开关磁阻电动机转子偏心特性分析

利用有限元软件建立12/8极开关磁阻电动机的二维电磁模型,分析了转子静态偏心时定子极下气隙磁密和径向力随电流的变化规律;建立定子三维模型进行模态分析,得到电机振型和固有频率,进而分析了转子静态偏心时定子所受径向力随转子位置角的变化曲线,并对径向力进行频谱分析,揭示了径向力与电机振动的关系,为开关磁阻电动机振动和噪声的抑制奠定了基础。     

不均匀气隙齿顶对外转子轮边直驱电机性能影响

为了使轮边直驱电机能够稳定运行,选用定子齿顶偏心致使气隙不均匀来改善磁场波形,降低电机的转矩脉动,同时电机的损耗也有所降低,电机整体性能得到了提高。用Maxwell2D软件对最大气隙、最小气隙组合对应的偏心距进行参数化分析,得到过载时刻转矩脉动最小的偏心距。再与偏心距为0时的气隙磁密、空载反电势、涡流损耗、铁心损耗、转矩脉动。合理表明气隙不均匀可以改善电机性能。     

基于有限元法的内置式永磁同步电机电磁振动多物理场耦合研究

由于永磁同步电机的定子齿与转子磁极之间存在较强的电磁力,当转子旋转时会引起定子振动向外产生辐射噪声。本文以一台4极27槽的内置式永磁同步电机(IPMSM)为例,利用有限元法对该电机的主要径向力波和气隙磁密进行了计算和分析,在此基础上,对该电机的振动和噪声进行了耦合仿真,最后针对电机的振动噪声问题,提出采用定子斜槽来削弱齿槽转矩,从而减小振动噪声,提高电机整体性能。     

永磁体和气隙对双凸极永磁电动机转矩脉动的影响

新型双凸极永磁电动机(DSPM)的定子和转子均为双凸极结构,电动机内有显著的边缘效应和局部饱和现象。转矩特性(包括输出转矩和转矩脉动)是电机设计和控制过程中非常重要的研究对象。从电动机永磁体的大小和气隙的厚度等方面研究,找出了永磁体尺寸和气隙厚度等因素对电机转矩脉动的影响。通过计算比较,得出了能使电动机转矩脉动较小的永磁体尺寸和气隙厚度。研究对该类电动机的设计有一定的借鉴意义。     

削弱永磁同步电机齿槽转矩的转子再设计方法

为削弱再制造车用永磁同步电机齿槽转矩,提出一种转子再设计的齿槽转矩削弱方法,研究了转子偏心结构的偏心角度对齿槽转矩的影响。通过有限元仿真,在确定最大、最小气隙长度的基础上,建立了不同偏心角度的电机模型,对比分析各模型空载、负载性能,优化了偏心角度。结果表明:偏心角度为2°时,再制造电机齿槽转矩幅值比原电机降低了10%,输出转矩均值提高了1.2 N·m。转子偏心再设计可以削弱再制造电机齿槽转矩,提高再制造电机的性能。     

负载变化下无传感器感应电机主动零频穿越及脉动抑制策略

无速度传感器感应电机系统在低速、变负载工况运行时,转速可观测性较差。为此,提出一种负载变化下无传感器感应电机主动零频穿越及脉动抑制策略。首先,基于误差系数矩阵行列式分析,阐述了低速发电不稳定的原因,揭示了负载变化对感应电机低速运行稳定性的影响,指出负载变化下恒励磁电流策略存在转速不可观测、系统稳定性差等问题。进而,以提高负载变化下系统的转速可观测性为目标,引入主动零频穿越策略,并基于定子电流限制推导出励磁电流自适应变化区间与其修正步长。为提升系统稳态带载能力,分析了同步转速限制值对电机转矩输出能力的影响,并给出同步转速限制值取值范围。此外,为抑制主动零频穿越过程中的转速/磁链/电流脉动,保证电磁转矩和负载实时匹配,提出转矩电流相位补偿方法。最后,在2.2 kW的感应电机实验平台上验证了所提方法的有效性。     

基于电机驱动系统的齿轮故障诊断方法对比研究

电机的电磁转矩、定子电流等信号可以反映负载转矩的变化,故而在采用电机驱动的齿轮传动系统中,可直接利用电机本体作为传感器来实现齿轮故障的无损诊断。建立了电机、齿轮一体化机电系统模型,对电磁转矩分析法(ETSA)和电机电流特征分析法(MCSA)的故障诊断原理进行了分析与仿真验证,发现电磁转矩信号不受电流基波的影响,更能直观地体现出故障信息;且故障特征在频域下比时域下更为明显。实验平台综合对比了不同转速和负载转矩下两种方法的诊断效果。结果表明两种方法均受转速和负载转矩影响较大,低速重载有利于故障诊断的进行;但ETSA比MCSA适用的转速范围更广。     

基于齿部磁场分析的大型潜水电机气隙偏心故障研究

大型潜水电机广泛用于工矿企业给排水、城市污水处理等场所,然而转轴弯曲、轴承磨损等机械故障会引起气隙偏心。气隙偏心轻则导致气隙磁场畸变、振动增大和电流波动,重则定、转子相摩擦,导致设备停机或损坏。由此推导了大型潜水异步电机动态气隙偏心状态下某一固定位置处的定子齿部磁通解析表达式,分析偏心状态下的磁通故障频率,其基本思想是认为定、转子合成磁动势和气隙磁导决定了气隙磁通的大小,而定子齿部对应位置处气隙中的磁通全部经过齿进入定子轭部,据此提出了基于齿部磁场分析的大型潜水电机气隙偏心故障在线监测方法。最后,利用有限元法对理论分析进行了验证,并对故障频率的幅值与偏心度之间的关系作了进一步探索,为异步电机动态气隙偏心的精确检测提供了依据。     

电流频谱技术在电机故障诊断中的应用

阐述了电流频谱诊断原理、产生机理,对电机定转子和气隙偏心等常见故障对电流谐波和力矩的影响进行了分析,讨论了电流频谱技术在电机运行状态和故障诊断中的可行性.     

轴向磁化永磁微电机最小尺寸分析及研制

在轴向磁化永磁电机设计中,为研究尺寸效应对其性能的影响,采用基于单元边的有限元方法对这种双转子电机的转矩进行了仿真计算,得出了轴向磁化永磁微电机定子线圈线宽和线间距均为50 mm 的最佳布线密度,分析了电机在结构、转矩和气隙磁场多方面因素共同限制下所能达到的最小尺寸,即精密机械意义上的能满足实际应用的最小电机直径为10 mm,最小厚度为4 mm,通以0.1 A的电流时能获得47 mNm的转矩。采用一体化多极磁化方法和深刻蚀成型电铸工艺分别制作了直径10 mm电机的转子永磁体和硅片上的平面定子线圈。分析方法和结果可对该类电机微小型化过程中的设计起指导做用。     

Mechanical Load Fault Detection in Induction Motors by Stator Current Time-Frequency Analysis

This paper examines the detection of mechanical faults in induction motors by an original use of stator current time-frequency analysis. Mechanical faults lead generally to periodic load torque oscillations. The influence of the torque oscillations on the induction motor stator current is studied using an analytical approach. The mechanical fault results in a sinusoidal phase modulation of the stator current, which is equivalent to a time-varying frequency. Based on these assumptions, several signal processing methods suitable for stator current signature analysis are discussed: classical spectral analysis, instantaneous frequency estimation, and the Wigner distribution. Experimental and simulation results validate the theoretical approach in steady-state operating conditions     

A Microprocessor-Based Motor Speed Regulator Using Fast-Response State Observer for Reduction of Torsional Vibration

A new state observer, which is suitable for microprocessor-based motor drives, and its application to suppression control of shaft torsional vibration are described. A distinct feature of the state observer is that a fast-response load torque estimation is obtained by processing the detected motor current and the encoder output pulses by a hardware circuit for each encoder pulse generation. Suppression control of the shaft torsional vibration is achieved by calculating a compensation signal from the estimated load torque with the microprocessor software. A microprocessor-based speed regulator for dc motor drives, which utilizes the state observer and suppression control of the shaft torsional vibration, was developed for evaluation purposes and tested with a 15-kW dc motor. The load torque of the motor can be estimated accurately, even with a 15-Hz vibration frequency, and the torsional vibration can be eliminated with the proposed suppression control.     

Distinguishing Load Torque Oscillations and Eccentricity Faults in Induction Motors Using Stator Current Wigner Distributions

This paper proposes a novel diagnosis method for detection and discrimination of two typical mechanical failures in induction motors by stator current analysis: load torque oscillations and dynamic rotor eccentricity. A theoretical analysis shows that each fault modulates the stator current in a different way: torque oscillations lead to stator current phase modulation, whereas rotor eccentricities produce stator current amplitude modulation. The use of traditional current spectrum analysis involves identical frequency signatures with the two fault types. A time–frequency analysis of the stator current with the Wigner distribution leads to different fault signatures that can be used for a more accurate diagnosis. The theoretical considerations and the proposed diagnosis techniques are validated on experimental signals.      

对降低开关磁阻电动机振动和噪声的两步换相法频域分析

针对开关磁阻电动机运行的振动和噪声问题,基于频域分析方法,研究了电压PWM运行方式下,采用两步换相法降低开关磁阻电动机振动和噪声的机理。仿真结果表明,采用两步换相可以减小电流和径向力的波动;在电机出力相同的情况下,可以减小电机的振动和噪声;在平均径向力相同的情况下,可以提高电机的出力;适当地微调控制参数减小某些频率点的电流幅值,可避免与定子固有频率谐振,减小振动和噪声。     

永磁伺服电机转子偏心对电机性能的影响研究

针对永磁伺服电机转子偏心对电机综合性能的影响,以一台14 k W卷烟自动化设备永磁伺服电机为例,建立了电机二维电磁场数学模型,给出了求解域以及相应的边界条件;采用有限元计算方法,计算分析了永磁电机转子偏心对气隙磁场的影响,给出了转子偏心影响气隙内谐波磁场的变化规律,并与部分实测数据进行了对比。在气隙谐波磁场分析的基础上,定量分析了气隙谐波磁场的变化对电机输出转矩和电机转子表面涡流电密的影响,给出了静态偏心、动态偏心以及不同偏心程度情况下电机输出转矩、电机转子涡流损耗的变化规律,并进一步揭示了涡流损耗变化的机理,为深入研究永磁电机偏心对电机性能的影响提供了理论基础。     

不对称磁障对IPMSM电磁振动噪声的影响分析

针对目前一些采用不对称磁障法降低内置式永磁同步电机(IPMSM)转矩脉动的研究并未细致分析其对电机电磁振动噪声产生何种影响的问题,以一台37 kW IPMSM为研究对象,建立了原始电机和具有不对称磁障结构电机的电磁场有限元模型与振动噪声耦合模型,对比分析了不对称磁障结构对电机振动噪声的影响。从理论上分析了永磁电机径向电磁力波的阶次、频率特征,并利用有限元法与二维傅里叶分解法对得到的气隙处径向电磁力波进行分解。建立定子结构有限元模型,对其进行模态分析。在仿真平台搭建振动噪声耦合模型,仿真得到电机定子振动响应与电磁噪声。结果表明,采用不对称磁障的设计方法虽然能降低电机的转矩脉动并且不会牺牲电机输出转矩,但会产生其他倍频的电磁力,增加相对应频率点的振动响应,增大电机的振动噪声,设计时需综合考虑。     

Comparison of vibration sources between symmetric and asymmetricHDD spindle motors with rotor eccentricity

The permanent-magnet motor is often the most important element in hard disk drive (HDD) spindles and is also a frequent source of vibration and acoustic noise. Eccentricity between the stator and rotor is inevitably introduced during the manufacturing process, and includes mass unbalance, shaft bow and bearing tolerances. This paper analytically discusses the effects of rotor eccentricity on motor performance for symmetric and asymmetric motors, such as local traction, unbalanced force, cogging torque, back electromotive force (EMF), phase current and torque ripple. An asymmetric motor, mostly chosen to reduce the cogging torque, shows a worse effect on cogging torque and unbalanced force when the eccentricity exists. It also adversely affects the flux linkage and introduces variation of the phase back EMF depending on winding and rotating eccentricity, thus yielding increased mutual torque ripple     

开关磁阻电机振动转矩检测与分析

开关磁阻电机(SRM)核心问题是振动转矩的检测与抑制,众多研究已表明SRM的转矩变化与其相绕组电流紧密相关。为了观测SRM工作时的电流变化和振动转矩情况,构建了磁阻电机的仿真系统,对电机在角度位置控制(APC)、电流斩波控制(CCC)和电压斩波控制(CVC)3种模式下的振动转矩和电流情况进行了仿真,结果表明以换相频率为主频的振动转矩非常明显。此外,搭建了SRM振动转矩检测试验平台,采用角加速度传感器检测了电机的实际振动转矩情况,并对试验结果进行了分析讨论。     

LCI驱动同步电机调速系统中转矩脉动的工程计算方法研究

LCI(Load Commutated Inverter)驱动的同步电机调速系统在大容量的调速场合仍有着广泛的应用,而谐波电流引起的脉动转矩是这类系统中不可忽视的一个问题.在计算脉动转矩时,传统的时域方法存在着计算速度慢,收敛困难,不易得到转矩的频谱分布等缺点.本文提出一种计算LCI驱动同步电机调速系统脉动转矩的工程方法,从频域的角度出发,应用开关函数调制理论建立了晶闸管三相桥及整个六脉渡LCI驱动同步电机调速系统的数学模型.基于该模型可以求得系统中各次电流谐波的精确值,进而可以求出电磁转矩及其频谱分布.针对一般的调速系统,对上述模型进行了简化,保证了系统精度,并提高了运算速度.计算结果证明该方法与传统时域方法相比,具有很高的精度,并可以大大提高计算速度.     

大型调相机转子气隙偏心故障的复合特征分析

在“强直弱交”的大电网背景下,具备动态无功支撑能力的调相机愈发重要,其运行的安全稳定成为未来研究的重点。由于制造、安装、运行等原因,调相机转子气隙偏心故障频发,危害严重。文章以调相机转子气隙偏心故障为研究对象,推导了偏心前后气隙磁密、转子不平衡磁拉力以及定子环流这些复合特征的变化规律,发现偏心后气隙磁密产生偶次谐波,造成转子振动,定子并联支路产生环流,且静态偏心与动态偏心在转子振动频次与支路环流上差异明显,同时以某300Mvar大型调相机结构参数为依据,利用Ansoft软件建立了有限元模型,仿真验证了故障复合特征分析的正确性,为调相机故障诊断与安全稳定运行提供借鉴和指导。