采用载波移相技术永磁电机高频振动抑制研究

针对电压源PWM逆变器开关过程中产生高频电压必然激发电机中高频振动问题,提出一种载波移相方法抑制双PWM逆变器供电的永磁同步电机高频振动噪声。通过调节两台逆变器载波相位,控制PWM电压源逆变器中开关过程产生的谐波电压,使得电机绕组中对应高频电流产生的磁动势相互抵消,降低径向激振力,达到减小永磁同步电机高频振动目的。该方法简单实用,不影响原有控制策略,在不增加任何硬件投入情况下,大大降低电机高频振动。采用载波移相技术之后,开关频率倍频处振动加速度能有效降低18 dB左右。仿真及试验结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

基于空间矢量法的多相电机绕组磁动势的分析

多相电机的绕组通常可以看作是由几个空间上互差一定角度的多套对称三相绕组组成的,因此以三相绕组为基本分析单元,在很大程度上可简化多相电机绕组磁动势的分析。通过分析互差任意角度的两套三相绕组各自合成的某次磁动势的解析表达式,得到了二者相位差的通用表达式。以此为基础,利用磁动势的矢量合成关系,给出了一种新的思路来分析多相电机的磁动势——空间矢量法。并以十二相电机为算例,验证了空间矢量法直观、简捷的优点。空间矢量法的运用很好地解决了多相电机绕组磁动势计算分析复杂的问题,还可以方便地设计多相电机的绕组分布,以达到消除某次谐波磁动势的目的。     

分段供电直线感应电机气隙磁场分布和互感不对称分析

对于分段供电直线感应电动机,其定子绕组互感存在较大的不对称,基于磁动势理论,推导出分段供电直线感应电机的单相绕组磁动势分布,明确了分段供电直线电机磁动势分布的特点.基于单相绕组的磁动势分布,推导了分段供电直线电机气隙磁场分布的解析表达式,有限元仿真结果验证了解析分析的正确性.根据电机磁场的分析结果,推导了电机各相绕组自感和互感表达式,说明了分段供电直线电机互感不对称的机理,在此基础上得到的电机电感矩阵和阻抗矩阵说明了电机互感和阻抗不对称的规律,试验结果验证了所推导电机阻抗矩阵的正确性.     

多相电机定子绕组组合模式对磁动势与参数的影响

多相绕组不同于三相绕组之处是其具有绕组组合的灵活性,确定多相电机定子绕组组合模式则为电磁设计的前提条件。根据多相电机的运行要求,选择对称三相绕组为多相整流发电机定子绕组的基本组成单元,对称四相或五相绕组为变频器供电多相电动机定子绕组的基本组成单元。针对多相电机相数为偶数或奇数、定子绕组半对称与全对称结构4种组合模式,分别进行磁动势分析与定子参数分析。结果表明,在电机相数为偶数时,半对称组合模式比全对称组合模式更有利于消除空间谐波磁动势;而在电机相数为奇数时,半对称组合模式与全对称组合模式在消除空间谐波磁动势方面没有区别,两种模式下稳态定子参数也相等。分析结果为多相定子绕组组合模式的选定提供了依据。     

六相双Y永磁同步电机绕组重构与分析

针对三相表贴式永磁同步电机振动噪声问题,本文考虑多相电机绕组结构,基于96槽16极槽极组合对六相双Y绕组结构重新排布,以同转子结构的双Y偏0°整距绕组的两种排布方式和双Y偏30°短距绕组排布方式下,对其绕组系数、磁动势谐波分布、电枢反应磁场结果进行比较分析,并与同结构三相短距绕组排布的永磁同步电机共四种模型下电磁力二维傅里叶分解结果比较分析,为六相双Y永磁电机设计提供借鉴。     

基于载波移相技术的强耦合双支路电机共模电压抑制研究

在大功率永磁同步电机应用场合，由电机传导出来的高频振动噪音的舒适度逐渐变成一个重要的因素。采用载波移相技术两并联逆变器驱动的强耦合双支路电机因特殊的绕组结构能够有效地消除奇数倍载波频率附近的高频振动噪音而逐渐得到广泛应用。除了对电机高频噪音的抑制外，系统运行过程中也应考虑对传导的电磁干扰进行抑制。对于一般结构的电机，载波移相技术能够有效地抑制电机共模电压的幅值。但对于具有特殊绕组结构的强耦合双支路电机，采用载波移相技术对其共模电压是否存在抑制能力还没有被分析和验证。这篇文章的目的是通过理论分析与实验验证确定对强耦合双支路电机采用载波移相技术能够有效地抑制电机的共模电压，抑制系统传导的电磁干扰。     

大功率多相永磁同步直线电机设计

结合多相旋转电机低压大功率,低转矩脉动特性与永磁电机功率因数高的优点,设计了一种应用于电磁推进的双边滑片型十二相永磁直线电机。设计方案对多相绕组磁动势和电机尺寸及电流等级的确定进行了详细推导分析。借助有限元分析软件FLUX对设计方案进行了仿真分析和结构优化,结果表明结构优化后的十二相永磁直线电机采用方波供电可输出高达40.92 kN的推力且推力脉动值为0.62%左右,最后通过样机实验验证了理论和仿真的正确性。     

多相电机定子绕组改进绕组函数的有限元分析

提出改进绕组函数的有限元算法,解决了改进绕组函数的准确计算问题。根据有限元算法和叠加原理,分析了线圈和多相电机相绕组的改进绕组函数的基本特征,并根据该基本特征研究了多相电机气隙磁动势分布和气隙电感。结果表明,多相电机相绕组的改进绕组函数与绕组函数之间的差别为与多相电机结构有关的函数,电机正常运行时,该函数通常只含偶次谐波,并会影响电机气隙磁动势分布的计算,进而影响交、直轴电感曲线的谐波,但对交、直轴电感曲线的直流分量影响较小,基本可以忽略。     

六相双Y移30°绕组结构及其应用优势

随着电力电子技术的迅速发展,利用先进的控制技术可以方便的将三相电源变多相电源,因此多相电机得到了迅速的发展。六相双Y移30°绕组是多相绕组中应用较多,具有很好发展前景的一种绕组,交流电机采用六相双Y移30°绕组是减少高次谐波、提高电机效率以及提高电机极限容量的有效措施。介绍了六相双Y移30°绕组的构成理论,对其磁势谐波进行了谐波分析,并对这种绕组的优点进行了简单分析叙述。     

双Y移30°PMSM两电机串联系统的谐波效应

针对广义零序谐波驱动的双Y移30°PMSM两电机串联系统解耦运行的问题,利用绕组函数的概念,建立了双Y移30°PMSM集中绕组函数的傅里叶变换函数式,得到了第一台电机高次谐波与相串联的第二台电机基波电流耦合关系的磁动势表达式,分析了高次谐波对该串联系统解耦运行的影响规律。建立了第一台电机含5、7次空间谐波的串联系统多维空间下的数学模型,进行了变速、变负载的仿真研究,得出了5、7次空间谐波的耦合效应,揭示了该串联系统解耦控制对电机定子绕组设计的基本要求。     

基于定子磁障的分数槽集中绕组永磁同步电机应用设计与分析

分数槽集中式绕组（FSCW）存在谐波含量大的缺点,易引起定转子铁心损耗和振动噪声问题,限制了其在高端领域的应用。以采用FSCW的12槽14极永磁同步电机(PMSM)为研究对象,使用有限元软件进行仿真,分析定子非绕线齿中的磁障对磁动势谐波、电磁转矩、铁心损耗及径向电磁力的影响,并与传统永磁电机进行对比。仿真结果表明,采用定子磁障的电机能够有效降低绕组磁动势低次谐波,1、3、5次谐波分别下降了87%、84%和30%,铁心损耗减小了21.1%,低阶径向电磁力减小了20%以上,实现了对噪声和振动的有效抑制。     

基于场路耦合的永磁电机高频径向电磁力波分析

振动和噪声的大小是衡量家用变频空调压缩机品质的指标之一。针对家用变频空调压缩机出现的高频噪声问题,以一台6极9槽家用空调压缩机用永磁同步电机及其控制系统为研究对象,基于场路耦合法,对常规空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术及其控制策略所引入的谐波电流成分与高频声振响应特性进行研究。首先通过解析法分析了永磁电机高频噪声源的产生机理。其次从原理上阐述了电流谐波对径向电磁力波的阶次特征与频率特性的影响。然后建立了永磁电机的场路耦合模型,详细分析了不同负载工况下高频径向电磁力波频率与开关频率的关系。最后采用声振特性试验进行了验证,结果表明：场路耦合模型可以考虑电机本体、控制策略以及开关频率等非线性因素引起的高频电流谐波影响,并得出了高频径向电磁力波频率与载波频率的关系式,为永磁电机的高频噪声预测以及减振降噪提供了参考。     

Vibration prediction in switched reluctance motors with transfer function identification from shaker and force hammer tests

A vibration prediction model for the switched reluctance motor is constructed in this paper. Shaker and force hammer tests for vibration measurement are used for measuring crucial parameters like modal frequency and damping ratio for the transfer function. A detailed lookup table of normal force versus phase current and rotor angle is constructed based on finite-element calculations. The model is then verified by experiments, with acceptable accuracy.     

Effect of the stator slot opening on the electromagnetic vibration in a squirrel-cage induction motor

Field harmonics produce a radial electromagnetic force in a squirrel-cage induction motor with a particular number of rotor slots corresponding to the number of poles. The radial force causes vibration and acoustic noise. In this paper, a simplified equation for the radial force at no-load is introduced, and the relation between the width of the stator slot opening and the radial force is discussed quantitatively. The field harmonic component produced by the interaction between the fundamental magnetomotive force due to the stator current and the pulsation of air-gap permeance dominates for the radial force. Furthermore, the vibration of the stator core due to the radial force is calculated under a simple assumption. The calculated results are verified by experiments.     

基于永磁极间偏移的磁齿轮电机齿槽转矩削弱研究

本文将一种“极间偏移”的设计理念融入至磁齿轮电机的转子永磁拓扑设计之中,形成一类极间偏移式永磁转子,旨在实现对磁齿轮电机齿槽转矩的有效削弱。为了充分挖掘磁齿轮电机的齿槽转矩特性,文章从永磁体不同极间偏移形式的角度出发,提出了两种拓扑结构。相关研究立足于“磁场调制”的研究视角,在分析电机磁动势和磁导特性的基础上,针对电机的齿槽转矩进行了推导。经过定性分析,确定和选取了极间偏移角作为削弱电机齿槽转矩的关键参数,并且对其进行优化设计。通过对极间偏移角的合理设计,改变了磁齿轮电机的永磁磁动势特性,很大程度上促进了电机齿槽转矩的削弱。基于有限元计算,仿真分析了电机的齿槽转矩特性、空载反电势、输出转矩等性能。理论分析与研究结果验证了永磁体极间偏移式磁齿轮电机对齿槽转矩削弱设计的有效性。     

基于谐波抑制的共母线开绕组永磁同步电机减振控制

为了减少共母线开绕组永磁同步电机(OW-PMSM)驱动系统中的电流谐波,抑制由径向电磁力引发的电机振动,提出了一种基于零序电流闭环的零矢量重分配随机开关频率空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法。该算法通过选取的零矢量产生共模电压,抵消由非零电压矢量带来的共模电压,将零序电流闭环后动态抑制零序电流,有效地减少了相电流3次谐波含量。同时,针对调制策略固有的相电流高频谐波分量,通过SVPWM中开关频率随机化,使得开关频率及其整数倍处高频谐波幅值大大减少。试验结果表明,该方法能有效降低高低频段电流谐波幅值,实现OW-PMSM全频段的减振控制。     

Principle and basic characteristics of linear synchronous motor with half‐wave rectified self excitation

This paper presents the principle and basic characteristics of a novel linear synchronous motor based on “half‐wave rectified self excitation principle.” The field winding is short circuited through a diode and the armature winding consists of conventional three‐phase windings. If the amplitude of the balance three‐phase currents is modulated by an alternating wave with bias frequency, the produced magnetomotive force pulsates at the bias frequency and moves at the synchronous velocity. This pulsating magnetomotive force induces the electromotive force with a bias frequency in the field winding. The field excitation is obtained by rectifying the electromotive force with the diode in the field winding. In this paper, the authors design and build an experimental machine and confirm its basic characteristics. They also deduce the performance equations and investigate the thrust ripple reduction. © 2008 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 165(1): 82–90, 2008; Published online in Wiley InterScience ( www. interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20684     

无相带谐波的六相绕组

分析六相双星形互移30°电角度绕组的谐波规律。采用不等匝同心线圈的六相双星形绕组,符合理论匝比时,这些同向的谐波本身为零,合成后也为零,即相带谐波全部为零。同时介绍了此类绕组的排列,理论匝比及其特点。不等匝同心绕组,比双层短距(11/12)绕组及星三角正弦绕组,更能削弱这些同向的谐波。由于谐波含量更低,电机内磁势波形好,因而电机的杂散耗小,振动噪声小,有利于改善电机性能。     

变频器驱动异步电机振动频谱特征分析

为提出一种更加有效的电机振动抑制算法,对电机振动频谱特性进行讨论.介绍了异步电机调速系统振动数据采集单元以及不同运行状态下的电机振动数据采集,给出了调压器调压和变频器变频调速2种情况下不同转速的电机振动频谱图和转速谱图.通过这些谱图,分别对电机振动特征、变频器载波频率对电机振动特征的影响进行了对比分析.谱图分析表明,采用变频器驱动异步电机时,一阶转频引起的强迫振动与自由振动波形会发生畸变,且电机振动峰值增大.随着变频器载波频率的增加,电机振动幅值将显著降低.变频器引入的高阶振动谐波转矩使得电机的振动特征更加复杂.电机振动频谱特征分析为电机振动抑制算法设计与算法评价提供了基础.     

基于小波神经网络与KNN机器学习算法的六相永磁同步电机故障态势感知方法

为了避免六相永磁同步电机在运行过程中因缺相引发更严重的电机故障和系统崩坏,需对电机在故障发生前进行提前预测判断和在故障发生后进行故障类型识别。根据故障下定子磁动势不变原理,推导Y移30°中性点隔离型六相永磁同步电机在各缺相故障下的数学模型。通过小波包分析方法提取故障工况下的特征值,构建小波神经网络模型对故障发生进行预测判断,避免系统误触发;构建KNN机器学习系统,对故障类型进行快速识别,以实现对故障态势的感知。利用MATLAB软件和Python的Scikit-Learn机器学习库进行仿真实验,对比验证该方法在六相永磁同步电机故障态势感知中可靠有效。