梯形波相电流驱动下六相感应电机气隙磁密研究

针对多相电机控制模式复杂性的特点,提出一种新颖的控制方式:即六相感应电机梯形波相电流控制.该梯形波相电流由励磁电流和转矩电流组成,在该梯形波相电流驱动下六相定子绕组可以分为励磁绕组和转矩绕组,模拟直流电机实现励磁磁场和转矩的直接控制而不需要复杂的派克变换.通过理论分析计算、有限元分析和实验测量数据来研究梯形波相电流驱动下六相感应电机气隙磁密分布,并对磁势解耦参数k进行了理论分析和计算.     

梯形波相电流驱动六相感应电机建模与控制

针对交流电机的气隙磁链定向控制具有气隙磁通能被直接测量的优点,但要实现气隙磁链定向控制必须采用派克变换算法,使控制系统复杂化和运算量大等缺点,提出了一种气隙磁链定向控制策略:即六相感应电机梯形波相电流控制。该梯形波相电流由励磁电流和转矩电流组成,在该梯形波相电流驱动下六相定子绕组可以分为励磁绕组和转矩绕组,模拟直流电机实现励磁磁场和转矩的直接控制而不需要复杂的派克变换。采用有限元分析,研究六相电机的主要性能,建立六相电机定子相电路模型。整个六相电机驱动系统的性能通过实验完成。结果表明该种控制方案可以真正实现磁链和转矩的独立控制,使控制器结构简单,具有便于实现特点。     

六相感应电机新颖控制策略下的转子电压研究

由于多相电机控制模式相对复杂,该文提出一种新颖的控制方式:即在六相感应电机定子侧通入梯形波相电流,使得其中三相为励磁绕组,另外三相为转矩绕组,从而实现励磁磁链和转矩磁链解耦模拟直流电机控制模式而省去复杂的派克变换。本文主要对磁势解耦时转子磁链和转子感应电压、电流进行了理论和有限元分析和计算,并实验测量了梯形波相电流驱动下六相感应电机转子感应电压、电流,结果表明有限元分析和实验结果是一致的。     

基于梯形波相电流控制的六相感应电机性能分析

六相感应电机通过使用梯形波相电流而把定子绕组分成励磁绕组和转矩绕组,这样可以实现励磁磁场和电磁转矩直接控制而不需要复杂的派克变换,本文主要对磁势解耦时磁链和转子感应电压进行了理论和有限元分析,并实验测量了梯形波相电流驱动下六相感应电机转子感应电压,结果表明转子感应电压的有限元分析和实验结果是一致的。     

基于梯形波相电流控制的六相感应电机性能分析与实现

针对传统多相电机控制模式复杂性的特点,提出一种六相感应电机新颖的控制方式,即梯形波相电流控制.把定子绕组分为励磁绕组和转矩绕组,从而实现励磁磁场和转矩磁场的直接控制而不需要复杂的派克变换.对六相电机气隙磁动势、电磁转矩和磁势解耦参数k进行了理论分析和计算,并通过实验进行验证.理论分析和实验结果表明,控制策略是可行的,且还具有其它一些优势.     

基于梯形波相电流驱动的六相交流感应电动机性能

为了实现六相感应电动机的励磁磁场和电磁转矩直接控制,提出了梯形波相电流来驱动六相交流感应电动机,并对其性能进行研究.首先采用理论分析和有限元分析对气隙磁场和电动机的电磁转矩进行了计算.其次,利用所构建的六相电动机的实验装置对理论分析结果进行了佐证.该六相电动机控制策略的最大优点是可以实现励磁磁场和转矩电流的直接控制而不需要派克变换,另一个优点是通过六相定子分布,合成的磁场电流可以产生一个近似的方波气隙磁场,使电磁转矩的输出得到极大的提高.     

五相集中整距绕组感应电机缺相容错控制

定子绕组开路是多相电机调速系统中的常见故障。建立了五相集中整距绕组感应电机绕组开路后的方程,计算了电机绕组开路后的稳态输出电磁转矩,分析了减小转矩脉动的条件,提出了五相电机缺相容错控制方法。此方法在无需额外增加硬件的前提下,可以保证电机继续平稳地运行。对于电机定子绕组多相同时开路,建立相应的变换矩阵、重新计算电感参数后,也可以采用提出的控制方法。对电机定子绕组一相开路进行的仿真和实验结果表明,该容错控制方法可以大大减小电机缺相运行时的转矩脉动。     

多相感应电机的非正弦供电技术

为充分利用多相电机的多控制自由度,分析了多相集中整距绕组感应电机非正弦供电的原理,对九相集中整距绕组感应电机分别在正弦和非正弦供电下的输出转矩和电机效率进行仿真分析.在保持2种供电模式下电机齿、轭部磁密幅值分别相等、定子铜耗相同的前提下,与正弦供电相比,重载下非正弦供电时电机输出转矩提高了约7%,电机效率也有所提高.构建了一套多相变频调速系统,在该系统下对上述理论进行实验验证,并同时与一台三相正弦绕组感应电机正弦供电作对比.实验结果表明,重载下多相集中整距绕组感应电机非正弦供电时可以提高输出转矩,改善电机效率,并分析了重载下多相集中整距绕组感应电机非正弦供电时电机效率和输出转矩提高的原因.     

基于电流补偿策略的转矩分配函数法抑制整距绕组分块转子SRM的转矩脉动

整距绕组分块转子开关磁阻电机具有单位铜耗下输出转矩大、损耗低等优点,但转矩脉动大。本文采用余弦TSF控制法即通过控制电机各相电流产生的转矩分量使得低速时整距绕组分块转子开关磁阻电机的输出转矩脉动降低。针对电机转速升高后,由于实际相电流不能跟踪参考相电流,以及关断区间的电流不可控导致电机转矩脉动增大的问题,提出增大或减小其他相的相电流进行补偿的转矩控制策略并进行了分析。仿真和实验结果表明,该电流补偿策略的转矩分配控制法可有效抑制整距绕组分块转子开关磁阻电机的转矩脉动。     

双凸极电机励磁回路控制模式的研究

电励磁双凸极起动/发电机在恒转矩起动阶段为使输出转矩最大,通常将恒定电压直接加在励磁绕组上,使励磁电流工作在最大饱和值,并认为维持不变。但在实际过程中由于励磁磁场与相绕组磁场的耦合,导致励磁电流受相电流、转速影响而被削弱,引起输出转矩的降低。该文通过理论与仿真分析了起动过程恒励磁电压控制模式下励磁电流的变化规律,并通过实验验证了起动过程相电流、转速对励磁电流的影响,在此基础上对电励磁双凸极电机恒转矩起动阶段提出励磁电流控制的方法,仿真与实验结果均表明电励磁双凸极起动/发电机励磁回路在恒转矩起动阶段必须在恒励磁流控制模式下以保证输出转矩恒定。     

不同绕组连接方式下的六相永磁同步电动机MT容错控制

多自由度使多相电机具备了优异的容错能力。本文针对单中性点、双中性点及开端绕组结构的六相永磁同步电机,以缺相容错运行时输出转矩最大为目标,提出一种适用于不同绕组结构电机的容错电流计算通用表达式。通过对六相永磁同步电机缺一相故障状态下的自由度进行分析,计算了不同定子绕组结构下的容错电流,并给出相应的控制方法。对比三种不同绕组结构电机容错运行时的带载能力,开端绕组结构的六相永磁同步电机缺相容错运行时输出转矩最大。利用Matlab/Simulink建立了六相永磁同步电机模型及其控制系统,验证了计算结果的有效性。     

Low torque pulsation and high-power control of permanent magnet motor with distributed electromotive force

This paper describes low torque pulsation and high-power control of permanent magnet synchronous motor (PM motor) with distorted electromotive force (emf). The experimental model of PM motor is a 40-kW, 190 r/min, salient-pole, six-phase machine. An individual single-phase transistor inverter is connected to each phase of PM motor as a power source. By adopting full pitch and concentrated winding in the armature of the motor, the rate of flux utilization and output torque per mass can be increased. This winding causes trapezoidal distortion in the phase voltage waveform at no load. For realization of high-performance control of PM motor, the current waveform should be determined so as to minimize torque pulsation and to maximize the output torque of the motor under the rated current. This paper proposes also the method to determine the optimum current waveform. The currents and emfs are expressed as N-dimensional vectors (N: the number of phases). Due to the characteristics of the particular structure of the motor, the armature reaction is small enough to be neglected. In this case, the optimum current vector can be derived under two conditions: (1) the direction of the current vector always agrees with that of the emf vector; and (2) the scalar product of the two vectors is held constant. Supplying the optimum current vector provides no torque pulsation and the nearly maximum output torque under the rated current. This method also can derive the new optimum current corresponding to open-phase operation. The validity of the method is confirmed experimentally. The characteristics of the experimental model of PM motor also are described in this paper.     

基于三次谐波电流注入的六相感应电动机仿真分析

为了提高功率密度和转矩密度,需要在六相感应电动机中注入三次谐波电流,这势必导致控制系统的复杂化。为了分析定子绕组流过非正弦电流时,六相感应电动机的运行性能,必须了解谐波电流与谐波磁势的关系。运用了傅里叶分析和绕组函数的方法,推导了六相感应电动机的磁动势,同时给出了考虑三次谐波电流时的数学模型,通过比较在绕组中注入和不注入三次谐波电流的仿真波形,得到了六相感应电动机加入三次谐波电流能够提高转矩密度的结论,所建立的仿真驱动系统,具有较高的有效性和可行性,且便于快速修改控制结构和相关参数。     

六相双定子螺旋运动永磁执行器数学模型研究

针对新型机器人多自由度运动机构的需求,提出了一种新型六相双定子螺旋运动永磁执行器。执行器特点在于每个定子均为六相双Y移30°绕组,两个定子铁心采用螺旋形齿槽结构,对两个定子绕组通入六相不同相序电流组合便可产生多自由度运动方式。执行器具有控制方式灵活、容错性能强、可靠性稳定等优点。首先对螺旋运动永磁执行器的结构及运行机理进行分析,推导了执行器的磁链方程、电压方程、转矩和推力方程。最后构建了瞬态三维多自由度数值分析模型,得到了磁链、电压、转矩和推力的波形,验证了运行机理的正确性。     

H桥驱动下的单绕组无轴承薄片电机功率系统故障分析及容错控制

针对由H桥驱动的单绕组无轴承薄片电机因功率系统开关管发生故障导致电机无法正常运行的问题,以六相单绕组无轴承薄片电机为例,分析了开关管发生开路和短路故障时H桥的工作模态以及故障对系统造成的影响。在故障分析的基础上,对电机短路电流数学模型进行了推导,提出统一的故障容错控制方法。该方法通过非故障相电流重构,补偿功率模块故障对系统造成的影响,提供电机稳定运行所需悬浮力与转矩。通过有限元分析,验证了短路电流模型的正确性及故障容错方法的有效性。以1相和2相绕组功率开关管发生开路或短路故障为例,在一台原理样机上实验验证了理论分析与仿真结论。