压电超声波电机技术发展水平与应用前景展望

压电超声波电机是利用压电陶瓷的逆压电效应获得旋转力矩的新原理电机,其异于电磁型电机的工作机理与卓越特性使其在仪器仪表、办公设备、航空航天等领域具有广阔的应用前景.本文对压电超声波电机的技术特点及其在国内外的发展状况作了分析,并对其应用前景进行了综述.     

不平衡电网电压条件下PWM整流器功率谐振补偿控制策略

针对电网电压不平衡时脉宽调制型整流器功率波动的问题,建立不平衡电网电压下整流器在同步旋转坐标系中的数学模型,提出一种功率谐振补偿控制策略。该策略在传统电网电压定向矢量控制方法中增加功率脉动补偿环节,补偿环节采用在两相同步旋转坐标系中实施的比例谐振(proportional resonant,PR)功率控制方案。控制系统运行时无需对不平衡电流和电压进行正、负相序分解,并可同时抑制整流器输出的有功和无功功率波动,改善系统动态和稳态性能。仿真与实验结果证明了控制策略的正确性和有效性。     

基于绕组电感变化特性的无刷直流电机无位置传感器控制

在具有凸极结构转子的无刷直流电机中,受转子凸极效应的影响,绕组的自感和互感随转子位置呈近似正弦的周期性变化,导致三相端电压在非导通期间的波形随转子位置呈现有规律变化。该文以此出发,分析了非导通相的端点电压在PWM斩波周期内的跳变值随转子位置的变化规律,并阐述了利用此规律进行运行状态下换相位置估计的方法,并与铁心的饱和效应相结合,提出一种新的在静止状态下进行转子位置区间估计的方法。实验结果表明,用所提出的方法能在静止和低速状态下可靠地估算出转子位置,与实际的误差很小,验证了方法的可行性。     

四开关三相无刷直流电机两有效矢量调制电流控制策略

该文提出了一种用于四开关三相(four-switch threephase,FSTP)无刷直流(brushless DC,BLDC)电机的两有效矢量调制(two-effective-vector modulation,TEVM)电流控制策略。FSTP逆变器具有开关数量少、开关损耗小、成本低等优点。但是由于电机c相绕组端点直接与直流母线中点相连,如果采用传统的双极开关调制方法,在模式I和IV下,c相反电动势会使c相绕组与其他两相绕组之间产生环流,从而导致三相电流畸变。为了抑制反电动势对电流的影响,在传统双极开关调制方法的基础上,TEVM电流控制策略通过在每一个开关周期中插入一个调节矢量,控制c相电流平均值收敛于0。该文通过构造李雅普诺夫(Lyapunov)函数证明了TEVM电流控制策略的稳定性,进一步利用2种不同的方法计算得到调节矢量的占空比。实验结果表明,TEVM电流控制策略能够抑制电流畸变现象,控制三相电流为方波,使输出电流具有较好的动态响应和稳态性能,因此该策略能够实现低成本、高性能的BLDC电机控制。     

矩阵变换器-永磁同步电机驱动系统滑模变结构控制

为了抑制电网电压不平衡的影响,在矩阵变换器-永磁同步电机(MC-PMSM)驱动系统电流控制器设计中引入滑模变结构控制(SMC)策略,取代传统的比例-积分(PI)控制器。分析了电网电压不平衡对矩阵变换器(MC)输出电压的影响,并针对这种扰动和电机参数摄动,建立了永磁同步电机的解耦数学模型(扰动模型);在此基础上,选取积分滑模面和指数趋近律,设计滑模变结构电流控制器。实验结果表明,本文提出的滑模变结构控制策略有效地抑制了电网电压扰动情况下电机电流的波动,效果优于传统控制策略,且控制器参数调节简单,易于实现,具有较强的全局鲁棒性。     

基于有限元法的液体媒质超声波电机内部声流场分析及饱和流速研究

与一般超声波电机依靠定、转子之间的摩擦来传递能量不同,非接触型超声波电机的定、转子并不直接接触。该文介绍了液体媒质超声波电机的基本结构及运行机理,阐述了电机运行过程中能量传递的基本过程,揭示了液体中的雷诺应力是电机声流场的驱动力。文章基于Kuznetsov非线性波动方程有限元方法,对液体媒质超声波电机内部声流场进行数值仿真。由声场中的液体微粒振动速度计算声流场驱动力,随后在流体域内用有限元法计算液体的流速。仿真中分别考虑了声场衰减、定子驱动电压及声场非线性对声流场驱动力与液体流速的影响。在数值分析的基础上,对电机运行过程中存在的饱和流速问题进行了进一步的分析。实验结果验证了有限元分析的有效性。     

基于R/S分析和小波变换的同步发电机定子绕组匝间短路故障分析

同步发电机定子绕组匝间短路故障是一种常见的、破坏性很强的故障,对发电机、电厂乃至电网的安全运行都将带来一系列严重的影响,有效的判断出该故障是否发生具有十分重要的意义.然而同步发电机定子绕组匝间短路故障识别一直是一个难点.本文尝试应用一种新的方法--R/S分析和小波变换对同步发电机定子内部绕组匝间短路故障进行分析.针对定子绕组内谮部匝间短路故障时引起相电压、相电流中谐波分量变化的特点,应用小波变换多分辨分析的特性,分析短路故障采样信号,并采用分形行几何中的重标度级差法分析计算相应尺度下的分形维数,提取匝间短路故障的特征量.该方法为同步发电机定子绕组匝间短路故障诊断提供了新的思路.     

基于扰动观测器的无刷直流电机无位置传感器控制

讨论了无刷直流电机无位置传感器控制 ,提出一种基于扰动观测器的无位置传感器控制方案。无刷直流电机电势平衡方程的非线性由反电势所引起 ,如果假设反电势为常值扰动 ,就可根据线性理论设计常值扰动观测器对反电势过零点进行观测。观测结果中包含反电势过零点信息和干扰脉冲 ,后者由假设误差引起并且会影响转子位置信号。如果能够消除干扰脉冲的影响 ,就可以将反电势过零点信息分离出来 ,从而实现无位置传感器控制 ,因此本文也介绍了消除干扰脉冲的原理和方法。最后 ,就本文提出的方法进行了实验研究     

基于自适应小波网络的永磁无刷直流电机直接电压控制

通过分析永磁无刷直流电机的转子位置与三个相电压之间的关系,提出了基于自适应小波神经网络的永磁无刷直流电机无位置传感器控制新方法.该方法根据位置检测原理和微控制器的特点构建一个以三个相电压为输入,桥路编码信号为输出的多输入单输出小波网络模型.网络隐层节点初始个数为零,在训练过程中不断地按照自适应算法添加或删除隐层节点,形成一个结构简单、紧凑的小波网络.采用梯度下降法对网络进行离线训练和在线训练,由离线训练进行参数初始化并确定网络隐层节点个数,以滤波和逻辑处理后的网络输出信号为教师对网络输出层连接权进行在线调整.从而由电机的相电压直接映射出电机的换相信号,取代传统的位置传感器,实现无位置传感器的直接电压控制.实验结果表明,该方法能得到准确的永磁无刷直流电机的换相信号.