双余度永磁无刷直流电机设计与实验研究

为了提高系统可靠性,将余度技术引入到永磁无刷直流电机设计中.设计了2种定子绕组方式,包括同槽嵌放和隔槽嵌放结构.建立了2种结构下的数学模型,对绕组电感进行了分析计算,推导了绕组自感和互感之间的关系.根据数学模型,设计了双余度永磁无刷直流电机的具体结构参数,对转速和转矩进行了仿真.利用magtrol测试系统对双余度永磁无刷直流电机进行了实验,对比分析了2种结构不同工作模式下的机械特性曲线.实验结果表明:2种结构的双余度无刷直流电机在运行过程中,具有良好的动态特性,2套绕组同时工作时其转矩为1套绕组工作时的2倍;2套绕组并未对电机性能产生不良影响,但大大提高了系统可靠性.     

双余度永磁无刷直流电机磁-热耦合分析

文章针对永磁无刷直流电机中常见的绕组故障,将余度技术引入到无刷电机设计中来,设计了双余度永磁无刷直流电机,它采用2种定子绕组方式,包括同槽嵌放和隔槽嵌放2种结构.根据永磁无刷直流电机的电压平衡方程式,推导了2种结构下的双余度永磁无刷直流电机电压、转矩方程.建立了2种双余度无刷直流电机的电磁场模型,设置了2套独立的控制电路,并利用magnet对其进行了电磁场仿真,对比分析了2种结构下的转速、转矩等.文章建立了2种双余度无刷直流电机的磁热耦合分析模型,对其热场进行了仿真,对比分析了2种结构下的温度.仿真结果表明:2种结构的双余度无刷直流电机在运行过程中,具有良好的动态特性,2套绕组并未给电机带来不良后果,但大大提高了系统可靠性.     

双余度高压无刷直流电机有限元分析

针对多电飞机的快速发展,设计了基于270 V的双余度高压无刷直流电机。根据双余度高压无刷直流电机的结构特点,建立了双余度高压无刷直流电机的数学模型,推导了双余度工作时的转矩计算公式。建立了双余度高压无刷直流电机的电磁场模型,并利用magnet对其进行了电磁场仿真,对比分析了单绕组工作时与双余度工作时的反电势、转矩、转速等。并建立了双余度高压无刷直流电机的磁热耦合分析模型,对其双余度工作时的热场进行了仿真。仿真结果表明:双余度高压无刷直流电机在运行过程中,可以达到与单绕组工作时相同的动态特性,转矩为单绕组工作时的2倍,且大大提高了系统的可靠性。     

稀土永磁无刷直流电机弱磁机理研究

针对稀土永磁无刷直流电机绕组导通角超前产生弱磁效果进行分析,提出一种等效气隙磁密分析方法,通过研究超前导通角的变化与导通相绕组下磁通的关系,推导出对应磁状态的导通相绕组下的磁通变化是稀土永磁无刷直流电机能够弱磁运行的关键。同时通过定转子空间磁势分析研究了电枢反应对弱磁效果的影响。研究表明,电枢反应对于表贴式径向励磁稀土永磁无刷直流电机磁场起一定削弱作用,但作用十分有限。实验结果给出了一种稀土永磁无刷直流电机弱磁效果的机械特性曲线,与理论分析较为吻合。     

对转永磁无刷直流电机建模与仿真

通过对三相绕组星型连接全控桥式电路的分析,介绍了对转永磁无刷直流电机的工作原理;据永磁无刷直流电机的内部数学模型建立了对转永磁无刷直流电机的数学模型,且在Matlab/Simulink对对转电机本体模块、换相模块和逆变器模块等系统进行了建模和仿真,结果表明理论分析和实验结果完全符合。     

高速电主轴用无刷直流电机优化设计

针对应用在电主轴中的高速永磁无刷直流电机存在的转矩脉动、定子铁心损耗、转子涡流损耗、永磁体抗电枢去磁能力等关键问题,从转子和定子结构两方面对电机进行优化设计。通过有限元仿真对比分析永磁体不同充磁方式及定子槽数对电机各方面性能的影响,提出采用平行充磁的面贴式转子结构和槽数较少的分数槽定子结构。设计出60000r／min、3．5kW的21槽无刷直流电机并进行稳态仿真和样机试验。     

无刷永磁直流电机的绕组参数计算

绕组电感参数的准确计算对于永磁无刷直流电机的动态性能分析具有重要的意义,分别介绍了绕组电感参数计算的磁场分析法和磁场势磁导法,并结合具有内外转子不同结构的两种永磁无刷直流电机的应用实例,对比分析了两种电感参数计算方法的计算精度与实用性。     

770 N·m稀土永磁ISG电机设计

针对混合动力汽车用大起动转矩ISG，电机电枢绕组设计成两套独立三相绕组，配合相应的功率变换器和控制器，在S和G状态的低速和高速阶段分别采用绕组串联和并联方式工作；稀土永磁电机转子设计为起动增磁、发电去磁的复合磁系统结构，以满足起动和发电状态的性能要求。通过电机电磁场有限元数值分析，结果表明：该复合磁极结构在额定起动状态相对于常规励磁结构增磁达12％，相对于电机反转去磁达28．1％(试验实测结果为25．0％)；而发电额定状态弱磁效果达37％，较好地解决了ISG在发电状态因反电势过高而失控的局面。     

双余度永磁无刷直流电机绕组故障诊断研究

双余度永磁无刷直流电机具有可靠性高、体积小、重量轻等优点,但绕组之间的耦合性对故障诊断提出了更高要求。针对双余度永磁无刷直流电机常见的绕组故障,包括绕组开路和绕组短路,选择相电流作为故障分析信号,通过拆分定子槽,改变控制电路的方式,建立了电机的绕组故障有限元仿真模型。根据故障信号和小波函数的特点,分别采用Daubechies3和coif5小波函数对故障信号进行特征提取。结果表明:在小波分解高频部分的第2层,信号有明显突变,并由此确定coif5小波函数进行故障特征检测。采用coif5小波函数对相电流d2分解系数进行了能量特征提取,得到了各相短路时的故障特征向量。建立了基于PNN神经网络的故障诊断模型,对故障样本进行了诊断,诊断结果准确率100%,验证了所用方法的有效可行。     

螺旋桨的永磁无刷直流电机绕组换接驱动方法

螺旋桨转矩与大气密度成正比,飞艇最高飞行高度海拔30 km处大气密度为0 km处的1/66,若保持相同转速,0 km的转矩是30 km处的66倍,常规永磁无刷直流电机(brushless DC machines,BLDCM)难以兼顾对高、低空螺旋桨负载的匹配,限制了飞艇飞行高度范围。为此提出利用调节BLDCM磁链的解决思路,进而提出一种BLDCM绕组换接方法,绕组并联减小磁链,满足高空下电机高速运行需求,绕组串联增加磁链,减小电机电流,满足电机低空低速大转矩需求。对不同绕组模式电机性能进行了理论分析,研究了绕组换接BLDCM的设计方法,设计并测试了1台3.5 k W BLDCM样机,样机不同绕组模式下性能测试结果与理论分析相吻合,证明该绕组换接方法可使BLDCM满足0~30 km高度空间内螺旋桨负载驱动的转矩和转速需求。     

一种双余度无刷直流电机转矩脉动抑制控制策略研究

针对两套并联绕组互差30°电角度的双余度无刷直流电机换相转矩脉动问题展开研究.提出一种基于变结构电流前馈的转矩控制方法.该方法结合对应相绕组轴线互差30°的特点,在均流控制的前提下,使用变结构控制策略独立控制两套绕组的电流以保证电机在换相时刻输出稳定的转矩.为了增加电流的响应速度,采用电流前馈控制方法提高电流的变化率.在MATLAB/Simulink环境下搭建模型进行仿真.结果表明,与传统的双余度电机均流控制策略相比,基于变结构电流前馈的转矩控制策略能够有效地降低电机的换相转矩脉动.     

从电机设计的角度减少高速永磁电机转子损耗

高速永磁无刷直流电机的转子涡流损耗主要是由定子电流的时间和空间谐波以及定子槽开口造成的气隙磁导变化引起的.转子涡流损耗使电机的效率下降并能引起转子永磁体的退磁.从电机设计的角度，采用解析计算和有限元仿真的方法研究了不同的定子结构、槽开口大小以及气隙长度对高速永磁无刷直流电机转子损耗的影响.利用傅里叶变换，得到了分布于定子槽开口处的等效电流片的空间谐波分量，然后采用计及转子集肤深度和涡流磁场影响的解析模型计算高速电机转子损耗，并对解析计算结果通过有限元仿真加以验证.结果表明，3槽集中绕组结构中含有2次、4次等偶次空间谐波分量，该谐波分量在转子中产生大量的涡流损耗.定子结构对高速电机转子涡流损耗影响很大，合理地设计定子结构能够减小转子涡流损耗.     

低速高扭矩永磁直流电机的设计及参数解析计算

设计出汽车电动千斤顶需要的一种低速高扭矩永磁直流电机。本文根据此电机的特点和使用的工况,分别对电机的永磁材料、气隙磁密波形、电枢绕组和电路形式、转子结构、定子结构进行选择和确定,并利用分离变量法求解永磁电机绕组的电枢反应磁场、绕组的自感互感、电机负载气隙磁场、绕组电流和电磁转矩,从而得出该电机的参数表。     

微特电机课程中对比教学方法的应用

针对微特电机课程教学内容具有可比较的特点,提出采用对比法开展教学实践.首先对比了永磁无刷直流电机和传统直流电机磁场、定转子结构的异同,通过永磁无刷直流电机数学模型,指出两种电机电压方程、转矩方程的相似性.其次对比了开关磁阻电机和反应式步进电机,分析了这两种电机的结构和控制方法,给出了开关磁阻电机原理上可粗略看成大步距步进电机的结论.最后对比了开关磁阻电机与永磁无刷直流电机的功率变换电路的异同.对比法教学可以在有限学时条件下,帮助学生将新内容与既有知识结合,提高学习效果.     

高空螺旋桨无刷直流电机重置粒子群PID控制

永磁无刷直流电机驱动高空螺旋桨负载时,由于大气密度随海拔高度变化,电机转速随螺旋桨负载变化不断波动,传统定参数PID控制难以随环境变化对电驱动系统PID控制参数进行实时调整,系统的动态特性和鲁棒性较差。提出一种基于BFGS(Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno)动态重置粒子群算法(BFGS-RPSO)的永磁无刷直流电机PID参数控制方法,该方法利用BFGS-RPSO算法灵活快速的在线参数寻优特点,对永磁无刷直流电机控制系统PID参数进行在线实时优化调整,提高了螺旋桨负载电驱动系统的动态特性和鲁棒性。Matlab仿真和实验表明,电机在起动过程中,转速上升时间较短,转速和转矩超调较小,且在负载波动过程中电机转矩脉动较小,BFGS-RPSO PID参数控制比传统PID控制具有更好的动态特性和鲁棒性,适合应用于高空螺旋桨永磁无刷直流电机螺旋桨电驱动系统。     

双体对转驱动电机的转矩平衡仿真研究

水下双体对转驱动电机分为前后两台同轴无刷直流电机,分别驱动两个对转螺旋桨.这一特殊结构使得正反转电机的驱动问题尤其是输出转矩平衡问题显得尤为突出.依据单体无刷直流电机的数学模型,运用工程设计方法进行电流调节器和转速调节器的设计和软件仿真分析,得出理论上的最佳双闭环控制参数,并在单电机的分析基础上,建立双电机的控制数学模型来研究输出转矩平衡问题,通过模拟仿真,得出理论上可以到达双电机输出转矩平衡的控制算法,为后续的实验研究提供了理论依据.     

双余度电机两种模式下电磁力及电磁振动分析

以槽极数配合为12/10的各相绕组间低热耦合分数槽集中绕组双余度永磁同步电动机为研究对象,分别对其在正常运行和单余度运行时的电磁力及电磁振动问题进行了仿真研究,按照电磁场、电磁力、电磁振动的顺序进行分析.然后将两种工况下的气隙磁密、电磁力、电磁振动进行对比,并分析其相互差异的原因.研究结果显示双余度电机在发生故障转换成单余度运行时,其电磁力不仅在幅值上发生变化,谐波含量也更加丰富,直接造成其偏心振动,这对双余度永磁同步电机的本体结构设计和控制其振动噪声方面可提供一定指导.     

磁通切换电机研究现状与展望

磁通切换电机继承了无刷结构的双凸极电机转子上既无永磁体也无绕组,结构简单、坚固耐用,适合宽转速范围运行等诸多特点,而且每相电枢绕组匝链的磁链为双极性,因此反电动势常数和输出转矩高于磁链为单极性的电机,具有广泛的工业应用前景。文章分别阐述了电励磁、永磁和混合励磁切换电机的基本原理、工作特性、电机设计和分析方法,针对磁通切换电机研究现状和存在的不足,探讨了磁通切换电机技术的发展趋势和研究方向。     

有限转角无刷力矩电机设计方法研究

提出并设计了一种双余度稀土永磁有限转角无刷力矩电机，对该电机的基本结构进行了研究，给出了电磁转矩、反电势和绕组电感的计算方法，并进行了样机试制。样机测试结果表明，该电机出力大、响应快，可满足航空直接驱动伺服阀的要求，具有重要的应用前景。     

无刷直流电机直接转矩控制系统分析

研究了无刷直流电机(BLDCM)直接转矩控制(DTC)策略。文章分析了无刷直流电机转矩特性,可以知道无刷直流电机的转矩可以通过转子磁链与定子电流之间的关系式估计得到,这不同于传统的永磁同步电机直接转矩控制的转矩估计方法。通过对二相导通方式下的无刷直流电机逆变器工作原理进行分析,得到了含有零矢量和不含零矢量的2个逆变器开关表以实现对转矩和磁链的控制。最后,在以上分析的基础上提出了2种新的无刷直流电机直接转矩控制数字实现方案,其中给出了2套不同的转矩和磁链估计方法。新策略能有效控制无刷直流电机稳定运行,相对于传统的脉宽调制策略,它具有更快速的转矩动态响应性能。仿真结果进一步验证了所提策略的正确性和有效性。