起重机用永磁同步电动机设计及有限元分析

基于具体工况下的起重机运行条件,运用永磁同步电机设计理论,设计出适合起重机低转速大转矩运行特性的永磁同步电机。利用Ansoft/Maxwell中RMxprt模块建立电机有限元模型,并基于二维瞬态电磁场对所建模型进行仿真研究,计算得到电磁转矩变化曲线和电感参数,不仅为起重机用永磁同步电机的结构优化提供方案,还为进一步研究低转速大转矩条件下永磁同步电机的控制策略提供理论基础。     

永磁同步电机运行性能研究

针对凸极永磁同步电机,对其数学模型和定子电流最小控制方法进行了介绍,推导了定子电流最小控制方法对应的电流相角条件、基本转速和最大转矩。利用电机数学模型和不同电流控制规律建立了永磁同步电机运行性能仿真模型,避免了传统双闭环模型中控制器参数对仿真结果的影响。在此基础上深入研究了电机永磁磁链、凸极率、电枢电阻三个参数对电机基本转速、输出转矩等运行性能的影响,据此指出了电机电磁设计时应遵循的一般规律。     

基于模型参考分数阶自适应转速估计的永磁同步电机控制研究

针对模型参考整数阶自适应转速估计存在稳态误差较大、转速估计精度低的问题,结合无传感器技术和分数阶理论的优点,在空间矢量脉宽调制技术的基础上,对永磁同步电机提出了一种模型参考分数阶自适应转速估计方案。仿真实验表明所提速度调节策略和辨识方案可使矢量控制系统具有良好的动、静态性能,对比整数阶控制,分数阶控制下电机转速跟踪精度提高、范围扩大,电机在转速、转矩和电流等方面的控制性能得到提高,改善了永磁同步电机伺服系统的快速性、鲁棒性、稳定性及抗负载突变能力。     

内置式永磁同步电机结构与电磁耦合分析

内置式永磁同步电机具有效率高、能量密度高、结构简单、运行稳定等多种优良特点,其在混合动力汽车、航空航天、空调驱动等模块发挥了良好的作用。由于内置式永磁同步电机磁路饱和系数较高,且存在一定的交叉耦合情况,对电机参数计算造成了一定的难题。因此本文通过多物理耦合仿真模型构建,对内置式永磁同步电机结构进行了简单的分析,并就内置式永磁同步电机中不同转速下参数变化进行了探究。     

汽车EPS永磁同步助力电机设计

针对汽车EPS系统中助力电机性能要求,以额定功率500W、电压24V、转速750r/min的Y型三相永磁同步电机为设计基础,应用RMxprt模块和Ansoft Maxwell2D有限元模块,分析了永磁同步电机不同的永磁体尺寸及排列方式、气隙、极弧系数、电机细长比,槽口宽度等因素对电机性能的影响。结合电机设计经验公式和RMxprt模块,对汽车EPS系统中助力电机采用的永磁同步电机进行优化设计,同时结合Maxwell2D有限元模块对应用RMxprt模块设计的电机进行性能验证,设计出了符合汽车EPS系统助力特性需求的永磁同步电机。     

自适应车用永磁同步电机在线参数辨识

车用永磁同步电机在运行过程中复杂的工况和恶劣的工作条件会影响电机的参数进而影响电机控制性能。本文采用自适应的参数辨识算法,对永磁同步电机参数进行在线辨识并反馈回电机控制系统,改进原有控制参数。该算法基于永磁同步电机的数学模型,根据转速电流反馈信号,借助Lyapunov稳定理论建立负载转矩和交直轴电感的辨识模型并推导其自适应律。基于MTPA算法的仿真和实验结果表明本文提出的参数辨识算法能够在较短时间内实现高效的参数辨识,且估计值与真实值的误差较小。     

永磁同步电机稳态短路电流的形成及试验方法

本文对永磁同步电机稳态短路的试验方法和稳态短路电流的形成进行了分析,并通过试验验证,证明了永磁同步电机三相稳态短路电流幅值不受电机转速的影响。     

永磁同步电机无位置传感器带速启动研究

针对无位置传感器永磁同步电机在带速状态下无法可靠启动的问题,通过向逆变器施加两个短时零电压矢量的方式,使电机定子三相绕组短路,根据短路电流相量在αβ坐标系下的角度变化,辨识出电机转向和转速,通过对短路电流在dq坐标系下暂态过程的解析分析,估算出电机转子位置,给出了暂态过程中短路电流幅值大小与初始转速和短路时间之间的关系,提出了具体的带速启动实现方案。在TI公司的TMS320F28027作为主控芯片的驱动系统以及带风机负载的550 W永磁同步电机组成的实验平台上对带速启动方案进行了评价,进行永磁同步电机在不同转速和短路时间情况下的带速启动实验。研究结果表明:设计的带速启动方案能够准确的根据短路电流判断出电机启动瞬间的转向、转速和转子位置,从而保证了永磁同步电机在带速状态下的可靠启动。     

永磁同步电机的变频调速研究

无励磁损耗和自身体积较小是永磁同步电机的一大优势所在.本论文的主要目的是永磁同步电机进行建模与分析,基于ANSYS Maxwell建立外转子永磁同步电机的有限元仿真模型,并基于该模型对电机磁场及各项电磁性能进行仿真计算与分析,已达到对永磁同步电机变频调速研究的需求,对电机进行建模与分析.确定电机参数包括性能指标要求、定...     

基于MRAS的永磁同步电机无传感器控制

针对传统机械式编码器对永磁同步电机(PMSM)交流调速系统带来的高成本、易受干扰、可靠性低且难以在复杂环境中应用等问题,对永磁同步电机数学模型、速度闭环控制方法以及目前的无传感器控制技术进行了研究,提出了一种新型的基于模型参考自适应理论(MRAS)的速度估计方法。以永磁同步电机本身作为参考模型,以含有转速变量的定子电流方程作为可调模型,以波波夫稳定性理论为基础设计了自适应律,根据自适应律判断当两个模型等效时,输出的估计转速收敛于真实值,再对转速积分得到了转子位置,实现了无速度传感器的电机控制。研究结果表明,应用该无传感器控制策略的交流调速系统避免了机械式编码器带来的限制,能够在宽调速范围内准确估计转速,动态、静态性能良好,鲁棒性强。     

电主轴用宽弱磁调速范围永磁同步电机径向电磁力研究

基于交流绕组理论,推导了高速电主轴用宽弱磁调速范围永磁同步电机的气隙磁密计算公式,并建立有限元计算模型。归纳总结了永磁同步电机的径向电磁力的力波次数及对应频率,并与有限元的计算结果进行对比,验证了其正确性。建立有限元模型计算电机在宽弱磁调速范围下的径向电磁力波,得出在额定转速以下径向电磁力基本不变,额定转速以上由于弱磁控制的影响,导致基波气隙磁场分量下降,谐波气隙磁场分量增加的规律,为宽弱磁调速永磁同步电机的设计开发指出了理应关注的焦点问题。     

采煤机永磁传动系统电机定子振动特性研究

为了降低采煤机永磁传动系统中的电机定子振动，基于永磁体磁链模型，结合电机矢量控制建立考虑齿槽效应的永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor，简称PMSM）模型。对包含永磁同步电机、齿轮传动系统、截割滚筒负载特性的采煤机永磁传动系统机电耦合动力学模型进行仿真，得到有载工况气隙永磁体径向磁通密度与电枢电流径向磁通密度。在此基础上，分析了定子硅钢芯与非晶合金芯的电磁力、磁致伸缩力、振动位移与共振点。定子为硅钢芯时，磁致伸缩力最大值达到电磁力的23.8%，在电机转速为393 r/min时出现激励频率18fm引起的共振现象；定子为非晶合金芯时，磁致伸缩力相较于硅钢芯时明显增加，最大值达到电磁力的58.5%，在电机转速为288和433 r/min时出现激励频率18fm和12fm引起的共振现象，在实际使用中应加以注意。     

工程起重机

正轮式起重机GJ20181030起重机用永磁同步电动机设计及有限元分析[刊,中]/曹小华…//起重运输机械.-2018,(1).-130～134基于具体工况下的起重机运行条件,运用永磁同步电机设计理论,设计出适合起重机低转速大转矩运行特性的永磁同步电机。利用Ansoft/Maxwell中RMxprt模块建立电机有限元模型,并基     

直联压缩机两种不同控制方法的比较研究

建立了空压机的负载数学模型,对其负载进行了分析。建立了永磁同步电机的数学模型,给出了一种用于交流永磁同步电机速度控制的滑模控制器。根据永磁同步电机的控制特点和空压机负载特点进行Simulink仿真,仿真结果表明,加滑模控制器时,电机转速波动较小。最后,对用永磁同步电机驱动直联便携式空压机做实验。实验结果表明,与常规的PI控制策略相比,滑模变结构控制改善了系统的动态性能,有较强的鲁棒性。永磁同步电机驱动空压机效率高,转速波动小。     

基于滑模观测器的永磁同步电机模型预测电流控制研究

针对永磁同步电机无位置传感器高动态性能控制问题,对传统矢量控制存在电流内环PI控制器对系统性能的影响以及传统滑模观测器中动态转子位置角估计不准、稳态转速估计不精确等观测器性能进行了改进,提出了一种基于改进滑模观测器的永磁同步电机模型预测电流控制方法。根据永磁同步电机在同步旋转坐标系下的数学模型,选择了电机d、q电流作为状态变量,利用前向欧拉法推导出永磁同步电机d、q轴电流的预测模型。通过实时评估价值函数选出使得下一时刻电流跟踪效果最好的电压矢量,将其对应的开关状态作用于逆变器。同时,推导表贴式永磁同步电机的滑模观测器模型并对其观测出的转子位置角和转速进行补偿,得到较为精确的估算值。最后将算法在Matlab/Simulink进行了仿真试验。研究结果表明:所提出的控制方法动态性能好、稳态精度高。     

基于MRAS的新型永磁同步电机的速度辨识方案

速度辨识一直是永磁同步电机无速度传感器控制系统中的一个核心问题,本文以永磁同步电机本身为参考模型,变换数学模型构造并联模型,并由转矩和转速的基本的机械运动方程和转矩方程推导出速度辨识率,结合模型参考自适应控制理论得到速度辨识方案。本方案控制过程简单,对电机参数不敏感,并将其应用在永磁同步电机矢量控制系统当中,仿真得到的结果验证了本方案的正确性和可行性,同时,与基于POPOV理论的模型参考自适应方案的仿真结果进行比较,分析本方案的优劣。     

基于ADMCF328的永磁同步电机控制系统

采用电机专用控制芯片ADMCF328,实现了一个永磁同步电机控制系统的硬件设计方案和控制策略.该方案采用霍尔传感器,实现了转子磁极位置、计算转子转角和电机转速的检测.实验结果表明,该方案具有结构简单、可靠,成本低、升级能力强的特点,实现了永磁同步电机控制系统的设计.     

PMSM变结构MRAS无位置传感器控制研究

针对永磁同步电机低速无感运行时系统抖震以及估计转速不准确的问题,将变结构模型参考自适应观测器(SM-MRAS)应用到永磁同步电机无传感器控制中。开展了模型参考自适应观测器的基本原理分析,提出了用连续函数替代传统滑模变结构控制中的开关函数,给出了滑模面和自适应率的设计方法以及优化后的SM-MRAS转速辨识算法的框图,并对该算法的稳定性进行了严格的数学论证。在Matlab软件平台进行了仿真实验。研究结果表明,改进后的变结构模型参考自适应转速辨识算法有效消除了电机在低速时由于频繁开关而造成的系统震荡,避免了电机参数对算法的影响,在很宽的调速范围内都有良好的稳定性能。     

基于滑模扰动观测器的PMSM增量式模型预测控制

针对永磁同步电机模型预测控制在强扰动下的控制性能降低,及非增量式预测模型存在静态误差等问题,提出一种基于滑模扰动观测器的永磁同步电机转速-电流单环增量式模型预测控制方法。首先,基于永磁同步电机在同步旋转坐标下的数学模型和模型预测控制的原理,设计了转速-电流单环增量式模型预测控制器以消除静态误差。然后,设计电流限幅器,以保证电机工作于电流约束内。最后,设计滑模扰动观测器对负载扰动进行观测,用于前馈补偿控制,并证明观测器的稳定性。仿真结果显示,所设计的观测器能快速、准确地观测到负载转矩的变化,所提出的单环控制器具有良好的动态性能。与传统PI控制及非增量式模型预测控制进行仿真对比,所提方法具有超调小、抗干扰能力强等优点。     

不同气隙长度对电机启动性能的影响分析

在电机设计过程中,只有选定了气隙长度,才能确定转子尺寸,因此电机气隙长度的选取十分重要,可以通过对电机性能的分析与计算来合理选取气隙长度。对于异步启动永磁同步电机,首先应考虑电机采用均匀气隙结构的情况,利用有限元法对异步启动永磁同步电机进行启动分析,得到不同气隙长度对电机启动性能的影响;再通过对启动转矩/转速、启动电流的分析对比,选择较为合适的均匀气隙长度。