基于麦克斯韦应力法的双绕组无轴承开关磁阻电机新型数学模型

现有的双绕组无轴承开关磁阻电机麦克斯韦应力法数学模型忽略了相互垂直方向上径向悬浮力的耦合,但当转子偏离定转子齿极中心对齐位置较大时存在较强的耦合,故现有模型难以满足高精确度稳定悬浮控制要求。选择一种计及相互垂直方向悬浮力耦合的新积分路径,建立了基于麦克斯韦应力法的双绕组无轴承开关磁阻电机新型数学模型,同时为计及电机磁路的饱和特性,采用最小二乘法对铁心材料的非线性磁化曲线进行拟合,求解考虑磁饱和的各气隙磁密。通过与有限元仿真结果对比,验证了所建模型不仅揭示了相互垂直方向上径向悬浮力的耦合关系,考虑了磁饱和特性,且具有精确度良好、计算量小等优点,为实现高精度稳定悬浮控制奠定了基础。     

新型无轴承开关磁阻电机双相导通数学模型

针对传统无轴承开关磁阻电机数学模型单相电流导通模式的局限性,提出了一种适用于单、双相导通的无轴承开关磁阻电机数学模型.在建立两相电流导通的等效磁路模型基础上,确定电感矩阵,推导出两相电流导通的径向悬浮力和电磁转矩的表达式.基于该数学模型的双相电流导通模式极大程度地拓宽了无轴承开关磁阻电机的工作区域,增加了其承受径向负载的能力.利用磁场分析法验证了该数学模型的正确性和优良的工作特性.     

无轴承开关磁阻电机径向电磁力模型

针对现有无轴承开关磁阻电机数学模型忽略磁饱和或对磁饱和考虑不充分的不足,将麦克斯韦张量法和磁路分析法结合起来,提出了一种计算无轴承开关磁阻电机径向电磁力的方法.该方法考虑了电机运行过程中磁饱和以及转子的偏心位移,能够准确的描述电机径向电磁力的特性,为电机运行状态的离线分析和电机的设计提供了更为可靠的理论依据;该模型同时为无轴承开关磁阻电机电磁振动和噪声的预测与控制提供了理论依据.以一台实验样机为例,建立了考虑磁饱和的无轴承开关磁电机有限元分析模型.仿真结果证明了该解析模型的有效性.     

无轴承开关磁阻电机的减振控制策略

脉动的径向电磁力导致的定子振动问题阻碍了磁阻电机的推广应用。该文研究了一种利于减小无轴承开关磁阻电机(bearingless switched reluctance motor，BSRM)定子电磁振动的悬浮运行控制策略。该控制策略在保证电机转子悬浮所需悬浮力一定的前提下，以减小定子极受到的径向电磁力为控制依据。基于悬浮运行原理和数学模型，叙述了减振控制策略的基本原理；推导了主绕组电流、悬浮绕组电流、开通关断角等电机相关控制参数的计算方法；并给出了系统控制框图。仿真和实验结果均证实了新的控制策略不仅能实现电机的稳定悬浮旋转运行，同时有利于减小 BSRM 定子电磁振动，验证了理论分析的正确性和可行性。     

无轴承开关磁阻电机控制策略综述

无轴承开关磁阻电机结合了磁轴承与开关磁阻电机的双重优点,在航空、高速等领域具有非常广阔的发展前景。该文简要地介绍了无轴承开关磁阻电机的工作原理及其数学模型,总结了近年来无轴承开关磁阻电机在控制策略方面的研究成果,并对主要控制策略的优缺点进行了分析和比较。最后指出了无轴承开关磁阻电机未来的研究和发展方向。     

一种改进的无轴承开关磁阻电机数学模型

类似于常规开关磁阻电机,无轴承开关磁阻电机的定、转子极宽并非总是相等,通常转子极宽略大于定子极宽,在建立数学模型时应当考虑这一因素.现有的无轴承开关磁阻电机数学模型都存在电机定、转子极宽相等的约束.考虑无轴承开关磁阻电机定、转子极宽可能存在的不相等因素,采用基于直线磁路和变椭圆系数的椭圆形磁路分割法求取气隙磁导,推导出无轴承开关磁阻电机的通用数学模型,使其不仅适用于定、转子极宽相等,而且适用于转子极宽大于定子极宽的情况.以实验室样机为例,将基于所建模型的分析结果与有限元分析结果进行了对比,验证了所建数学模型的正确性,精确度满足工程要求.应用所建立的无轴承开关磁阻电机数学模型,分析了定、转子极宽不等对悬浮力和转矩的显著影响.     

无轴承开关磁阻电机的转矩计算

无轴承开关磁阻电机具有体积小、效率高的优点,分析了无轴承开关磁阻电机的电磁力产生的原理,用增强能量增量法推导计算了电机转矩的方程式,并使用有限元方法对电机的转矩进行了计算验证,分析了电机的转矩特性,给出了实现电机稳定运行的电流取值范围,为电机设计提供了参考。     

无轴承高速开关磁阻电机设计中的关键问题

讨论了无轴承开关磁阻电机在高速运行时的电磁设计、结构强度、稳定性设计、转子应力设计、散热设计、磁性材料选择等关键技术问题,给出了在设计过程中应注意的问题和优化设计的方法依据。考虑上述电机设计原则,对一台7.5kW无轴承开关磁阻电机进行了电磁和结构参数的优化设计,建立了基于ANSYS的二维有限元模型,对径向悬浮力和转矩特性进行了计算,比较了仿真和理论计算结果;在实验样机上测量了主绕组、悬浮绕组电感。结果表明,该设计方法满足了无轴承高速开关磁阻电机的设计要求,对进一步进行参数优化具有参考价值。     

无轴承开关磁阻电机的功率变换器研究

无轴承开关磁阻电机结构简单、运行效率高、容错能力强,具有良好的高温和高速适应性。介绍了无轴承开关磁阻电机的悬浮原理和系统构成,简要分析了其控制策略。根据其控制特点,设计了主绕组和悬浮绕组功率电路拓扑结构,通过实验样机验证了功率电路的可靠性。     

一种无轴承开关磁阻电机独立控制策略

基于无轴承开关磁阻电机中平均转矩和径向悬浮力之间独立控制的思想,研究了一种新型的控制策略。其中主绕组电流单、双相交替工作,悬浮绕组电流固定开关角轮流导通15°,实现无轴承电机转矩和悬浮的独立控制并建立该控制策略下的瞬时转矩、平均转矩和径向悬浮力的计算公式,阐述电机控制参数和控制依据,分析了该控制策略的工作区域。仿真和实验结果均证实了理论分析的正确性和可行性。     

磁悬浮开关磁阻电机径向位移自检测

针对传统位移传感器灵敏度容易受温度和电磁噪声干扰,增大电机体积和结构复杂度等问题,在研究磁悬浮开关磁阻电机转矩绕组和悬浮力绕组之间互感与转子径向位移非线性关系的基础上,研究了一种实用的转子径向位移自检测方法。具体做法是:将一高频测试电流注入转矩绕组,然后在悬浮绕组端电压中滤出由该测试电流引起的互感电压,解调后提取出直流部分,再经简单数学处理后即可得到转子的径向位移。该方法无需专用的位移传感器,简单易行,可以减小电机尺寸,并提高系统的可靠性。仿真及dSPACE平台的实验结果验证了该方法的正确性和有效性。     

单绕组磁悬浮开关磁阻电机径向力数学模型

针对现有的单绕组磁悬浮开关磁阻电机在建立数学模型时常忽略磁饱和影响的不足,利用麦克斯韦应力法,结合等效磁路分析法,推导了考虑磁饱和特性的单绕组磁悬浮开关磁阻电机径向力数学模型。以一台样机为例,建立有限元仿真模型,同时对比基于虚位移法推导所得的数学模型,验证数学模型的正确性和优越性,为电机的运行特性分析、本体优化设计以及控制策略研究提供更准确的理论依据。     

基于有限元法的磁悬浮开关磁阻电机数学模型

当电机高速运行时，为避免机械磨损，采用电磁力进行悬浮支撑，而磁轴承占用轴向空间，限制临界转速。磁悬浮开关磁阻电机利用电机定子与轴承机械结构的相似性，在原有的电机定子绕组上附加一套径向力绕组，通过一定的控制策略，同时实现电机的旋转和悬浮。该文在利用有限元软件Ansoft/ Maxwell 2D分析磁悬浮开关磁阻电机磁场的基础上，结合等效磁回路法并根据虚位移定理，推导出磁悬浮开关磁阻电机在考虑a、b轴方向径向偏移及其耦合时的径向力和转矩的数学模型，并用有限元分析结果验证了该模型的正确性和有效性。     

一种新型的磁悬浮开关磁阻发电机

为了减弱传统磁悬浮开关磁阻发电机内悬浮力绕组与发电绕组之间存在的强耦合问题,并改善悬浮力性能,提出了一种新型的磁悬浮开关磁阻发电机。结合电机结构说明了运行机理,并基于磁通分布以及绕组磁链的有限元计算结果推导了数学模型。该发电机的混合定子上依次设置悬浮极和发电极,可以减弱悬浮和发电子系统的耦合影响,实现二者的独立控制,并且悬浮极与转子齿的对齐面积等于转子齿宽,可以在发电机运转过程中产生恒定的悬浮力,增强径向负载能力,改善悬浮性能。有限元仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

无轴承开关磁阻电动机模型分析与控制

在研究无轴承开关磁阻电动机的电机模型后,对影响它的六个悬浮力系数进行了仿真分析,在此基础上对这六个悬浮力系数合理简化,并针对径向两自由度的解耦提出三种参数的控制器。采用反馈线性化方法进行了动态解耦,最后分别采用三种参数的控制器在Matlab环境下进行了整个径向位置控制系统的仿真建模。仿真结果显示,控制器采用两个参数时就可达到比较好的解耦效果。     

磁悬浮开关磁阻电机直接逆/修正逆全域解耦控制

针对磁悬浮开关磁阻电机模型强耦合、非线性和不完全可逆问题,论文研究了一种基于直接逆/修正逆的磁悬浮开关磁阻电机全域解耦控制方法。该方法通过对电机模型的可逆性分析,将工作区域划分为可逆域和不可逆域;然后在可逆域构造直接逆模型,而在不可逆域则通过选取和修正反馈变量,构造出满足可逆条件的修正逆模型,进而将直接逆和修正逆模型串联与磁悬浮开关磁阻电机之前,将其解耦成2个位移子系统和1个速度子系统。在此基础上,对解耦后的位移、速度子系统进行闭环综合,以提高系统的控制性能。最后,通过试验对所提算法在可逆域和不可逆域的可行性进行了验证,结果表明所提算法可以实现电机全域内的高性能解耦控制,且控制系统具有较好的悬浮、调速性能。