飞轮储能用磁悬浮开关磁阻电机多目标优化设计

研究了一种基于遗传粒子群综合算法(GPSOA)的飞轮储能(FES)用的单绕组磁悬浮开关磁阻电机(SWBSRM)多目标优化设计方案。结合有限元分析(FEA),通过敏感性分析得到SWBSRM悬浮力与效率随主要尺寸参数变化的一般规律。在此基础上,利用GPSOA以悬浮力和效率为目标函数对SWBSRM进行了全局寻优,获得使悬浮力最大和效率最高的参数优化组合。利用FEA对比优化前后电机悬浮力、铁损及磁密的大小,验证了GPSOA多目标优化的有效性。     

基于响应面法的磁悬浮开关磁阻电机优化设计

为改善磁悬浮飞轮电机的悬浮和转矩性能,提出了一种单绕组磁悬浮开关磁阻电机(single winding bearingless switched reluc-tance machine,SWBSRM)结构优化设计方法.通过有限元分析,结合响应面法与遗传粒子群算法对电机结构参数作进一步优化.首先通过中心复合试验设计建立样...     

开关磁阻电机设计及多目标优化方法

绕组电流的非正弦性以及铁心磁通密度的高饱和性给开关磁阻电机(SRM)设计造成了极大困难,传统设计方法过程繁琐、专业性要求高且难以获得最优方案。本文首先利用传统方法得到了SRM初始设计方案,并通过敏感性分析揭示了各主要几何尺寸对电机性能的影响模式。然后,从收敛速度及全局精度出发,对遗传算法进行了改进。在此基础之上,以效率和转矩波动为目标函数,对初始方案进行了优化,得到了关键尺寸和控制参数的全局最优解。本文的研究对SRM设计及优化具有一定的参考价值。     

单绕组磁悬浮开关磁阻电机径向力数学模型

针对现有的单绕组磁悬浮开关磁阻电机在建立数学模型时常忽略磁饱和影响的不足,利用麦克斯韦应力法,结合等效磁路分析法,推导了考虑磁饱和特性的单绕组磁悬浮开关磁阻电机径向力数学模型。以一台样机为例,建立有限元仿真模型,同时对比基于虚位移法推导所得的数学模型,验证数学模型的正确性和优越性,为电机的运行特性分析、本体优化设计以及控制策略研究提供更准确的理论依据。     

单绕组磁悬浮开关磁阻飞轮电机和声混沌搜索优化设计

将开关磁阻电机定、转子位置互换,定子极上仅有一套可同时产生悬浮力和转矩的绕组,转子直驱飞轮,省去机械传动装置,得到更适合应用在飞轮储能中的单绕组磁悬浮开关磁阻飞轮电机(SWBSRFM)。SWBSRFM控制策略与开关磁阻电机有较大差异。以数学模型为基础,推导出单绕组磁悬浮飞轮电机主体尺寸计算公式。针对电机参数设计问题,结合混沌搜索的历遍性、规律性与和声搜索简单、灵活的优点,得到和声混沌搜索算法,以在较短的时间内获得电机最优结构参数。通过有限元分析飞轮电机性能,得到如下结论:SWBSRFM具有结构简单、维护方便、成本低廉、易于控制的优点,并且和声混沌搜索精确、快速、操作方便,满足设计要求。     

磁悬浮开关磁阻电机运行机理与仿真设计

磁悬浮开关磁阻电机集磁性悬浮与转矩驱动于一体,同时具有磁轴承与开关磁阻电机的优点,在悬浮驱动领域具有较好的发展前景.根据磁悬浮开关磁阻电机结构与运行机理,通过研究各种参数对电机运行性能的影响,使用RMxprt软件中提供的优化模块Optimization,对1.5 kW磁悬浮开关磁阻电机的结构参数做出优化设计,并根据优化结果制造出模型样机.样机符合设计要求,具有较好的运行和控制性能.     

磁悬浮开关磁阻电机建模与参数优化设计

针对磁悬浮开关磁阻电机参数设计问题,提出一种基于最小二乘支持向量机与粒子群优化算法的电机结构参数优化设计方法.采用三维有限元仿真建立样本空间,构建悬浮力、电磁转矩与绕组间互感的最小二乘支持向量机非参数模型;并基于该非参数模型,选择满足额定电磁转矩为约束条件,悬浮力最大且绕组间互感最小为优化目标,采用粒子群优化算法获取电...     

基于果蝇算法的开关磁阻电机多目标优化研究

针对采用传统算法对开关磁阻电机(SRM)本体进行多目标优化时存在算法复杂、调节参数多、计算量大且易陷入局部最优解等问题,提出一种基于果蝇算法(FOA)的SRM本体多目标优化设计方法。利用极限学习机算法建立SRM非参数模型,采用FOA算法对其进行优化,实现了SRM定转子极弧的全局最优设计,最后对该优化算法的效果进行了仿真验证,同时与传统粒子群优化算法(PSO)进行了对比分析,结果表明,FOA算法不仅获得了较PSO算法更好的转矩波动系数和效率指标,而且具有参数设置少、收敛速度快且不易陷入局部最优解等特点,具有较好的应用价值。     

单绕组磁悬浮开关磁阻电机的原理与解耦控制

针对瞬时悬浮力与瞬时转矩非线性、强耦合的特点,研究了一种新型单绕组磁悬浮开关磁阻电机的运行机理,提出瞬时悬浮力与平均转矩分相产生的双相导通解耦控制策略。构建单绕组磁悬浮开关磁阻电机相周期内悬浮力与转矩的全角度数学模型,基于悬浮力有效产生区间内平均转矩为零的特点,提出双相导通运行策略,并以提高悬浮力响应速度及电机动态运行性能为目标,给出了电流斩波幅值和关断角的优化控制方法。针对12/8极实验样机,开展相关的仿真与实验研究,结果表明了双相导通解耦控制策略的有效性与优越性,闭环系统具有良好的动静态性能。     

新型混合励磁磁悬浮开关磁阻电机基础研究

为了实现磁悬浮开关磁阻电机(BSRM)转矩和悬浮力的自然解耦,提出了一种新型混合励磁磁悬浮开关磁阻电机(HEBSRM)。新型HEBSRM由12/14极BSRM、环形永磁体和径向磁轴承三部分组成。12/14极BSRM的转矩极和悬浮极之间嵌有隔磁环,使转矩磁通路径完全独立于悬浮磁通路径,从而在结构上实现转矩与悬浮力解耦。此外,详细推导了电机径向悬浮力的数学模型,并且通过有限元分析验证了新型HEBSRM结构的合理性。     

单绕组无轴承开关磁阻电机转子偏心时悬浮力的分析与计算

无轴承类电机转子的偏心运行是不可避免的,由有限元分析可知转子偏心对其径向受力影响较大,忽略转子偏心时的径向受力分析将很难实现转子的稳定悬浮运行。而目前有关无轴承类电机的径向力计算都没有考虑转子偏移量的影响,只是计算转子在中心位置时的受力情况。鉴于此,针对具有结构简单优势的单绕组无轴承开关磁阻电机(BSRM),本文提出了考虑转子偏移量的径向力数学模型,给出了绕组电流、电机结构参数、转子偏移量、转子旋转位置与径向力之间的数学关系。同时考虑到转子偏心对电磁转矩的影响较小,推导了忽略偏心影响的电磁转矩解析式。与有限元分析对比结果验证了本文径向力与转矩数学模型的正确性。最后,基于推导所得的数学模型对单绕组BSRM径向力与转矩控制进行了初步的动态仿真研究,进一步验证了数学模型的准确性与实用性。     

开关磁阻电机绕组连接方式的研究

在两种绕组连接方式下，对开关磁阻电机的一相和两相通电进行了仿真和理论分析。结果表明，采用反向串联绕组的连接方式时，可以用标准的三相桥式逆变器驱动SRM，在此基础上提出了适合这种绕组连接的励磁方式，这对形状磁阻电机的应用有较大的实际意义。     

无轴承高速开关磁阻电机设计中的关键问题

讨论了无轴承开关磁阻电机在高速运行时的电磁设计、结构强度、稳定性设计、转子应力设计、散热设计、磁性材料选择等关键技术问题,给出了在设计过程中应注意的问题和优化设计的方法依据。考虑上述电机设计原则,对一台7.5kW无轴承开关磁阻电机进行了电磁和结构参数的优化设计,建立了基于ANSYS的二维有限元模型,对径向悬浮力和转矩特性进行了计算,比较了仿真和理论计算结果;在实验样机上测量了主绕组、悬浮绕组电感。结果表明,该设计方法满足了无轴承高速开关磁阻电机的设计要求,对进一步进行参数优化具有参考价值。     

无源滤波器多目标优化设计及实验仿真

针对现有无源电力滤波器的设计方法中过分依赖经验和优化能力不强的情况,利用改进遗传算法的全局寻优能力,提出了一种基于遗传算法的无源电力滤波器设计方法,即从无源滤波器的成本、无功补偿和滤波效果3个目标全局优化.通过适应度函数的阈值制约以及以不同概率进行染色体选择操作,使得种群朝3个目标最佳协调点的方向进化.通过混沌算子来解决早熟收敛的问题.最后利用PSIM软件建立仿真模型,仿真实验结果说明了该方法在无源滤波器优化设计中的有效性和正确性.     

单绕组无轴承薄片电机功率系统的设计

针对单绕组无轴承薄片电机定子绕组电流不满足三相约束关系,传统的三相逆变器无法驱动,根据电机径向悬浮力模型和定子绕组电流模型,设计并搭建了一种基于H桥功率模块的多相驱动功率系统.运用单绕组无轴承薄片电机的原理样机系统,成功实现了电机的五自由度全悬浮,包括径向、轴向和扭转方向.实验结果表明,基于H桥模块的功率系统可对电机各绕组进行独立驱动,使得各绕组电流相互无影响,完全满足单绕组无轴承薄片电机的驱动要求.     

一种四相开关磁阻电动机新型功率变换器的分析与设计

通过对两种常用的四相开关磁阻电动机(SR)功率变换器主电路的分析,并结合研制实践,给出了5.5kW四相SR新型功率变换器的设计实例和实验结果。     

磁阻型无刷双馈电机特殊转子优化设计

在介绍磁阻型转子无刷双馈电机的原理基础上,提出了一种新的具有隔磁桥的径向迭片磁阻转子,并提出了针对该转子进行优化设计的整套流程方法。首先应用改进绕组函数法对电机转子的外形进行设计,然后以电机的转矩最大以及脉动最小为优化目标,利用田口法分别对该磁阻型转子的5个形状参数的4组不同取值进行了分析,根据分析结果选取了最优的一组参数,从而实现了转子结构的优化设计。     

Torque and suspension force in a bearingless switched reluctance motor

Bearingless switched reluctance motors, which can control rotor radial positions with magnetic force, have been proposed. The bearingless switched reluctance motors are characterized by integration of switched reluctance motors and magnetic bearings. These motors have two kinds of stator windings composed of motor main windings and suspension windings in the same stator in order to produce suspension force that can realize rotor shaft suspension without mechanical contacts or lubrication. For successful stable operation, accurate theoretical formulas of instantaneous torque and suspension force are necessary to a rotational speed controller and a rotor radial position controller. This paper derives the theoretical formulas of the instantaneous torque and the suspension force from an assumption of simple permeance distribution. This derivation process makes an assumption that fringing fluxes are distributed on elliptical lines. It is shown with experimental results that the derived theoretical formulas are very accurate in terms of practical application. © 2006 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 157(2): 72–82, 2006; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20157     

基于KELM-SAPSO的开关磁阻电机优化设计

开关磁阻电机由于其双凸极结构和铁芯磁通密度的高度饱和性,使得建立准确的非线性模型极其困难,传统的设计方法难以设计出最优方案。为了优化在起动过程中开关磁阻起动/发电机的转矩特性,缩短起动时间,首先采用传统设计方法设计了一台开关磁阻电机,并且选取了设计参数;然后针对非参数建模结构简单,容易辨识的特点利用核极限学习机进行非参数建模;最后使用模拟退火粒子群算法对平均转矩和转矩脉动进行多目标寻优。仿真结果表明,建立的非参数模型拟合精度高,优化后电机的平均转矩增加了3.95 N·m,转矩脉动减少0.23。仿真实验表明,核极限学习机和模拟退火粒子群相结合的算法适合于电机的设计与优化过程,具有参数设置少、泛化能力强、不易陷入局部最优解、耗时较少等优点。