永磁无刷直流电机优化设计与仿真

利用遗传-模拟退火混合算法,以磁钢厚度、气隙高度、磁钢宽度、极弧系数、电枢长径比为优化变量,以起动电流、转子轭部磁密、起动转矩、槽满率为约束条件,以减小电机的转矩脉动为目的,编写永磁无刷直流电动机的优化设计程序。利用ANSOFT有限元软件对电机进行优化前后动静态仿真对比实验。结果表明,永磁无刷直流电机优化后的转矩脉动明显减小。     

磁性槽楔对笼型感应电机电磁参数及性能的影响

电机中定子槽嵌入的槽楔由普通的绝缘树脂材料改为磁性槽楔后,电机的电磁性能有一定改变,以一台笼型感应电机为例,对同一电机分别采用普通绝缘槽楔与磁性槽楔进行了磁场、气隙系数、槽漏抗的计算并对比分析。以瞬态磁场为基础,深入分析了磁性槽楔对电机中损耗、转矩、电磁力和电磁振动等性能的影响,并对磁性槽楔在磁场中的受力进行了分析。计算结果表明,磁性槽楔可以有效的改善气隙磁密的分布,降低损耗、电磁力和电磁振动。但同时其导磁性能越高,电机的最大转矩和启动转矩也越小,而且磁性槽楔所受到的磁拉力也就越大,更容易受损,所以要综合各方面因素,选择合适磁导率的磁性槽楔。     

换相时间对永磁无刷直流电机转矩脉动影响的分析

介绍了永磁无刷直流电机换相转矩脉动变化过程。根据影响电机换相转矩脉动的因素,给出了减小电机转矩脉动的解决方案,以使电机运行更加平稳。通过实验波形证实本结论分析正确,可以为电机减小转矩脉动作为参考。     

换相时间对永磁无刷直流电机转矩脉动影响的分析

介绍了永磁无刷直流电机换相转矩脉动变化过程.根据影响电机换相转矩脉动的因素,给出了减小电机转矩脉动的解决方案,以使电机运行更加平稳.通过实验波形证实本结论分析正确,可以为电机减小转矩脉动作为参考.     

永磁无刷直流电动机转矩脉动的减小及动态仿真

针对无刷直流电动机的转矩脉动,提出采用不同的PWM调制方式以及不同的重叠换相角减小换相电流所引起的转矩脉动.运用Matlab/simulink软件对相应控制策略下的无刷直流电机进行了仿真,结果表明,所采取的方法对减小换相转矩脉动有比较好的效果.     

面装极宽调制式永磁电机齿槽转矩研究

为了抑制面装式永磁电机的齿槽转矩,在对比了抑制齿槽转矩常用方法的基础上,提出永磁体正弦极宽调制方法,结合实例样机设计面装式永磁电机永磁转子极宽调制结构、尺寸和参数.利用有限元方法对传统面装式永磁电机和极宽调制式永磁电机内部电磁场进行计算,得到2种结构的永磁电机气隙磁场波形和齿槽转矩特性曲线;与传统面装式永磁电机相比,极宽调制方法可使气隙磁场波形正弦化程度提高38.98%;研制传统面装式永磁电机和极宽调制式永磁电机样机,并设计构建一个由角度传感器、扭矩扳手和样机电机组成的齿槽转矩实用测试系统,对2种不同结构样机的齿槽转矩进行了实验检测.对于2种实例样机,与传统面装式永磁电机相比,有限元分析计算结果和实验结果表明,正弦极宽调制方法可以使齿槽转矩分别降低30.5%和30.9%,可见永磁体正弦极宽调制方法是一种抑制面装式永磁电机齿槽转矩的有效方法之一.     

单相开关磁阻电机径向力的研究

针对开关磁阻电机特殊双凸极结构和非线性磁饱和产生较大电磁噪声的问题,设计一台相数最少的新型结构单相开关磁阻电机。对引起电磁噪声的径向力进行计算,分析径向力的产生原理和分布情况,采用有限元仿真软件Ansoft对其进行静态和动态磁场的仿真,并从结构参数出发对定子所受径向力进行优化,从而减少单相开关磁阻电机的电磁噪声和转矩脉动。     

异步电机气隙谐波磁场的分解合成法

经过详细分析异步电机定、转子磁动势、气隙磁导和气隙谐波磁场的关系，提出了计算气隙谐波磁场的分解合成法，这种方法是将定转子磁动势分解谐波、各次谐波磁动势作用于有齿槽的气隙磁导，产生一系列气隙磁场谐波，将这些谐波按其谐波次数，旋转方向及速度对应迭加，从而合成气隙谐波磁场，采用有限元数值方法分别计算定子、转子和气隙磁场，不仅考虑了齿槽效应而且考虑了不同饱和程度下的铁心磁阻以及各次谐波的电枢反应，从而使计     

内置式永磁电机齿槽转矩削弱方法研究

为抑制永磁同步电机齿槽转矩,减少电机振动与噪声,提出一种定子齿顶开辅助槽与转子外圆偏心的结构来抑制齿槽转矩,提升电机的输出性能.首先建立了定子齿顶开槽前后与主气隙分布函数解析式,分析定子开槽与电机主磁场分布及齿槽转矩的关系,同时分析了转子外圆偏心后对齿槽转矩的影响.以内置3相8极48槽V型永磁同步电机为例,利用有限元法对定子齿顶辅助槽个数、槽宽、槽深、槽位置以及转子外圆偏心距等参数进行优化对比分析,获得最优的参数匹配.结果表明：定子齿顶双矩形对称开槽以及转子外圆偏心的方式能有效改善主气隙磁场分布,抑制电机齿槽转矩,优化后的电机气隙磁密5、11、15、17谐波幅值下降明显,电机齿槽转矩峰值降低了59.6%,反电势波形正弦性增强,平均转矩提升,电机输出性能明显改善.     

非均匀气隙对切向永磁同步发电机性能影响

针对永磁同步发电机(PMSG)谐波含量和振动较大的问题,提出采用非均匀气隙削弱齿谐波和齿槽转矩的方法.分析了非均匀气隙永磁同步发电机的运行机理,讨论了不同偏心程度非均匀气隙情况下,永磁同步发电机的空载反电动势、输出功率、电机效率、波形畸变率等参数的变化规律.通过场路耦合法,以一台切向式永磁同步发电机为例进行了仿真,结果表明非均匀气隙能改善气隙磁场波形,电机波形畸变率THD由4.86%降到2.48%,齿槽转矩降低40%.     

一种改进的永磁同步电机SVM-DTC控制方法

永磁同步电机传统DTC控制方法由于采用滞环控制方式导致电机转矩和磁链脉动较大,而SVM控制方法基于对转矩和磁链误差的精确补偿从而能够有效降低二者的脉动,但传统SVM控制方法包含了转速和转矩角两个PI调节器,两个调节器的参数设计比较复杂,也直接影响了电机性能.本文从DTC控制转矩角这一本质出发,提出了一种改进的SVM控制方法,通过动态调整转矩角调节器的输出限幅值即可实现对电机转矩的高性能控制,从而省去了复杂的PI参数调试过程.仿真结果验证了所提控制方法的正确性和有效性.     

基于Ansoft的高速永磁无刷直流电机磁场有限元分析

基于Maxwell二维瞬态磁场分析理论,依据给定的技术指标,运用RMxprt快速确定电机电磁及结构设计方案,并导入Maxwell中建立二维有限元仿真模型,基于场路耦合有限元法对电机的机械特性和效率进行了仿真分析,仿真结果精确地反映了高速永磁无刷直流电机的启动过程,为电机的优化设计、减少转矩脉动、提高启动转矩提供了理论依据。     

基于有限元分析的内置式永磁同步电机转矩特性的优化设计

内置式永磁同步电机(IPMSM)的转矩特性直接影响着电机驱动运行的平稳性,针对转矩中的脉动,一方面通过定子斜槽消除齿槽转矩,另一方面通过永磁体分段来减小纹波转矩,最终达到了减小转矩脉动的目的,并且在一定程度上提高了电机弱磁调速的能力,扩大了电机的恒功率范围。     

双凸极永磁电机的对称化设计

针对永磁双凸极电机存在各相反电势（EMF）不对称和转矩脉动较大的问题,提出2种分别基于不等槽宽和等槽宽设计的新型双凸极永磁（DSPM）电机.该设计方法可以确保电机各相磁路具有相同的磁阻特性,并通过定子绕组的特殊排布以补偿电机自感的变化.通过实现电机各相磁路对称并削弱自感的波动程度,可以有效消除电机各相EMF的不对称以及最大程度削弱转矩脉动.采用有限元时步法对新型电机处于空载和负载条件下的稳态性能进行了比较分析.仿真和实验结果验证了新型DSPM设计方法的有效性.     

异步起动永磁同步电机的多目标优化设计

异步起动永磁同步电机由于其高效率、高功率因数及良好的起动性能,被广泛应用于大起动转矩场合. 针对油田抽油机场合,设计一台30 kW切向转子结构异步起动永磁同步电机,以效率与起动转矩为优化目标,利用响应面法建立隔磁桥尺寸、转子槽尺寸及永磁体尺寸与效率和起动转矩之间的响应模型,利用布谷鸟算法寻求响应模型的最优转子尺寸,得到满足抽油机场合的高效率、高起动转矩的电机转子参数. 建立优化前后的电机有限元分析模型,对比分析优化前后样机的起动性能,仿真结果证明优化方法的精确性与合理性.     

双曲正切函数在PMSM直接转矩控制中的应用

针对永磁同步电机（permanent magnet synchronousmotor,以下简称PMSM）直接转矩控制存在较大的转矩脉动问题,提出了一种基于双曲正切函数的控制方法,函数的输入是实际磁链值和参考磁链值的偏差,输出是定子电阻的补偿值．通过仿真,该方法能够显著减小转矩脉动,具有更优越的控制性能．     

永磁材料及温度对内置式永磁电机性能及转矩脉动的影响

研究了不同的永磁材料及其温度对内置式永磁电机的性能影响。给出了现代牵引电机二维有限元瞬态模型,采用有限元方法计算了不同型号的铷铁硼永磁材料及不同温度时电机的转矩、转矩纹波及齿槽转矩,并对其进行了比较分析。其结论对电机设计研究者及工程师具有指导参考意义。     

基于高频信号注入的EPS用SPMSM无传感器控制

探讨了脉动高频信号注入法用于电动助力转向系统(EPS)的面贴式永磁同步电机(SPMSM)转子位置观测的可行性;分析了注入的电流对于电机转矩波动造成的影响。仿真结果表明:这种方式既可以准确地观测电机转子的位置,且对电机的转矩波动影响较小。     

机床转台直接驱动力矩电机的转矩优化设计

针对精密数控转台伺服直接驱动用多极永磁力矩电机的特殊应用问题(要求电机有较大的转矩密度且较小的转矩波动),在分析该种电机的特殊结构的基础上,提出一种新型不等齿顶宽结构,以提高绕组利用系数,加大电机的转矩密度;并采用转子斜极的方法,可在有效消除转矩波动的同时,电机仍保持较高的绕组利用系数.对提出的两种方法分别进行了理论公式推导验证,用有限元仿真方法与传统等齿顶宽结构直极电机作比较,说明了所述设计方法的合理性和有效性.样机实测结果验证了理论分析的正确性.