超声波电动机瞬态特性测试系统

瞬态响应特性是超声波电动机的一项重要性能指标.设计了一种通过主要由ARM、光电编码器和数字示波器组成的超声波电动机瞬态响应特性测试系统,介绍了系统的设计思路、整体结构和实现过程,并对测试结果进行分析,验证了测试系统的有效性.     

真空环境下杆式超声波电动机负载特性的测量方法

为实现杆式超声波电动机在真空环境中负载特性的快速测量,根据瞬态响应法测量负载特性的基本原理,研制出超声波电动机瞬态响应测试系统,该系统能够实现超声波电动机在起动10 ms内转速瞬态响应的测量和负载特性的间接计算.在常态环境中采用挂砝码法和瞬态响应法对φ30mm杆式超声波电动机的负载特性进行了测量,两者测试结果基本一致,证明瞬态响应法用于测量超声波电动机的负载特性是可行的.随后在真空环境中,采用瞬态响应法实现了杆式超声波电动机瞬态响应和负载特性的测量,表明该方法适用于超声波电动机在真空环境中负载特性的测量.     

基于能量等效的行波型超声波电动机分析模型

利用能量等效原则把环形压电复合定子等效成等直梁结构,综合考虑压电复合定子的机械损耗(包括压电陶瓷和金属基体的损耗)、转动惯量和剪切变形,利用铁木辛柯梁振动理论得到了压电复合定子在自由状态下的频率方程和受迫状态下的振动解析解;利用库仑摩擦接触理论建立了定、转子之间的力传递模型,探讨了接触角与定、转子预压力、振动幅值、摩擦材料弹性刚度之间的关系,给出了电机稳态时的输出力矩表达式,并分析了电机能量损耗的组成,通过把定、转子接触面的摩擦损耗和转子的输出功率等效为定子振动的弯曲阻尼损失,建立了电机的输出效率表达式,从而系统地建立了基于能量等效的行波型超声波电动机特性的解析模型.     

单相电容电动机能耗制动仿真研究

对△接法的三绕组单相电容异步电动机的能耗制动瞬态过程进行仿真研究。根据△接法的三绕组单相电容异步电动机在α-β坐标系下的瞬态数学模型,编写计算机仿真程序。通过实例对该电动机带不同性质的负载（通风机负载、摩擦阻尼性负载和恒定转矩负载）时的能耗制动瞬态过程进行仿真计算。结果表明：△接法三绕组单相电容电动机带通风机负载、摩擦阻尼性负载都可以进行能耗制动实现快速停车,尤其适合于通风机负载的快速制动停车。     

基于场路耦合时步有限元的永磁同步电动机瞬态特性研究

本文采用场路耦合时步有限元法对永磁电动机进行瞬态特性研究.采用边界周期性条件耦合电动机定、转子相对运动边界,并考虑定子绕组分布和磁极形状,结合电磁场分析方法和控制策略建立瞬态数学仿真模型,通过实验验证了仿真模型的有效性.     

单相电容电动机能耗制动仿真研究

对△接法的三绕组单相电容异步电动机的能耗制动瞬态过程进行仿真研究。根据△接法的三绕组单相电容异步电动机在α-β坐标系下的瞬态数学模型,编写计算机仿真程序。通过实例对该电动机带不同性质的负载(通风机负载、摩擦阻尼性负载和恒定转矩负载)时的能耗制动瞬态过程进行仿真计算。结果表明:△接法三绕组单相电容电动机带通风机负载、摩擦阻尼性负载都可以进行能耗制动实现快速停车,尤其适合于通风机负载的快速制动停车。     

基于ANSYS的矩形压电振子瞬态特性分析

主要研究了矩形复合压电振子的瞬态特性,借助ANSYS分析软件,对该瞬态动力学特性进行仿真,提取节点数据并结合理论进行分析,可以得到超声波电动机的瞬态特性指标,进而预估超声波电动机的机械性能。     

环形行波超声波电机动态接触摩擦特性建模与分析

超声波电机的接触摩擦模型对电机结构设计和性能优化具有重要作用。该文考虑定子齿结构，基于Dahl摩擦这一动态摩擦定律，分析了定子振动的瞬态响应过程、定子齿质点与转子的法向接触和切向摩擦及转子运动方程，建立了环形行波超声波电机定转子动态接触摩擦解析模型。基于所建立的模型，研究了定转子间的接触状态和法向接触应力，以及相对速度和切向摩擦应力，并分析了电机的输出性能。最后，测量了样机的输出特性，将测量值与所建立模型的计算值进行比较，二者基本吻合。此外，也对比了忽略定子齿结构并采用库仑摩擦定律的接触摩擦模型的计算值，结果表明，所建立模型的计算值能更好地与实验值相吻合，说明所建立的模型能够更准确地描述定转子接触摩擦传动特性。     

3 MW同步发电机阻尼绕组设计与超瞬态电抗性能验证

当一款发电机定转子主要尺寸定型后,转子的阻尼绕组性能是影响发电机超瞬态电抗的最主要因素。在不同的工况下,用户对发电机的超瞬态电抗的性能有不同的要求。通过阻尼绕组的调整基本可实现超瞬态电抗的调整。通过对1台3 MW无刷同步发电机转子阻尼绕组采用不同材质或不同的阻尼条数的设计方案,对超瞬态电抗值进行计算和分析,并通过低电压突然短路测试方式验证了不同方案对超瞬态电抗值的影响,以获得最佳的阻尼绕组设计方案。     

基于能量等效的行波超声波电机数学模型研究

利用能量等效原则把环形压电复合定子等效成等直梁结构,综合考虑压电复合定子的机械损耗(包括压电陶瓷和金属基体的损耗)、转动惯量和剪切变形,利用铁摩辛柯梁振动理论得到了压电复合定子在自由状态下的频率方程和受迫状态下的振动解析解;利用库仑摩擦接触理论建立了定、转子之间的力传递模型;探讨了接触角与定、转子预压力、振动幅值、摩擦材料弹性刚度之间的关系,给出了电机稳态时的输出力矩表达式,并分析了电机的能量损耗.通过把定、转子接触面的摩擦损耗和转子输出功率等效为定子振动的弯曲阻尼损失,建立了电机输出效率表达式,从而系统地建立了基于能量等效的行波型超声波电机特性的解析模型.研究有助于电机设计.     

行波超声波电机瞬态特性的测试及分析

瞬态响应特性是超声波电机的一项重要性能指标。通过主要由光电编码器和数字示波器组成的测试系统,对直径60mm行波超声波电机的瞬态响应特性进行测试,测得超声波电机启动和断电自锁时定子振动和转速变化的过程。利用测试数据和建立定、转子接触面上力的传递、转子内力的传递、定、转子振动耦合特性等力学模型,对行波超声波电机的瞬态特性进行理论分析。这些分析为超声波电机的深入研究提供了理论依据。     

行波超声电动机定子性能的有限元仿真

利用ANSYS软件 ,基于旋转型行波超声电动机 ,建立了圆盘形定子 (包括压电体和弹性体 )有限元模型 ,考虑压电效应 ,探讨了不同压电陶瓷对超声电动机定子性能的影响 ,给出了定子振动模态、谐振频率、定子表面质点运动轨迹与压电陶瓷的材料特性间的关系 ,仿真与试验数据吻合良好 ,有限元分析结果为超声电动机定子的优化设计提供了理论依据     

行波型超声波电机的温度特性

为解决行波型超声波电机运行中温升和发热严重问题,提出一种基于能量耗散的超声波电机表面温度特性理论模型。利用电机定子复合结构的振动耗散能、压电陶瓷的介电耗散能以及定、转子接触面的摩擦损耗能确定电机的总体能量损耗,采用自然对流传热问题的牛顿冷却定律和热容理论,建立超声波电机的表面温度特性理论模型;仿真分析电机结构和材料参数(包括驱动电压、驱动频率、预压力、摩擦材料特性以及负载力矩等)对电机表面温度特性的影响;通过实验研究温度对电机输出特性、谐振频率的影响。最后通过实验验证了该模型的有效性和正确性。     

Transient Performance Analysis of Self-Controlled Synchronous Motors

The transient performance of self-controlled synchronous motors which are used as variable speed motors in industries is analyzed considering two types of position sensor used in these motors. A set of equations valid for the transient state is first derived and represented in a block diagram. Based on these equations, mechanical and electrical transient responses of the motors in the case of a step change in input voltage are analyzed. It is shown that the transient responses differ remarkably depending on the type of position sensor used. The transient characteristics of margin angle of commutation of thyristors are then compared in detail with the steady-state ones. It is shown that the thyristors in the inverter are commutated more successfully in the transient state than in the steady state when compared at the same dc input current. Finally, the transient responses in the case of a step change in load torque are investigated.     

行波型超声电机振动模态滑模观测器研究

行波超声电机（TWUSM）具有强非线性和系统参数不确定性,其不易观测的两相振动模态对输出转矩性能有着直接的影响。基于该分析,设计了具有鲁棒性的振动模态线性滑模观测器（SMO）,并利用Lyapunov法对该观测器的鲁棒性和稳定性给予证明,最后,通过仿真和实验对观测器进行验证。结果表明,该SMO能够准确获得TWUSM两相振动模态。此外,仿真和实验还表明,根据所设计的SMO的观测结果,可调节驱动电压,优化振动模态,从而降低输出转矩脉动,提高电机控制精度。     

Transient characteristics of a tapped‐winding capacitor motor

Tapped‐winding capacitor motors are widely used for fans in air conditioners as speed adjusting motors. In tapped‐winding capacitor motors, the burnout accidents of phase‐shifting capacitors have been seen on occasion. The cause of such accidents is considered to be the transient capacitor current. In this paper, equations for calculating transient characteristics are derived for three types of tapped‐winding capacitor motors. Based on these equations, transient characteristics are clarified in high‐ and low‐speed winding connections. Further, from the design viewpoint, the effects of the turn ratio and capacitance of the capacitor on the transient characteristics are examined and a procedure for choosing the winding ratio and capacitance of the capacitor is suggested. Using this method, the transient current is shown to decrease by about 40%. © 2002 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 141(4): 69–77, 2002; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10063     

超声电机的试验研究

首先叙述了实验研究对超声电机技术发展的重要性。文中简明介绍了自南京航空航天大学超声电机研究中心创建以来 ,超声电机实验仪器设备的建设和超声电机试验研究的进展。重点叙述了超声电机零、部件模态试验、瞬态试验和机械特性试验等的试验目的、方法、仪器设备及经验体会。文中列举了若干典型试验结果。最后强调指出 ,为了进一步提高超声电机产品质量、扩大超声电机应用市场 ,还需继续改进老的试验系统 ,建立更新更多的试验仪器和设备     

TRANSIENT PERFORMANCE OF A GROUP OF INDUCTION MOTORS

ABSTRACT

The paper develops the non-linear differential equations which describe the transient behaviour of a group of parallel-connected induction motors, either when fed from a stiff supply or when the supply is weak and the machine behaviour is interactive. A digital-computer solution of these equations provides a numerical prediction of the transient currents, voltages, torques and speeds of a laboratory-scale group of motors, in close agreement with experimentally-obtained results.     

感应电动机动态特性与电压骤降的相互影响

基于不对称电压骤降推导了感应电动机电磁和机械回路方程,并结合电压骤降过程,分析了感应电动机动态特性和电压骤降的相互影响。运用电力系统计算机辅助设计和电磁暂态模拟程序软件（power systemcomputer aided design and electric magnetic transient in DC system,PSCAD/EMTDC）建立仿真模型来计算感应电动机的动态特性对电压骤降波形、电压骤降幅值和持续时间等特征参数的影响,以及不对称和对称电压骤降对感应电动机的母线电流、转速和电磁转矩等特性的影响。仿真结果表明感应电动机动态特性与电压骤降之间是一种动态的关系：感应电动机的动态特性会使电压骤降波形发生畸变,造成电压骤降幅值和持续时间等特征参数发生变化,而电压骤降也会造成感应电动机母线电流、转速和电磁转矩等特性发生变化。     

Position control for ultrasonic motors using backstepping control and dead‐zone compensation with fuzzy inference

The ultrasonic motor has comparatively high nonlinearity which varies with driving conditions, and possesses a variable dead zone in control input associated with the applied load torque. The dead zone is a problem for industrial applications and it is important to eliminate the dead zone in order to improve control performance. This paper proposes a new position control scheme for ultrasonic motors to overcome the dead zone. The dead zone is compensated by fuzzy inference, and backstepping control performs accurate position control. Compared with model reference adaptive control, which uses an augmented error, backstepping control can analyze a transient response. Mathematical models are formulated and experimental results show the effectiveness of the proposed position control scheme. © 2004 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 149(1): 69–77, 2004; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20016