推车机用低速直驱永磁同步电机的设计与应用

目前推车机驱动系统多采用"异步电机+减速机"的驱动方式,存在传动环节多,整体效率低,能耗大等问题。采用低速直驱永磁同步电机,替代传统的驱动方式,由永磁电机直接驱动负载,系统效率高,运行平稳可靠,安装维护简单,可实现智能控制。本文介绍了某一运行现场推车机的使用情况,分析存在的问题,根据实际运行工况,合理选型,专门开发设计了一款具有高起动转矩、高过载转矩特性的永磁同步电机,能够满足推车机运行工况的要求。通过有限元软件进行仿真分析,其性能结果满足技术要求,并制造样机,在现场进行试验验证,试验结果与仿真结果一致性较好,该电机现场运行良好,解决了原有系统存在的问题,值得推广应用。     

极弧系数与极槽配合对直驱永磁同步发电机齿槽转矩的影响

为了削弱直驱永磁同步发电机的齿槽转矩,根据其结构特点,研究了极弧系数和极槽配合对齿槽转矩的影响。首先,采用解析法确定了对齿槽转矩有影响的气隙磁密平方的傅里叶分解系数,并得到了傅里叶分解系数与极弧系数的变化函数关系,进而分析了极弧系数对齿槽转矩的影响,然后用有限元法对不同极弧系数下的齿槽转矩进行了计算,验证了解析法的正确性,最后,通过24台样机的设计数据,分析总结了不同极槽配合对齿槽转矩的影响规律。结果表明,合理选取极弧系数和极槽配合,可以有效削弱永磁同步发电机的齿槽转矩。     

2 MW直驱永磁风力发电机参数化分析与仿真

本文分析了风力机的发展趋势与风力发电系统,重点研究了磁极参数对直驱发电机的影响,推导出永磁体磁化方向厚度、空载磁密、电感、铁耗、永磁体极弧系数之间的数学参数模型。最后,通过Matlab对2MW风力机磁极参数、最大风能跟踪系统进行分析、计算与仿真,其结果证明了磁极参数化的正确性,为发电机电磁设计提供依据。     

永磁直驱辊设计与分析

传统的带式输送机传动链较长,传动效率低,而永磁直驱辊采用外转子形式的永磁同步电机,直接驱动负载,高效环保.分析了带式输送机的起动过程,给出了输送机的起动过程曲线,结合合理起动过程的加速度曲线,设计了一台永磁直驱辊.最后基于MATLAB软件,给出了电机带载起动时的起动仿真曲线,通过不同极槽配合的对比,选取了合适的极槽配合,削弱转矩脉动对起动过程张力和加速度变化的影响,并进行了样机验证.     

直驱型多相永磁同步电机转矩脉动及损耗特性

与普通三相电机相比,直驱型多相永磁同步电机具有相数多、极槽匹配与绕组排布多样、中性点连接与PWM控制方式多样等特点,这使得电机绕组电流与磁场谐波含量极为复杂,电机性能也具有一定的特殊性。因此,有必要对其主要性能进行细致的研究:本文分析了电机转矩脉动及损耗与谐波磁场的关系;采用有限元软件Ansoft对目标电机进行建模,研究了直驱型多相永磁同步电机特有因素(相数与供电方式、中性点接法、极槽匹配与绕组排布)对电机转矩脉动及损耗的影响。研究结果表明,增加电机的相数和极槽数、合理的选择中性点连接方式,可以有效地减少电机磁场谐波含量,降低电机的转矩脉动及损耗。     

直驱低速2 MW永磁同步风力发电机设计和有限元分析

利用传统的等效磁路法对输出功率为2 MW无齿轮传动直驱永磁同步发电机进行了设计,并用有限元法进行分析,以对设计进行验证.分析了电机结构对运行特性的影响,如齿槽转矩和输出电压,得出了一些对设计有指导作用的结论.     

直驱式外转子永磁同步风力发电机的设计与分析

应用场路结合法设计了一台2 MW直驱外转子永磁同步风力发电机,建立二维电磁场仿真模型,研究发电机在空载、额定负载、短路工况下的磁链、反电势等电磁性能。为削弱发电机齿槽转矩,基于能量法和傅里叶级数分解法,给出齿槽转矩的解析表达式,通过分析极弧系数对齿槽转矩和输出电压正弦畸变率的影响,提出最佳极弧系数的确定方法。仿真结果验证了理论分析的正确性,为电机参数的优化提供依据。     

场路耦合时步法在直驱式永磁同步电机设计中的应用

文章采用有限元时步法设计直驱式永磁力矩电机,以场路耦合基本方程为依据,设计计算了电机空载和负载运行性能。在此基础上,研制了一台72 N.m样机。感应电动势、电流计算波形和实测结果均较为一致,验证了设计分析的正确性和有效性。     

直驱式永磁同步电机改进型无差拍直接转矩控制研究

为提高直驱式永磁同步电机（DD-PMSM）的动态响应性能,提出了一种改进型无差拍直接转矩控制(DB-DTC)策略。改进型DB-DTC在保留传统DB-DTC动态响应性能的基础上,简化了控制过程,降低了实时计算量。通过在MATLAB/Simulink 环境下搭建仿真模型,对传统DB-DTC和改进型DB-DTC的控制效果进行对比,并将改进型DB-DTC结合位置型阻抗控制策略,验证控制策略的优越性。仿真结果表明,在位置控制模式下,相对于传统DB-DTC,所提控制策略的电机转动至给定角度以及转速降为零所需的时间减少0.002 s,稳态运行角度误差减少0.02°。在速度控制模式下,相对于传统DB-DTC,所提控制策略的电机达到给定转速的时间减少0.004 s,稳态转速误差降低0.03 r/min,稳态转速波动降低0.06 r/min,在电机进入稳态运行以后,q轴电流峰值降低0.193 A,q轴的电流脉动降低0.204 A。电机控制系统具有更好的动态性能和更强的抗干扰能力。     

磁极偏移减小直驱永磁风力发电机起动阻力矩的研究

起动阻力矩是永磁风力发电机的一个重要指标,它直接影响发电机的起动和低速运行性能。本文提出了一种永磁电机磁极偏移从而减小齿槽转矩的方法,基于能量法和傅里叶分解对齿槽转矩解析分析方法,推导了在磁极偏移时的齿槽转矩的表达式。最后给出了在均匀磁极与磁极偏移情况下齿槽转矩的对比,验证了这种磁极偏移方法的可行性。实现减小直驱永磁风力发电机起动阻力矩的目的。     

并网永磁直驱式风电系统的模态分析

为研究永磁直驱风电系统（PMSG）并网后自身的稳定性问题,进行了并网风电系统的模态分析。建立了适用于系统小扰动稳定分析的PMSG风电系统模型,研究了并网风机无穷大系统的模式特性。采用特征值法分析了轴系模型、轴系刚性参数、运行点、并网距离对并网风电系统模式的影响。并在PSCAD/EMTDC上建立了相应的非线性模型,利用Prony方法对输出功率曲线进行模式识别,验证了模态分析结论。研究从模态分析的角度说明了轴系双质块建模的重要性,以及上述参数对并网PMSG稳定性影响的相关结论,结果有助于了解并网PMSG风电系统稳定性问题的本质。     

永磁同步电机脉冲系统的随机扰动衰减研究

针对随机扰动及脉冲负载下的永磁同步电机速度跟踪控制问题,利用脉冲系统的稳定性理论,对以电机转速和负载为状态变量的脉冲系统进行分析,得到系统指数稳定的充分条件。理论分析获证,受控系统在控制器作用下是指数稳定的,并实现扰动衰减。数值实验表明,所获控制方案能有效抑制系统的随机扰动以及脉冲负载扰动,系统输出跟踪能力强。     

Robust PID control design for permanent magnet synchronous motor: A genetic approach

In this paper, a robust PID control scheme is proposed for the permanent magnet synchronous motor (PMSM) using a genetic searching approach. Genetic algorithms (GAs) are powerful searching algorithms based on the mechanics of natural selection and natural genetics. Based on a simple genetic algorithm, a set of PID parameters can be obtained such that the robust stability for the closed-loop system is guaranteed, the tracking performance is minimized subject to certain related cost function, and the disturbance rejection ability (H_∞ performance) subject to a prescribed attenuation level can also be achieved. Numerical solutions of the PID parameters constrained by three different objectives and simulation results are provided to illustrate the design procedure and the expected performances. Finally, the proposed PID control scheme for the PMSM is implemented by a DSP-based fully digital controller. From the experimental results, the performances can be achieved using the proposed PID control scheme. In opposition to trial and error, the PID parameters can be obtained systematically in this study. The proposed method is simple and is suitable for practical control design in the motor drive.     

基于载波注入的凸极永磁同步电动机无传感器控制

为了解决凸极永磁同步电机低速和零速时的转子位置估计问题，提出了一种载波注入的无传感器控制方法。在电机定子端注入高频正弦载波电压信号，利用空间凸极跟踪技术，从载波电流中取出位置估计的误差信号，再经过卡尔曼滤波器的处理，得到位置和速度估计信息。载波的恢复即高频信号的解调则通过一个带有外差作用的二阶低通滤波器来实现。仿真结果证实了这种方法的可行性，它适用于凸极永磁同步电机低速和零速时的转子位置和速度估计。     

直驱永磁风电机组的小干扰稳定性分析研究

在直驱永磁风电机组的数学模型基础上,推导了简单风电系统的小干扰稳定分析模型,利用特征值法分析了简单风电系统的小干扰稳定性、系统的振荡模态以及系统的阻尼特性。最后在Matlab／Simulink仿真平台上搭建了简单风电系统的模型,通过仿真对特征值分析法进行验证。分析表明本文的直驱永磁风电系统是小干扰稳定的。     

直驱永磁风电机组虚拟惯量控制对系统小干扰 稳定性影响分析

虚拟惯量控制方式下,直驱永磁风力发电机组(DDPMSG)能够为电力系统提供较好的频率支撑,但虚拟惯量控制使DDPMSG与系统之间产生了新的耦合关系,给系统的小干扰稳定带来新的影响。建立了包含DDPMSG的风电并网系统状态空间平均模型,并通过线性化得到其小信号模型。基于该小信号模型,利用特征分析法分析了虚拟惯量控制的比例系数和微分系数对风电并网系统的小干扰稳定性的影响,同时对比分析了虚拟惯量控制及最大功率跟踪控制对系统小干扰稳定的影响。结果表明虚拟惯量控制对系统阻尼特性的影响与DDPMSG接入系统的位置及容量有关,且主要影响其所接入区域的局部振荡模式和系统的区域振荡模式。     

直驱永磁风电机组虚拟惯量控制对系统小干扰稳定性影响分析

虚拟惯量控制方式下,直驱永磁风力发电机组(DDPMSG)能够为电力系统提供较好的频率支撑,但虚拟惯量控制使DDPMSG与系统之间产生了新的耦合关系,给系统的小干扰稳定带来新的影响。建立了包含DDPMSG的风电并网系统状态空间平均模型,并通过线性化得到其小信号模型。基于该小信号模型,利用特征分析法分析了虚拟惯量控制的比例系数和微分系数对风电并网系统的小干扰稳定性的影响,同时对比分析了虚拟惯量控制及最大功率跟踪控制对系统小干扰稳定的影响。结果表明虚拟惯量控制对系统阻尼特性的影响与DDPMSG接入系统的位置及容量有关,且主要影响其所接入区域的局部振荡模式和系统的区域振荡模式。     

基于H-MMC的直驱式永磁同步风力发电系统的运行与控制

提出了一种基于六边形模块化多电平交交变流器(H-MMC)的直驱式永磁同步风力发电系统,可以将三相风力发电机通过一级交交变换后直接并入三相交流电网,具有功率损耗低、变流器电容电压纹波小、无升压变压器并网的优点。详细分析了该系统的功率特性及变流器子模块电容电压波动的情况,提出了基于环流控制的电容电压平衡控制和基于双比例谐振控制器的电流跟踪控制,最终实现了风力发电机最大功率点跟踪下系统的稳定运行。MATLAB/Simulink仿真和RT-LAB硬件在环实验结果验证了基于H-MMC的风电系统具有良好的稳态运行特性和动态响应特性。     

轴向磁通永磁同步发电机的优化设计研究

利用田口方法确定了极弧系数和线圈边宽度是主要影响轴向磁通永磁发电机空载电压基波幅值和总谐波失真度的参数.在考虑磁密谐波的情况下,推导了电动势的谐波绕组系数表达式,结果发现通过优化线圈边宽度和极弧系数可以控制谐波绕组系数的大小.进一步利用响应曲面方法,以空载电压基波幅值最大且总谐波失真度最小为优化目标,寻求了极弧系数与线圈边宽度配合的最优方案,并通过有限元仿真计算验证了优化结果.优化前后发电机目标性能明显改善,证明了此优化方法在轴向磁通永磁电机优化设计中的可靠性.     

三相异步起动永磁同步电动机起动特性

针对永磁电机牵入同步困难的问题,依据永磁电机基本原理和电磁场理论,对异步起动永磁同步电动机的起动性能进行了研究。以一台18．5kW6极切向式三相异步起动永磁同步电动机为例,建立永磁电动机起动过程的数学模型,给出了求解域和假定条件下的有限元方程,采用场路结合法计算了异步起动永磁同步电动机的瞬态电磁场,分析了样机的起动过程及隔磁磁桥尺寸变化和绕组排列不同对电机起动性能的影响。通过样机对模型仿真分析可知,样机具有较好的起动性能,能快速牵入同步转速,采用单双层绕组时起动性能要比采用双层绕组时的起动性能好;隔磁磁桥尺寸对电机的起动性能影响很大,其过大或过小都会使起动性能变差,不利于牵入同步转速。