多相永磁同步电机磁场解析建模与容错性能分析

为了快速、准确计算多相永磁同步电机(PMSM)在一相或多相绕组故障发生时的容错运行能力,基于傅里叶级数分析方法,在二维极坐标系下建立了多相内转子表贴式永磁同步电机（SPMSM）绕组缺相不对称运行下的空载、负载磁场解析计算模型,并对气隙磁密、空载反电动势(EMF)以及电磁输出转矩等性能参数进行准确计算。设计制作一台44极48槽12相船舶用内转子SPMSM,并通过有限元分析和试验测试对磁场解析模型的准确性进行了验证。在此基础上,为了提高多相电机的容错能力,以最小等值相电流为优化目标,建立了多相电机驱动系统一相绕组开路故障容错控制策略,并以电磁输出转矩、转矩脉动等性能参数为考核指标,对12相SPMSM的容错性能进行了深入分析,进一步提高电机驱动系统的可靠性。     

五相永磁同步电机与三相永磁同步电机容错控制性能对比分析

近年来,五相永磁同步电机因其自身具有较好的容错控制性能,从而获得了国内外研究人员越来越多的关注,已有大量文献对五相永磁同步电机进行了深入研究。本文首先定性对比分析了五相永磁同步电机与传统三相永磁同步电机容错控制策略的差异性;其次应用有限元仿真软件Ansoft设计两套物理尺寸完全相同的三相永磁同步电机和五相永磁同步电机,在此条件下定量对比分析两电机容错控制性能的差异性,其能够排除由于两电机物理尺寸不同而造成两电机容错性能差异等因素的影响,使得比较条件更加客观、比较结果更具参考价值。理论分析与仿真结果均表明:与传统的三相永磁同步电机相比,五相永磁同步电机具有更加优良的容错控制性能。     

双三相永磁同步电机直接转矩控制

针对基于开关表的直接转矩控制技术的定子电流谐波和磁链误差较大等问题,提出一种旨在减小定子谐波电流的基于空间矢量调制的直接转矩控制技术。电机解耦后,保持α-β平面电压矢量最大和x-y平面电压矢量最小原则,给出最大4矢量空间矢量调制策略中SVPWM波形产生过程。在Matlab/Simulink中构建双三相永磁同步电机调速系统模型,结果表明使用所提出的控制技术,调速系统动态响应快、磁链接近理想圆形、定子电流谐波因数减小到1.83%。     

双三相永磁同步电机谐波电流抑制技术

针对双三相永磁同步电机定子电流中存在较大谐波问题,根据比例谐振(proportional resonant,PR)控制器在谐振处无穷大增益,能够对交流输入信号进行无静差跟踪调节特性,提出一种基于PR控制器对谐波电流进行抑制的改进型矢量控制策略。基于谐波基下的双三相永磁同步电机数学模型和谐波电流分析基础,在z1-z2子平面引入2个PR控制器对定子电流的5、7次谐波进行控制,并进行了软件仿真与实验验证。结果表明,在z1-z2子平面引入PR控制器能有效地改善定子电流波形,谐波电流含量下降50%以上,能较好地降低电机损耗与逆变器容量,提高电机运行性能。     

双三相永磁同步电机电磁性能解析计算

采用傅里叶级数法计算表贴式双三相永磁同步电机的电磁性能。解析模型建立在二维极坐标下,求解区域划分为槽、槽开口、气隙和永磁体四类子域。以矢量磁位为求解变量,在槽开口和气隙子域建立拉普拉斯方程,在槽和永磁体子域建立泊松方程,根据分离变量法求解偏微分方程,并利用各子域之间的边界条件得到谐波系数。解析模型考虑了径向/平行/Halbach等多种充磁方式,内/外永磁转子结构,适用于隔齿绕/全齿绕两种形式的分数槽集中绕组,可用于计算电机空载磁场、电枢反应磁场和负载磁场。在解析模型的基础上,求解了齿槽转矩以及两种分数槽集中绕组连接方式下的空载反电动势和电磁转矩。与有限元结果相比较,表明了解析方法的准确性。     

双三相永磁同步电机绕组开路故障诊断方法

为了实现对双三相永磁同步电机绕组开路故障的快速诊断与定位,利用双三相永磁同步电机所特有的谐波子平面,提出采用谐波子平面电流矢量并结合归一化处理方案的双三相永磁同步电机绕组开路故障诊断策略。首先,根据故障前后谐波子平面电流矢量幅值大小的变化进行绕组开路故障的检测,其次,依据绕组开路故障后不同的电流矢量相角,准确定位出发生开路故障的绕组。为消除负载发生突变时可能造成的误诊断现象,进一步设计了针对谐波子平面电流矢量的归一化处理方案,提升对双三相永磁同步电机绕组开路故障诊断的鲁棒性。仿真和实验结果表明,所提策略能够快速地诊断并定位出绕组的开路故障,在负载发生突变时也可以表现出良好的可靠性和鲁棒性。     

双三相永磁同步电机多矢量控制技术研究

传统空间矢量调制技术只控制α-β平面的电压参考矢量,忽视了x-y平面的电压参考矢量,因此x-y平面产生较大的电流谐波分量,导致电机定子铜耗增加,影响电机控制性能。以双三相永磁同步电机为研究对象,采用2种4矢量SVPWM调制策略,同时控制α-β平面和x-y平面的电压参考矢量。结合电机解耦数学模型和基于id=0的矢量控制技术,对双三相永磁同步电机调速系统进行仿真分析。结果表明,两种SVPWM控制算法能够提高直流母线电压的利用率,输出电压接近正弦,电磁转矩脉动小,电流谐波含量少,定子铜耗低,验证了该方法的可行性和有效性。     

基于双三相永磁同步电机的复用变压器的分析

为了降低车载充电系统的体积和成本,此处将双三相永磁同步电机复用为变压器,并研究了该复用变压器的性能。首先,通过有限元仿真分析了复用变压器的空载特性、传输功率和传输效率。其次,对复用变压器初、次级电流产生的转矩进行了分析。分析结果表明,转子位置影响复用变压器的磁路进而影响损耗的大小。提高电源频率能够降低损耗,提高复用变压器的传输效率。初、次级电流使电机产生了脉振的转矩,调整转子位置或提高电源频率能够有效地降低转矩,减小电机振动。最后,使用一台双三相永磁同步电机的复用变压器进行了实验验证。     

五相永磁同步电机与传统三相永磁同步电机对比分析

首先阐述了五相永磁同步电机和三相永磁同步电机容错控制运行的方法,并比较分析了它们的工作性能;其次,具体、详尽阐述了五相永磁同步电机较传统三相永磁同步电机输出电磁转矩特性好的根本原因;讨论了五相永磁同步电机实现低压大功率驱动运行的机理;介绍了五相永磁同步电机定子绕组通过注入电流三次谐波以增大其电磁转矩,并实现五相永磁同步电机兼具有无刷直流电机功率密度高和正弦波永磁同步电机可控性好的优点。     

双三相永磁同步电机多谐波电流协同控制策略

利用双三相永磁同步电机的定子电流中低次谐波电流,可以提升电机的输出转矩。虽然控制五、七次谐波电流相对简单、易于实现,但提升电机的输出转矩有限。尽管三次谐波电流能够有效地提升电机的输出转矩,但其控制复杂。为解决电机电流维数利用不足的问题,将传统的两空间矢量控制算法推广至零序子空间,实现对基波电流、三次谐波电流和五、七次谐波电流的解耦控制,能够充分利用双三相电机的谐波电流,提高双三相电机的控制性能。实验结果验证了三空间矢量控制策略的可行性和多谐波电流协同控制提升系统输出转矩的有效性。     

低谐波双三相永磁同步电机及其容错控制

研究了一种分数槽集中绕组低谐波永磁同步电机,介绍了该电机特殊的绕组结构,分析了电机在正常运行时降低磁动势谐波的原理,并提出了电机在开路故障时相应的容错控制策略,即以输出平滑转矩和仍具有降低磁动势谐波效应为约束进行容错控制。最后,通过仿真和实验验证了所提出的容错控制策略的有效性。     

双三相永磁同步电机无差拍电流预测控制

传统PI控制器的双三相永磁同步电机四维电流矢量控制无法有效抑制交变的谐波电流分量,且动态响应速度较慢.为有效降低相电流谐波畸变率,提高矢量控制动态响应速度,提出了一种基于无差拍的双三相永磁同步电机电流预测控制策略.引入无差拍控制器控制基波平面电流,可以提高系统动态响应速度.同时,在谐波平面引入比例谐振(PR)控制器,可以实现对谐波平面电流的无静差跟踪.仿真和试验结果表明,所提出控制策略在动态响应和谐波抑制的效果上均优于基于比例积分(PI)控制器的四维电流矢量控制.     

双三相永磁同步电机在电动汽车中的应用研究

针对电动汽车续航能力、运行工况复杂、高可靠性运行等要求,以相移30°双三相永磁同步电机为研究对象,对电动汽车驱动系统特性展开讨论,包括基于空间矢量解耦的数学模型,空间矢量调制技术以及基于转子磁场定向的矢量控制、无速度传感器等方面,弥补了传统三相驱动系统存在的劣势,给出了适用于电动汽车的高效率、快响应、高可靠性的双三相永磁同步电机驱动系统的解决方案。     

双三相永磁同步电机模型预测电流控制研究

六相逆变器为双三相永磁同步电机提供了丰富的电压矢量资源,能够使预测电流控制变得更加精准,但更多的电压矢量会带来算法计算量过大的问题,同时双三相电机的谐波电流会使电机的损耗增加,需要对其进行抑制.提出了一种改进的模型预测电流控制方法.利用最外围大矢量与次外围中矢量在z1z2子平面方向相反的特性,在一个控制周期内将两个矢量...     

双三相永磁同步电机的建模与矢量控制

针对相移30°Y型连接双三相永磁同步电机,分别采用双d-q变换和矢量空间解耦的方法建立了电机的数学模型,前者从两套三相子系统的角度给出了电磁转矩的表达式以及两套绕组之间存在的耦合关系,后者则揭示了不同的电流谐波分量对机电能量转换所产生的不同的作用.根据两种不同的模型搭建了两套双三相永磁同步电机矢量控制系统,通过对两种控制策略的比较分析,指出了两者之间的内在联系和在控制效果上的等价性.开环的仿真实验对两种建模方法的一致性进行了验证,而闭环的仿真和实验结果则表明两种矢量控制方案在相同的控制参数下具有一样的控制性能.     

双三相永磁同步电机虚拟电压矢量模型预测控制

本文针对相移30°双三相永磁同步电机模型预测控制计算时间长以及x-y子平面电流对定子电流与电机运行效率的影响,提出了虚拟电压矢量模型预测控制。以x-y子平面电压矢量等于零为条件,采用α-β子平面中大电压矢量和中大电压矢量构建虚拟电压矢量用于预测控制,以简化预测模型和迭代次数。并对比分析了常规的双三相永磁同步电机模型预测控制,通过仿真验证了虚拟电压矢量模型预测控制,具有很好的动态和跟随性能,对抑制x-y平面电流,也具有很好的效果。     

高可靠双三相永磁同步电机的转矩优化设计

针对双三相永磁同步电机(PMSM)的输出转矩提升问题,分析了3次谐波电流注入电机相电流和反电动势的控制原理,对驱动系统进行优化,调节3次谐波电流,解决2套绕组间的电流干扰问题。在最优相电流的基础上,提出了永磁体塑形方法,综合考虑定子齿槽效应、铁心饱和以及齿尖、极间漏磁,并得到最优的类正弦反电动势。类正弦电流与类正弦反电动势相互作用,电机的输出转矩提升了18.1%。通过有限元分析和样机试验验证了理论分析的正确性,为高可靠双三相PMSM的规模化应用提供了技术支撑。     

双三相永磁同步电机位置伺服前馈反馈复合控制

传统伺服系统的位置控制器只采用纯比例控制,不能兼顾系统的响应速度和稳定裕度,且对斜坡等输入信号不能实现无差跟踪。通过分析位置伺服系统的传递函数,设计了一种新型前馈反馈复合控制器。该复合控制器重构了系统的误差传递函数,使系统能够准确跟踪给定信号,提高了伺服系统的跟踪性能和稳定性。为了进一步提升电流环动态性能,在电流环添加反电动势前馈势补偿,用于减小反电动势对电流响应的影响。仿真和试验表明,该控制方法提高了位置伺服系统的动态性能和跟踪精度,验证了前馈反馈复合控制的有效性。     

低共模干扰的双三相永磁同步电机SVPWM控制

提出一种空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)控制方法以降低双三相永磁同步电机系统的共模干扰。首先分析了电机驱动系统中共模电压产生的原因,然后利用双三相永磁同步电机电压矢量冗余的特点,在每一扇区内选择低共模电压幅值和变化频率的电压矢量组合,从而降低系统的共模干扰。理论分析和实验结果表明,采用该双三相永磁同步电机低共模干扰SVPWM控制方法,共模电压的幅值降低为直流母线电压的1/6,一个周期内共模电压的变化次数降低为2次,从而降低了系统的共模电流,并且当电机运行于中高速情况下,定子电流谐波并没有明显的增加。     

一相开路双三相永磁同步电机建模与控制

根据一相开路故障状态下四种不同的中线连接方式以及相应的电流约束条件,采用矢量空间解耦的建模方法,确定了不同的坐标变换阵,建立了一相开路双三相永磁同步电机的数学模型。每一个模型都被分别映射到参与机电能量转换的d-q子空间和与机电能量转换无关的z1-z2-z3子空间中,各模型在d-q子空间的方程具有相同的结构形式和不同的系数矩阵。通过将z1-z2-z3子空间的电流给定值设为零,就可以得到各种连接方式下的定子铜耗最小矢量控制策略。仿真与实验结果表明,电机在各种连接方式下缺相运转正常,从而有效提高了整个系统的容错能力。