新型混合励磁同步电机分区控制系统分析与设计

混合励磁同步电机综合了永磁电机和电励磁电机的优点,具有显著的宽调速特征。该文根据混合励磁同步电机的结构特点,结合空间电压矢量控制,提出了混合励磁电机的一种宽调速控制新方法。该控制方法在分区控制的基础上,低速区结合电机铜耗最小原理,高速区保持反电势q轴分量恒定,对不同运行区域分别采用不同的控制策略,使电机在整个运行区间都能表现出良好的性能。由于在高速区采用了励磁电流和d轴电流弱磁相结合的方式,使用该类调速系统比现有文献单纯采用励磁电流弱磁调速具有更宽的调速范围。实验表明,所设计的混合励磁同步电机宽调速系统,在低速区增磁运行时,通过调节励磁可以将转矩输出能力提高约1/3;高速区弱磁运行时,可将最高转速提升约1.5倍。     

混合励磁同步电机驱动系统弱磁控制

针对混合励磁同步电机低速大转矩及宽调速的特点,提出一种基于空间电压矢量算法的弱磁调速控制方法.该控制方法在速度分区控制的基础上,在高速区,采用保持q轴反电势不变的铜耗最小控制策略,对电枢电流与励磁电流进行优化配置.搭建该电机驱动系统的仿真模型,对无电流弱磁、励磁电流弱磁、d轴电流与励磁电流共同弱磁3种不同电流控制模式下的调速效果进行分析;构建该电机驱动控制系统的实验平台,通过实验得到该电机的启动电流波形与稳态电流波形,对所提出的算法进行验证.仿真和实验结果表明,在铜耗最小控制条件下,采用d轴电流与励磁电流共同弱磁的混合励磁同步电机驱动系统比单纯采用励磁电流弱磁或无电流弱磁的驱动系统具有更宽的调速范围.     

混合励磁同步电机新型矢量控制算法研究

在速度分区控制的基础上提出一种混合励磁电机矢量控制算法,该方法综合考虑了负载转矩、励磁电流及母线电压对弱磁基速的影响,在线动态计算弱磁基速。在弱磁区,保持气隙合成反电势恒定,利用励磁电流和d轴电流共同弱磁升速。采用Matlab/Simulink仿真软件建立混合励磁同步电机控制系统,对所提算法进行验证。仿真结果表明该算法可实现混合励磁电机低速大转矩和高速宽调速范围运行。     

混合励磁同步电机弱磁控制

为了研究混合励磁同步电机在高速时的带载能力、速度控制性能与抗干扰能力,提出了基于模糊控制的励磁电流弱磁控制策略和自抗扰控制的速度控制策略。在分析了励磁电流与电枢电流弱磁控制特点以及弱磁控制与电机带载能力之间关系的基础上,以转速误差与负载观测值为模糊控制输入,实现给定励磁电流的动态调整,协调励磁电流在混合励磁同步电机控制中带载与弱磁扩速之间的矛盾,使在满足弱磁扩速要求的基础上,提高了带载能力与速度控制性能;为了克服混合励磁同步电机调速过程中的参数耦合及负载扰动等影响,采用自抗扰控制方法,提高了调速系统的抗干扰能力。最后,仿真验证了所提出控制策略的有效性和可行性,提高了系统在高速时的整体动态性能。     

高速交错磁极混合励磁发电机直流侧短路电流分析计算

为提高高速交错磁极混合励磁同步发电机直流侧短路电流的计算精度,通过在dq轴上设立阻尼回路的方法,建立电机动态数学模型。该模型能够同时考虑定子导磁套筒、实心转轴、永磁体和铁心极在短路过程中涡流效应对电枢绕组电流的影响,在此基础上推导出电机瞬态、超瞬态电感以及短路电流的表达式。通过与某型高速交错磁极混合励磁电机短路电流试验结果进行对比,验证了模型的有效性,并对存在误差的原因进行分析,指出该类电机在短路过程中由于交错磁极结构导致的动态饱和现象是造成误差的主要原因之一。     

一种新型定子分区式混合励磁电机的设计与分析（英文）

由于永磁体、励磁绕组和电枢绕组均置于唯一的定子上,传统定子励磁型混合励磁电机的转矩密度受到了限制。提出一种具有更高转矩密度的新型定子分区式混合励磁电机。在该电机中,励磁源(永磁体、励磁绕组)和电枢绕组被分别置于两个定子区域,而转子由调制块组成。从弱磁能力、转矩提升能力和纯永磁转矩三方面综合考虑,设计了电机的尺寸参数,并分析了电机的电磁性能。通过在内区定子上引入磁桥,所提出的定子分区式混合励磁电机的弱磁能力可从12.8%增强到79.4%,而转矩提升能力可从12.1%增强到79.1%。制作了一台样机,在样机上测试了空载反电势和静态转矩,实验结果与有限元分析结果吻合。     

定子混合励磁开关磁链电机调磁能力优化及比较

通过对两种12/10混合励磁开关磁链(HESFPM)电机的比较,研究了不同定子结构混合励磁电机的调磁性能。第一种混合励磁开关磁链电机(HESFPM-1)选择直流励磁绕组来代替部分永磁体,而第二种电机(HESFPM-2)将直流励磁绕组放置在传统的开关磁链电机的定子轭部。HESFPM-2电机的直流励磁绕组槽面积更大,该电机具有更好的弱磁和增磁能力。在电机设计中,HESFPM-2电机的槽面积比具有较宽的范围,因此电机设计更加灵活。比较了两种混合励磁开关磁链电机在不同永磁体长度、宽度以及定子齿宽下,电机的转矩和调磁性能。通过有限元分析和实验样机对HESFPM-2电机的调磁性能进行了验证,结果表明,有限元仿真结果与实验结果有较好的一致性。     

电动车用无刷双馈电动机恒功率弱磁研究

电动车用无刷双馈电动机在基速以下恒转矩运行、基速以上恒功率弱磁扩速运行.由于励磁电流可控制,理论上能够调节励磁电流实现恒功率控制.但是,由于无刷双馈电动机的非线性特性导致其反电势为不规则方波形状,类似直流电机那样采用相电压反馈控制励磁电流实现恒功率控制困难较大.利用三相电枢绕组电阻电压间接测量反电势控制励磁电流,实现无刷双馈电动机恒功率弱磁控制,保证恒功率阶段电机的出力最大,从而提高无刷双馈电动机恒功率弱磁扩速范围,满足电动车对驱动电机的要求.仿真、实验结果验证了该方法的有效性.     

混合励磁同步电机铜耗最小化弱磁调速控制研究

混合励磁同步电机(hybrid excitation synchronous motor,HESM)具有调磁方便、调速范围宽等优势,在工业、军事领域应用前景广阔。该文在矢量控制和速度分区控制的基础上,针对HESM提出了一种铜耗最小化弱磁调速控制方法。该方法以电机铜耗最小化为目标,自适应地调节弱磁基速系数,在满足电枢端电压限制的条件下,对q轴电流、d轴电流与励磁电流进行最优配置。在深入分析弱磁基速系数对电机运行性能的影响的基础上,应用自适应控制方法对其进行调节以提高电机的调速范围、效率及动态特性等综合性能。最后,通过仿真和电机驱动实验验证了所提出的控制方法的正确性和有效性。结果表明,所提出的HESM弱磁控制方法,可实现电机综合性能的最优化控制。     

基于分区控制策略的混合励磁双凸极电机控制系统研究

混合励磁电机在保留永磁电机许多优点的同时,能克服永磁电机气隙磁场难于调节的缺点。当前,对混合励磁电机的研究主要集中在混合励磁的原理分析、电机基础理论分析等方面,而对电机的控制策略、调速方法等方面的研究相对较少。混合励磁双凸极电机是一种磁通可控的定子永磁型双凸极电机,根据该电机的运行原理建立了采取分区控制策略,实现调压、调磁、调速之间动态、协调控制的Matlab仿真控制系统。仿真结果表明:采用分区控制策略,增磁时可以提高系统的响应速度,弱磁时可以有效拓宽电机的调速范围,从而能满足在电动汽车等需宽调速范围的应用场合。     

新型双定子交替极永磁电机宽调速电流控制研究EI北大核心CSCD

传统永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)因恒定永磁励磁而扩速困难;新型双定子交替极永磁(dual-stator consequent-pole permanent magnet,DSCPPM)电机,兼具双定子及混合励磁电机优势而更适合高转矩宽调速应用。此外,电流解耦控制器及电流分配策略是实现电机宽调速控制的关键。因此,该文提出一种适合DSCPPM的内模电流控制器,通过滤波带宽的单参数设计,实现复杂电机模型电流解耦控制及动态调节,显著降低多电流控制器参数整定难度。同时,该文提出一种宽调速电流分配策略,其将电机全速域分为恒转矩区、弱磁一区以及弱磁二区,分别以最大转矩电流比、最短路径以及最优弱磁电流为目标对电流轨迹进行优化,来实现电机宽调速运行。最后,通过样机实验结果验证所提控制策略的有效性。     

混合励磁电机的技术现状及新进展

在永磁电机的基础上,增设电励磁绕组,以辅助调节永磁磁场,形成混合励磁电机,融合了永磁电机和电励磁电机的优点,应用前景广阔。介绍了混合励磁电机的调磁原理;从电机原型的角度,分析了混合励磁电机的发展思路;以励磁方案为着眼点,提出了一种混合励磁电机的分析方法;结合混合励磁电机的电磁特性,研究了混合励磁电机应用于汽车、风力发电和航空航天等领域的控制方案和系统结构;提出了混合励磁电机技术的研究思路,展望了混合励磁电机的发展趋势。     

一种新型混合励磁直线电动机的设计与分析

研究一种新型混合励磁直线电动机,采用模块化结构,使用混合励磁的方式。励磁磁场由永磁体与直流励磁绕组共同产生,通过改变直流励磁电流的大小和方向来调节气隙磁场,实现对电机磁场弱磁与增磁控制。该直线电动机可作为城市轨道交通驱动电机使用,适用在长定子等场合。通过有限元分析软件,对该电动机的工作原理及电磁性能进行研究,验证了设计的合理性。     

基于矢量控制的混合励磁轴向磁场磁通切换永磁电机分区控制策略

混合励磁轴向磁场磁通切换永磁(hybrid excited axial field flux-switching permanent magnet,HEAFFSPM)电机是一种新型定子励磁型混合励磁同步电机,它结合了轴向磁场磁通切换永磁电机和电励磁同步电机的优点。为了研究该结构电机在全速度运行范围内的运行性能,论文详细分析了电机结构特征与调磁机理,构建了电机数学模型和矢量控制系统。基于分区控制策略,在低速区,为了提高电机驱动系统的功率因数,提出一种单位功率因数控制策略,且与id(28)0控制进行对比研究;在高速区,为拓宽电机调速范围,提出一种最大输出功率弱磁控制策略,且与传统弱磁控制策略进行对比研究。基于MATLAB/Simulink和d SPACE1103,采用提出的控制策略对电机全速度范围的运行性能进行研究。仿真与实验结果表明,在低速区,电机轻载或重载运行时,单位功率因数控制策略始终保持电机驱动系统运行功率因数为1,使逆变器容量得到了充分利用;在高速区,最大输出功率弱磁控制策略提高了电机弱磁运行区域的功率利用率,增强了电机带载能力,拓宽了电机调速范围,提高了弱磁运行区的效率。     

BSG微混系统电机控制策略的研究

针对BSG微混动力汽车系统的要求,采用混合励磁爪极同步电机作为系统电机。结合起动-发电一体化工作模式,介绍了基于空间电压矢量控制的控制策略。起动部分的控制策略为电动运行策略,根据运行工况分别进行增磁和弱磁控制,在增磁控制策略下,励磁电流作用为增磁以提高转矩;弱磁控制策略下,采用励磁电流和直轴电流协调控制以抵消永磁体磁场,提高转速。发电策略采用电压电流双闭环的控制策略,励磁电流作用为调节磁场来满足可控整流的要求,从而实现母线电压稳定。根据电机的数学模型对控制策略进行了仿真分析和样机测试,仿真和实验结果表明:在起动状态下,该控制策略具有在增磁区大转矩、在弱磁区宽调速范围的特性;在发电状态下,该控制策略可以使母线电压在宽转速范围内维持稳定,具有优良的调磁调压能力。     

考虑磁链谐波的混合励磁电机硬件在环系统

由于混合励磁双凸极电机存在较大的磁链谐波和非线性,为了实现混合励磁电机精确在线仿真,提出了一种考虑磁链谐波以及励磁电流对磁链大小的影响的混合励磁电机的建模方法。搭建了基于dSPACE的电机模型、逆变器模型,并与DSP构成硬件在环仿真平台。以12/10混合励磁双凸极电机为例,通过实验发现:考虑磁链谐波时,混合励磁电机硬件在环仿真系统中的相电流畸变率与实验样机仅相差0.9%。与传统线性模型相比(相电流畸变率与实验样机相差6.9%),提出的硬件在环仿真系统具有更高的精度和准确性。     

无刷直流电动机弱磁运行效率优化控制

针对无刷直流电动机弱磁高速运行时损耗大的问题,研究最小损耗电流控制。通过分析基于瞬时无功功率的无刷直流电动机弱磁控制理论,计算d-q轴电枢反应电感,提出一种考虑铁损的电机Γ型近似等效电路,结合状态方程,推导出满足电磁损耗最小的励磁电流表达式。仿真和实验结果表明,在整个弱磁运行区间内,最小损耗电流控制能够降低电机电磁损耗,提高电机运行效率,扩大电机恒功率调速范围。     

混合励磁同步电动机分段弱磁控制

针对混合励磁同步电动机在高速区的弱磁运行特点,首先推导出其弱磁调速过程中保持平稳运行的电流变化关系,然后在此基础上提出了一种采用模糊控制与粒子群优化算法分阶段电流调节的效率最优控制方法。该控制方法的基本思想是,当电机处于弱磁调速过渡阶段时,通过模糊控制器对电流进行初步调节,使其迅速起动或进行状态调整,获得较高的动态性能;当电机进入稳态运行阶段后,以铜耗最小化为目标,采用粒子群优化算法对电流进行进一步调整,使其实现效率最优化控制。最后,通过仿真与实验结果分析验证了上述控制方法的有效性。     

永磁同步牵引电机高速运行时再生制动研究

列车为防止在中性区趴窝,一般以较高速度驶入中性区。为确保辅助系统在中性区不断电,牵引电机需在高速区快速由牵引工况转换为再生制动工况。这里分析了永磁同步牵引电机高速区弱磁控制原理,给出了基于负直轴电流补偿弱磁控制框图,研究了列车进出中性区时永磁同步牵引电机交直轴电流工作区域。基于负直轴电流补偿弱磁控制策略研究了同步旋转d,q坐标系前馈/反馈解耦比例积分(PI)电流调节器和d,q坐标系复矢量电流调节器的控制器在高速弱磁区的再生制动性能。理论分析和仿真结果验证了d,q坐标系复矢量电流调节器在高速弱磁区具有更优异的控制性能。     

基于三维有限元的混合励磁爪极电机仿真研究

针对现阶段传统爪极电机损耗较高、弱磁控制困难等问题,根据爪极电机的相关结构,研究一种新型混合励磁爪极电机的结构特点及励磁原理。利用有限元法,构建新型混合励磁爪极电机的三维模型,使用Ansoft软件对电机的磁场性能进行仿真分析。分析比较了新型电机与传统电机在不同励磁电流下的电枢电流特性,永磁体厚度对电机电枢电流的影响。结果表明,新型电机在低励磁电流和永磁体厚度为气隙的5倍时,有更好的电枢电流和磁场特性。