基于基波电流调控法的六相永磁同步电动机转矩波动抑制方法研究

六相永磁同步电动机一相开路故障时,绕组中的三次反电势将与基波电流相互作用产生较大的转矩波动。针对六相永磁同步电机一相开路故障,以绕组铜耗最小为优化目标,故障前后转矩恒定分量不变和三次谐波电势产生的转矩波动最小为约束条件,建立拉格朗日方程,得到容错运行时相电流的最优解析解。采用数值方法对故障前后电机额定工作状态进行了仿真分析,验证了解析解的正确性。提出的转矩波动抑制方法可以通过调整基波电流的幅值和相位实现对三次谐波反电势所引起转矩波动的抑制,无需对非故障相绕组注入谐波电流,提高了多相电机的容错运行工程实用性。     

三次谐波注人式五相永磁同步电机DTC

为了提高五相永磁同步电机(PMSM)的转矩密度,给出了含有3次谐波磁场的凸极式五相PMSM在3种坐标系下的数学模型,揭示了绕组中3次谐波电流与3次谐波磁场相互作用可以产生恒定的电磁转矩。此外,提出了一种基于基波空间和3次空间的双坐标空间的直接转矩控制(DTC)策略。实验表明,该策略实现了基波转矩及磁链、3次谐波转矩及磁链的同时控制,系统动态响应迅速。     

3种谐波电流注入模式下的磁通切换永磁电机缺相容错控制

对矢量控制九相定子36槽/转子34极磁通切换永磁(flux-switching permanent magnet,FSPM)电机驱动系统中一相断路故障工况进行研究。单相故障时,根据转矩电流分量不变及定子铜耗方程,提出了3种谐波电流注入模式下无扰运行的容错控制策略,即在容错运行时分别注入3次,3、5次以及3、5、7次谐波电流,进而获得铜耗最小优化目标的容错电流通用在线生成方法。仿真分析和原理样机容错实验结果,证明了所提方案可以减小定子绕组断路故障引起的转矩脉动,使九相FSPM电机在故障状态下的运行性能得到明显改善,有效提高调速系统的可靠性。     

六相永磁同步发电机容错控制的谐波补偿研究

针对六相永磁同步发电机一相开路后的3次谐波影响,建立了扩展的六相静止坐标变换阵,并根据该矩阵和旋转坐标变换阵建立了电压和转矩数学模型,并且分析了经过扩展变换阵变换后的电压方程中d-q子空间的耦合关系,提出了消除解耦后d-q轴电压耦合的2次旋转坐标变换阵。考虑到3次谐波磁链和电感对六相永磁同步发电机容错模式下的电压和转矩的影响,提出了基于定子铜耗最小约束下的闭环控制策略,针对电压和转矩中的3次谐波扰动,推导了闭环控制中的谐波补偿表达式。仿真和实验验证了提出的补偿控制策略对3次谐波影响消除有效性,明显改善了容错控制策略在单相开路后的性能。     

三次谐波注入式五相永磁同步电机转矩密度优化

为了提高三次谐波注入式五相永磁同步电动机的转矩密度,通过理论推导及有限元分析方法,提出了在定子电流幅值不变的前提下,使转矩密度达到最优的三次谐波注入率优选方法。通过五维空间矢量解耦变换,得到了2个二维正交子空间d1-q1和d3-q3下的数学模型,并设计了双空间矢量控制系统,以实现对基波和三次谐波分量的解耦控制。设计了一台气隙磁场为梯形波的五相永磁同步电动机样机及其五相电压源逆变器驱动系统,在单片XC3S1200E型号的FPGA中实现了双空间矢量控制数字算法,实验结果表明所提出的双空间矢量控制算法可以独立控制基波和三次谐波电流。在不增加功率变换器容量和电机本体尺寸的前提下,通过三次谐波注入率的优选,可将五相电机的转矩密度提高约20%。     

三次谐波注入式五相永磁同步电机矢量控制策略

从矢量空间解耦的观点出发,建立了含有3次谐波磁场的五相永磁同步电机(permanent magnetic synchronous motor,PMSM)在旋转坐标系下的数学模型,揭示了绕组中各次谐波电流对机电能量转换所产生的不同作用,通过注入一定含量的3次谐波激磁电流,可以在提高电机输出转矩的同时,降低电机定子铁心的磁饱和程度。根据谐波注入前后逆变器功率容量保持不变的原则,通过理论推导和仿真分析,得到了电机输出转矩随3次谐波注入率的变化趋势,为五相PMSM的优化设计和性能分析提供了理论基础。设计了基于转子磁场定向的五相PMSM矢量控制系统,实现了对基波和3次谐波电流的解耦控制。仿真和实验结果验证了方法的正确性和可行性。     

隐极发电机阻尼绕组和槽楔对励磁转矩的影响

为了说明在外部稳态不对称情况下,阻尼绕组和阻尼槽楔对同步隐极发电机励磁绕组恒定电磁转矩和二次谐波电磁转矩的影响。首先,在同步隐极发电机正序等效电路和负序等效电路以及正序磁场恒定电磁转矩和负序磁场恒定电磁转矩分析的基础上,推导出一种新型研究同步隐极发电机恒定电磁转矩的解析方法。然后,在磁场相互作用分析的基础上,提出一种分析同步隐极发电机励磁绕组二次谐波电磁转矩的新方法,并用该方法分析了电流不对称度、阻尼绕组和阻尼槽楔对同步隐极发电机励磁绕组二次谐波电磁转矩幅值的影响。最后,为了验证解析分析的正确性,采用时步有限元法进行仿真计算,有限元数值算法的结果与解析分析结果具有良好的一致性。     

基于实测定子电流的表贴式永磁同步电机转矩波动系数计算方法

利用实测定子电流计算转矩波动系数有助于监测永磁同步电机在实际工况下的转矩波动程度以及根据其变化进行故障预测。针对采用d-q轴数学模型、矢量控制的表贴式永磁同步电机,考虑永磁同步电机定子电流基波、谐波与转子磁场基波、谐波的相互作用对转矩波动的影响,推导出转矩解析计算模型。实测定子电流以及转子磁场进行傅里叶分析,确定主要谐波阶次以及转矩波动的主要阶次。依据对实验实例的分析,提出了利用实测定子电流计算永磁同步电机转矩及其波动系数的方法。结果表明能够用于实时监测永磁同步电机在实际工况下输出转矩波动系数。     

大容量晶闸管变频调速系统脉动转矩抑制方法研究

介绍了一种大容量晶闸管电流型变频调速系统脉动转矩抑制的新方法,分析了六段供电方式下双定子绕组异步电机的气隙磁场,分析结果表明该方法能消除５次、７次谐波电流产生的脉动转矩以及基波电流产生的空间５次、７次谐波磁场对电机运行的影响。     

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。     

五相永磁同步电机缺相运行的建模与控制

为提高五相永磁同步电机(PMSM)控制系统的可靠性,减小定子绕组发生开路故障时电机输出转矩的脉动分量,提出了五相PMSM缺相运行时的容错控制策略。从矢量空间解耦的角度,建立了含有3次谐波磁场的五相PMSM缺相运行时的数学模型。根据瞬时功率守恒原理,对故障前后的电磁转矩进行分析,提出了平均转矩保持不变的容错控制策略,通过重新分配各相电流的幅值和相位,实现了控制系统的满负荷运行;为了使电机在缺相故障时仍能提供平滑转矩,提出了脉动转矩保持为零的容错控制策略,实现了控制系统的无扰运行。采用转子磁场定向的方法,通过对旋转坐标系下的交直轴电流和零序电流进行控制,实现了对电机输出转矩的补偿。实验结果表明,所提出的容错控制算法能够有效改善五相PMSM在定子绕组发生开路故障时的运行性能。     

基于转子形状优化设计的三次谐波注入式五相IPMSM气隙磁场优化

五相永磁同步电机(PMSM)可通过注入三次谐波电流来提高电机的转矩密度。除三次谐波外,削弱永磁体产生的其他次空间谐波可以降低电机的转矩脉动、减小电机的振动和噪声。因此,针对三次谐波注入式五相内嵌式永磁同步电机(IPMSM),提出一种转子铁心形状优化设计方法。理论推导转子铁心形状的解析表达式,根据电机参数进行有限元建模,得到优化后的电机模型气隙磁密谐波含量及转矩脉动。与优化前的电机模型进行仿真对比,得到的结果与理论分析吻合,气隙磁场优化效果显著。     

双通道永磁同步伺服系统的容错性能

航空双通道永磁同步伺服系统由双绕组永磁同步电动机与两套功率电路组成,在一个通道故障时能够实现容错工作模式,以提高系统的任务可靠性.论文研究了该电动机容错工作模式下静态和动态特性、允许工作电流和转矩,通过仿真分析了伺服系统在容错模式下电机功率损耗与控制性能的关系.     

基于铜耗最小的五相永磁同步电机单相断路故障解耦容错控制

为提高五相永磁同步电机故障状态下的转矩性能,提出了一种基于铜耗最小的解耦容错控制方法。在磁动势不变原理与铜耗最小原则的基础上,求解出故障后电机的容错电流,然后根据所求得的补偿电流,推导出电机缺相后的降维变换矩阵,从而建立故障后五相永磁同步电机的数学模型,实现故障后电机的解耦控制。采用联合仿真的方法来验证所提出的容错控制算法。仿真结果表明,缺相后电机的转矩脉动得到了有效的降低,实现了电机的无扰容错运行。     

辅助磁障永磁同步电动机的电磁分析与参数优化

辅助磁障永磁同步电动机既具有永磁同步电动机高功率密度、高效率、高功率因数等优势,又兼具同步磁阻电机的宽调速范围、无高温退磁等优点,在调速驱动领域具有广阔的应用前景。在优化辅助磁障永磁同步电动机磁障形状、周边磁桥形状、磁障层数和永磁体占比的基础上,将其与“一”字型和“V”字型内置式永磁同步电动机进行对比分析,借助二维有限元仿真软件对三种结构的负载转矩、转矩脉动、损耗及效率等运行性能进行全面对比。以减小齿槽转矩有效值、减小空载反电势谐波含量和提高负载转矩有效值为目标对辅助磁障永磁同步电动机进行转子结构优化,对辅助磁障永磁同步电机的推广应用具有一定的参考价值。     

同步电动机转矩角矢量控制原理

通过分析异步电动机转差频率矢量控制的特点,阐述了异步电动机转差频率和同步电动机转矩角之间的本质联系.类比于异步电动机转差频率矢量控制原理,提出了同步电动机转矩角矢量控制原理.该原理适用于控制精度要求不太高的同步电动机的控制系统,具有较高的性能价格比.     

大功率永磁辅助同步磁阻牵引电机磁极优化

永磁牵引系统是下一代轨道交通的发展方向,但高速惰行、带速重投和匝间短路等难题阻碍了永磁牵引的应用,永磁辅助同步磁阻电机是解决上述难题的最佳选择。总结了永磁辅助同步磁阻电机的设计方法,设计了3层U型磁障大功率牵引驱动电机,给出了各层磁障对应的极弧系数和磁障张角以及永磁体最佳尺寸比。提出用偏心气隙结合不均匀磁桥对磁极结构进行优化。发现气隙比为1.63时,抑制转矩脉动的效果最佳;而不均匀磁桥不仅可以降低转矩脉动,还使转子的机械强度得到提高。对所设计的380 kW永磁辅助同步磁阻牵引电机的分析表明,所提出的方法可有效地降低转矩脉动。     

定子斜槽结构对永磁同步电动机影响的分析

从齿槽转矩及电磁转矩两个方面分析定子斜槽结构对永磁同步电动机的影响,利用二维有限元分层法,对永磁同步电动机直槽结构与斜槽结构进行对比,并分析不同斜槽结构永磁同步电动机齿谐波、起动性能及脉动转矩的影响。     

基于故障后最小动能轨迹的同步发电机暂态稳定性分析方法

为了简单并准确地分析同步发电机暂态稳定性,提出结合时域仿真,并分别利用故障后系统稳定和不稳定时的故障切除时间和最小动能线性连接的交点,得到同步发电机的故障临界切除时间的混合评价方法。针对同步发电机模型不考虑阻尼和考虑阻尼2种情况,对提出的基于故障后最小动能轨迹暂态稳定性混合评价方法,分别进行了故障临界切除时间的计算,并和传统的故障后最小动能轨迹方法、时域仿真方法结果进行了比较。结果表明混合方法计算精度优于传统的故障后最小动能轨迹方法,该计算方法比时域法更简单。