双凸极无刷直流电机三相九状态控制策略研究

该文从机电能量转换角度深入研究了双凸极电机电感周期变化特性对转矩输出能力的影响规律,提出双凸极无刷直流电动机的三相九状态控制方法。分析了双凸极电机三相绕组电感周期变化对相电流通入规律和进一步提升电磁转矩的控制规律的影响。采用场路耦合方法建立双凸极电机驱动系统模型,对比分析三相六状态和三相九状态控制策略对电流和输出转矩影响特性,得到不同转速和转矩下三相九状态控制的开关管优化导通逻辑和提前角参数。研制了1.3 k W双凸极无刷直流原理样机,实验验证了三相九状态控制策略对双凸极电动机输出转矩能力和调速系统运行效率的提高具有明显优势。     

混合励磁双凸极电机提前角控制策略研究

为提高混合励磁双凸极电机在半桥功率变换器供电方式下高速运行时的输出转矩,以定、转子极弧为15°/20°的12/8极混合励磁双凸极电机为研究对象,在对标准角控制策略研究基础上,提出了提前角控制策略,并对不同提前角对电机相绕组电流和输出转矩的影响进行了理论分析和仿真研究,达到了预期目的。     

电励磁双凸极电机九状态控制策略的研究

以三相12/8极结构电励磁双凸极电机(Doubly Salient Electro-magnetic Motor,DSEM)为研究对象,首先分析该电机的电磁特性以及齿槽转矩对转矩脉动的影响;其次分析其电动工作运行原理,在三相六状态控制策略的研究基础上,提出电励磁双凸极电机的三相九状态控制策略,提高平均输出转矩的同时也有效抑制齿槽转矩带来的转矩脉动。以一台18 k W三相12/8 DSEM为例进行有限元仿真和实验验证,结果表明,与六状态控制策略相比,九状态控制策略能够有效减小电机转矩脉动,同时提高输出转矩。     

永磁式双凸极电机新型开通关断角控制策略

采用标准角度控制的永磁式双凸极电机，在换相时三相同时导通或关断，产生较大换相转矩脉动。该文通过对电机内部电磁场的有限元计算，分析了转矩脉动形成机理。为减小换相转矩脉动，提出新型开通角和关断角控制策略。该方法通过提前导通功率变换器上管、滞后关断其下管，对一个周期内的导通模式进行细分，通过换相前后，两相和三相导通方式的切换，提高换相时刻输出转矩，减小电机转矩脉动。根据有限元分析的电感和磁链数据，构造永磁式双凸极电机调速系统非线性仿真模型，并将其与标准角度控制方式进行仿真与实验比较，验证了新型控制策略的正确性。     

定子双馈电双凸极电机恒功率弱磁控制的研究

介绍了定子双馈电双凸极电机(SDFDS)的结构、原理和弱磁调速控制方法。相对于永磁电机,定子双馈电双凸极电机磁场可调,易于实现弱磁控制和基速以上的恒功率控制,大大扩大了电机的调速范围。针对一台三相12/8极定子双馈电双凸极电机,运用Matlab/Simulink软件建立仿真模型,实现该双凸极电机的恒功率弱磁调速,从而说明电机有调速范围更宽的优点。     

电励磁双凸极电机电动和发电功率的比较

根据双凸极电机的机电能量转换过程,从磁能变换的角度分析了电励磁双凸极电机电动及发电时的工作原理。借助有限元仿真软件,针对同一台12/8极电励磁双凸极电机,分析了电枢反应对双凸极电机电动及发电功率的不同影响,比较了提前角度控制和不控全桥整流发电方式下电机的功率密度,给出了不同励磁电流下电机电动及发电功率特性曲线。对原理样机进行了试验,验证了仿真分析的准确性。分析结果表明:电励磁双凸极电机电动和发电最大功率点随励磁电流的增加不断增大,而相同转速、励磁电流条件下,双凸极电机电动功率大于发电功率。     

定子分布励磁双凸极无刷直流发电机电磁特性研究

定子集中励磁双凸极电机与不控整流电路构成的双凸极无刷直流发电机具有调压方便、可靠性高的特点,但其存在三相磁路不对称的固有问题,进而影响三相电势波形与输出电压脉动。深入研究定子分布励磁的电励磁双凸极发电机,对比了分布励磁与集中励磁双凸极发电机结构特点与运行原理,用有限元方法分析了分布励磁双凸极电机的电枢反应、电感特性和磁场分布,并对多相电机及其绕组形式和发电模态进行了研究。研制了原理样机,实验结果与仿真分析一致,表明分布式励磁双凸极无刷直流发电机在合理的绕组结构和整流方式下具有良好的发电性能,解决了传统双凸极无刷直流发电机的整流输出电压脉动大和相电流不对称的问题。     

双凸极发电机增磁式发电方式的特性分析

电枢反应和换相重叠是造成电励磁双凸极发电机外特性软的主要因素。借助有限元仿真软件,比较分析了仅一相整流输出、三相独立整流输出以及常规开关磁阻发电方式(switched reluctance generation,SRG)输出的磁链、电流等波形,并得到了相应的外特性曲线。对原理样机进行实验,验证了仿真分析的准确性。分析结果表明,SRG发电方式的增磁特性有助于减小双凸极发电机的励磁功率;同时,双凸极电机较小的互感值使得各相互感引起的去磁作用可忽略;换相重叠是SRG发电方式外特性变软的重要因素,减小换相重叠角对双凸极发电系统的影响是有效的优化思路。     

轴向磁通电励磁双凸极电机及容错运行控制策略

为使电机系统具有更高的可靠性、较强的容错能力,本文提出一种新型轴向磁通电励磁双凸极电机驱动系统。所提电机不仅具有开关磁阻电机结构坚固、可靠度高的特点,而且还解决了传统电励磁双凸极电机(Doubly Salient Electro-magnetic Motor, DSEM)各相励磁磁路不一致问题。利用可控的励磁磁场补偿电枢磁场以达到容错控制及抑制转矩脉动的目的,并建立非线性数学模型,对新型DSEM驱动系统在三相三状态运行、单相开路、容错控制及加入励磁电流角度控制这四种不同工作状态下的转矩特性进行分析研究。本文的仿真和样机实验结果表明,容错控制策略可以有效降低单相开路故障对电机运行产生的影响,由此验证了新型DSEM拓扑结构的可行性。     

基于双三相永磁同步电机的EPS系统低速段无位置传感器控制

在双三相永磁同步电机(PMSM)电动助力转向(EPS)系统低速段无位置传感器冗余控制中,传统高频脉振电压注入法依赖于电机凸极效应,因而存在位置相关信号的信噪比很小的固有问题。从αβ两相静止坐标系提取高频电流响应信号,直接调制静止两相高频电流,使位置角估算只与直轴电感值相关。将该方法用于饱和凸极性较小的表贴式双三相PMSM。通过仿真和试验验证了所提方法的有效性和正确性。     

电励磁双凸极发电机的电枢反应对外特性的影响分析

针对电励磁双凸极发电机(WFDSG)电枢反应较为复杂,带载后的电枢反应既有增磁作用又有去磁作用,导致磁链和电枢电流的波形严重畸变,不利于电机工作特性分析的情况,提出从磁能的角度分析电机工作特性的方法。根据双凸极电机的机电能量转换过程,在三相不控全桥整流发电方式(DSG2)下,针对1台12/8极电励磁双凸极发电机,分析在不同负载情况下磁链和电枢电流的变化特点和规律,从磁能的角度分析并揭示电机电枢反应作用对电机外特性的影响;分析双凸极发电机的功率流,根据仿真和实验数据进行磁能面积核算。核算结果表明,仿真和实验结果的误差在11%之内,验证了磁能分析方法的正确性。     

基于基波PWM激励的双三相永磁同步电机低速和零速无位置传感器控制

现有的针对双三相永磁同步电机(PMSM)的无位置传感器算法主要是依靠提取反电动势来估计转速和转子位置,在低速和零速的运行条件下将会失效。研究了一种基于基波脉宽调制(PWM)激励的双三相PMSM无位置传感器算法,在低速和零速运行条件下仍能准确跟踪转子位置。该方法利用双三相电机的数学模型和双三相电机的饱和凸极效应,提取包含在一个PWM周期电流变化率中的转子位置信息,从而实现无传感器控制。通过在仿真环境建立仿真模型验证了该算法的正确性。最后在双三相PMSM试验平台上验证了各种工况下算法的可靠性。     

双凸极永磁电机斜极转子设计和绕组换流模式研究

本文首先分析了双凸极永磁电机转子极弧宽度对自定位转矩的影响,提出了双凸极永磁电机等极弧半极宽斜极转子的设计思想;在此基础上,通过对绕组磁链的分析,率先将六状态换流模式引入到双凸极永磁电机的控制系统中,改善了双凸极永磁电机的换流特性,有效减小了转矩脉动,同时简化了系统控制参数,提高了控制的可靠性.数字仿真和试验结果验证了这些设计思想的正确性.     

基于反相高频注入的双三相异步电机磁场位置检测方法

高频注入法能够实现异步电机在低速下的无速度传感器控制,其控制性能很大程度取决于利用电机饱和凸极效应检测磁场位置的准确性。本文分析了双三相异步电机在反相高频注入下磁场位置检测的原理,利用电磁场数值仿真和实验分析了在不同的励磁电流、电磁转矩下的饱和凸极效应,并与三相异步电机做了对比。结果表明,双三相电机的饱和凸极效应更加明显,能更准确地检测到磁场位置。最后通过实验证明了基于反相高频注入的双三相异步电机磁场位置检测方法在低速和零速下的有效性。     

双凸极永磁电机的直接转矩控制

由于双凸极电机的结构,使其在运行时会有较大的转矩脉动,针对这一缺点,提出了双凸极永磁电机的直接转矩控制方式。采用有限元的方法对双凸极永磁电机(DSPM)进行了磁场分析。分析了其数学模型,降低了转矩的脉动。通过仿真验证了双凸极永磁电机直接转矩控制的正确性,并将其与传统的转速电流双闭环控制方式进行了比较,在直接转矩控制方式下,双凸极永磁电机转矩脉动较小,转速更为平稳。     

定子永磁型双凸极电机的转子设计

目前,对双凸极永磁（Doubly salient permanent magnet,DSPM）电机驱动系统研究时间相对较短,尚有不少技术问题有待进一步深入探讨.但鉴于已了解双凸极永磁电机驱动系统具有的优点、特征以及合理使用该系统,结合实践,对定子永磁型双凸极电机的转子进行了设计,分析了双凸极永磁电机的电流斩波控制和角位置控制方式,阐述了功率变换器的电路结构和信号检测原理.     

永磁式双凸极电机机械特性

双凸极电机是20世纪90年代提出的一种新型交流调速电机,由于对其特性研究不多,目前该种电机的应用还很有限.本文以12/8极永磁式双凸极电机(DSPM)为研究对象,以有限元法对电机内电磁场分析结果为基础,运用理论分析及系统稳态运行仿真模型,对永磁式双凸极电机的机械特性进行了初步研究,将机械特性曲线划分为三个区域加以分析.研究结果表明:区域2内特性曲线最硬,区域1、3内特性曲线均较软.在一台原理样机上进行了试验验证,试验结果和理论分析及仿真之间有很好的一致性.     

电动车用定子双馈电双凸极电机的设计与电磁特性

介绍了定子双馈电双凸极(SDFDS)电机的设计方法,导出了电机尺寸方程,设计了一台三相12/8极电机样机.基于二维有限元对电机的磁场分布、磁链、反电动势、电感和静态转矩等电磁特性进行了计算和分析,计算中考虑了励磁磁场和电枢反应的相互作用.样机实验结果验证了设计方法和理论分析的正确性,为该电机的进一步研究和控制系统的设计奠定了基础.     

隔爆型大功率开关磁阻电机仿真分析

采用MAGNET有限元软件对一种双凸极结构,定转子具有可变磁阻回路的开关磁阻电机进行仿真分析,并设计了全压型控制电路对其进行角位置控制联合仿真。     

电动车用新型定子双馈电双凸极电动机驱动系统的设计和实现

设计了基于DSP TMS320F2812电动车用新型定子双馈电双凸极(SDFDS)电动机(以下简称电机)驱动系统.介绍了SDFDS电机的结构和工作原理,给出了驱动系统的控制算法,用系统辨识方法得到速度环PI参数范围,通过仿真确定PI参数,用C语言编制控制程序,对一台三相12/8极750W SDFDS电机样机进行控制.实验结果表明,该SDFDS电机驱动系统符合设计要求,具有良好的稳态和动态性能,为进行电机弱磁扩速与效率优化奠定了坚实的基础.