下,适当降低绕组匝数,不仅可以提高电机的负载能力还可以降低电磁损耗。     

无刷直流电动机非导通相电流拖尾的研究

分析了无刷直流电机的工作原理、三相绕组电压模型和电流模型,以及驱动器采用三相桥式逆变电路和单斩上管PWM控制方案.详细研究了该控制方案下非导通相电流拖尾的产生机理和反电势对电流拖尾的影响,得出了拖尾电流的数学表达式.指出了拖尾电流对电动机性能的影响,在增大电机输出功率同时也加剧了电磁转矩的脉动.仿真和实验结果证明了分析的正确性.     

基于SPC1068的步进电动机可控转矩矢量控制

步进电动机在运行过程中存在低频振荡和失步现象。以SPC1068作为主控芯片,将两相混合式步进电动机转矩作为可控变量,通过计算获得达到预期转矩的最优交、直电流,进行矢量控制和PWM控制,向电机绕组施加控制电压。通过增量式旋转编码器,将转子位置实时反馈给主控芯片,实现对电机转矩、电流的双闭环控制。仿真结果证明,通过对电机转矩进行有效控制,能保持电机运行状态稳定,有效抑制电机低频振荡、失步堵转的现象。     

两台对称六相PMSM串联系统最小损耗控制

针对两台对称六相永磁同步电机串联系统的损耗变大问题,利用最小损耗控制方法,实现系统总可控损耗的最小化。在该串联系统中,一台电机的电流分量流经另一台电机会导致铜损增加,由于两台电机可以被独立控制,于是将同一电流分量产生的损耗归类到一起,系统总可控损耗将会以相同的形式进行最小化。在不同转速、负载转矩的情况下,将系统的最小损耗控制方法与传统id=0矢量控制方法进行了比较。仿真结果验证了最小损耗控制方法的有效性。     

无刷直流电动机PWM调制方式建模研究

通过搭建数字逻辑电路进行PWM调制的仿真方法,并搭建了4种PWM调制模块。从理论上分析了不同调制方式下无刷直流电动机电磁转矩脉动的特点,建立了基于转速、电流双闭环控制的无刷直流电动机系统仿真模型,不同的PWM调制方式对电机控制性能影响的仿真结果与理论分析相吻合。实验验证了PWM调制模型及控制方法的正确性。     

Current regulator instabilities on parallel voltage-sourceinverters

Parallel inverters are often used to meet system power requirements beyond the capacity of the largest single structure. They have also been used to reduce harmonics, reduce pulsewidth modulation (PWM) switching frequency and increase available output voltage or frequency. The type of parallel structure depends on the construction of the load motor; the most prevalent are dual three-phase machines, split-phase machines, six-phase machines, and a standard three-phase machine with interphase reactors. Operation of parallel structures presents areas for investigation encompassing analysis, simulation, control, and design. This paper reports on the commissioning of a 775 HP dual-winding three-phase motor with parallel inverters. A simple method of paralleling structures with carrier-based PWM current regulators to independently regulate each inverter's current is employed. Experimental results show a loss of current control that is similar to a random event. The instability between the parallel inverters and the common motor can result in large uncontrolled currents. Simulations established that the reduction in controller gain, as the regulator enters the PWM pulse-dropping or overmodulation region, results in a loss of current control. Experimental results show the loss of current control is the result of an interaction between the parallel inverters through the dual-wound three-phase motor. Modifications were made to the modulator and a two-phase discontinuous controller was employed; the gain characteristic of the two-phase modulator in the overmodulation region extends the dynamic range of the motor drive     

Iron Loss Analysis of Permanent Magnet Motors Fed by PWM Inverter

Carrier harmonic losses that consist of iron loss, eddy current loss, and ac copper loss are produced in a permanent magnet machine driven by a PWM inverter. It is already known that a higher motor inductance can lead to lower carrier harmonic losses. This paper investigates the carrier harmonic loss composition of two motors with identical dimensions but different inductances. The results of finite element analysis (FEA) showed that the eddy current loss in the iron core accounts for most of the carrier harmonic loss. It is also shown that the carrier harmonic loss of the iron core is quantifiable using theoretical calculations.     

基于定子电流法监测无刷直流电动机转子动态偏心的故障模型仿真研究

基于Ansoft／Maxwell设置动态偏心故障,建立求解电机电感和磁链的有限元模型,通过仿真,证明了将感应电机动态偏心故障的特征频率经过简化后,同样适用于无刷直流电动机。基于Ansoft／Simplorer建立无刷直流电动机系统的仿真模型。在电机稳态运行下,对定子电流进行傅里叶分析,研究并建立基于定子电流监测动态偏心故障的仿真模型：动态偏心故障与特征频率的关系、动态偏心故障程度与特征频率幅值的关系。进而研究了无刷直流电动机稳态运行时转速波动对偏心故障监测的影响。仿真结果表明,转子偏心程度加大,特征频率的幅值增加。     

Basic Study on Loss Factor Evaluation of Concentrated Winding Permanent Magnet Synchronous Motor

This paper describes the influence of pulse width modulation (PWM) inverter harmonic loss on concentrated winding interior permanent magnet synchronous motor characteristics by using finite element method (FEM) analysis and several measurements. In the measurements, the PWM inverter harmonic loss was evaluated by using a PWM inverter and a sinusoidal power supply. By using the FEM analysis, it was confirmed that the PWM inverter harmonic mainly caused an increase of eddy current losses in the magnetic steel sheet and the permanent magnet. The results indicate that higher inductance of the motor is effective in reducing the harmful effects of PWM inverter harmonics.     

六相异步电动机能耗制动瞬态仿真研究

对六相异步电动机能耗制动的瞬态过程进行仿真分析。为了得到瞬态特性,建立了六相异步电动机在静止d-q-0坐标系下的混合磁链瞬态数学模型。编写计算机仿真程序,通过实例对六相异步电动机的能耗制动的瞬态过程进行仿真计算。仿真结果表明六相异步电动机可以在两套绕组中通入较小的直流电流获得较强的恒定磁场,从而产生较大的制动转矩。     

六相异步电动机能耗制动瞬态仿真研究

对六相异步电动机能耗制动的瞬态过程进行仿真分析。为了得到瞬态特性,建立了六相异步电动机在静止d-q-0坐标系下的混合磁链瞬态数学模型。编写计算机仿真程序,通过实例对六相异步电动机的能耗制动的瞬态过程进行仿真计算。仿真结果表明六相异步电动机可以在两套绕组中通入较小的直流电流获得较强的恒定磁场,从而产生较大的制动转矩。     

磁悬浮人工心脏驱动电机的优化设计

提出了基于电磁场有限元分析技术,对磁悬浮人工心脏的驱动电机进行优化设计的方法。根据对人工脏器的设计要求,设计了一台单面轴隙式永磁无刷直流电机作为人工心脏的驱动电机。通过建立驱动电机的3D整体模型,研究电机气隙中的磁场分布。同时结合电机损耗的计算方法,以提高电机的总体效率、降低电机的整体尺寸为目标,对驱动电机的电机线圈、永磁体阵列的尺寸进行优化设计。仿真与计算得出的优化设计结果,可以为人工心脏的工程设计提供参考。     

基于优化PWM的定子磁链轨迹跟踪控制研究

在异步电机的高性能控制方案中,为了降低开关损耗,采用优化脉宽调制(PWM)实现低开关频率下较小的电流谐波畸变。但在调制模式频繁切换时,优化PWM会产生电流和转矩冲击。因此,研究了将优化脉冲在线移位的闭环定子磁链轨迹跟踪控制方法,提出了由基于自控电机的降阶观测器与电机电流模型观测器组成的双观测器模型,实现了基波分量观测。结合电流谐波最小脉宽调制（CHMPWM）开关角,利用其重构参考磁链与实际磁链的差值,实现定子磁链轨迹跟踪。提出了无差拍下修正开关角小于2时的脉冲模式调整方案,消除了系统的动态调制误差,实现了低开关频率下异步电机的高性能控制。在开关频率为300 Hz以下的NPC型三电平逆变器上的仿真和试验证明了定子磁链轨迹跟踪控制策略的有效性。     

基于多场耦合的开关磁阻起动/发电机油冷结构设计

目前,开关磁阻起动/发电机散热方面的研究仍然是一个薄弱环节,同时也是限制电机功率密度提高的一个重要因素。利用有限元软件Ansoft和有限体软件Fluent,提出采用电磁场、温度场、流体场多场联合仿真的方式来设计开关磁阻起动/发电机油冷结构,并对电机温度场进行仿真。在以上多场有限元联合仿真的基础上,设计并试制了一台循油冷却开关磁阻起动/发电机。通过试验证明,基于多场耦合的温度场仿真结果与试验结果吻合度较高。     

带有静止励磁调节器的双绕组感应发电机的研究

介绍了一种新型的作为独立电源的双绕组感应发电机。这种电机在定子上设置两套三相绕组，即一套功率绕组和一套调节励磁绕组，并根据其工作原理给出了两套绕组容量比的设计原则，其中功率绕组经整流桥向直流负载供电，而励磁绕组接一PwM电压型静止励磁调节器，通过电流跟踪的方式调节其输出电流来稳定所需控制的电压。试验和仿真结果都表明该发电机系统具有快速的动态响应性能。