永磁同步电动机电枢电感及弱磁运行特性的分析计算

永磁同步电动机以其优异的特性在新能源汽车中得到广泛应用。当一款电机的基本参数确定以后,如何利用这些参数来求取电机空载反电势、交直轴电感、弱磁运行特性,针对该问题,利用有限元分析软件对一台电机进行了详细分析,得到了电机的上述参数,为该类电机的相关分析提供了参考。     

锥形转子永磁电机的结构对性能参数的影响

锥形转子永磁电机具有与普通永磁电机不同的结构特点,电机的分析计算有其特殊性,以简化方法计算容易得出误差较大的结果.以三维有限元法分析了不同结构参数下锥形转子永磁电机的磁场分布,结果表明其磁场沿轴向分布比较均匀,并且气隙磁场随着转子轴向位移的增大线性降低.在此基础上,分析了锥角,转子轴向位移,永磁体形状等结构参数对交直轴电感、转矩等的影响,结果表明交直轴电感参数在不同的永磁体形状下随着转子轴向位移有着不同的变化趋势,锥角影响着交直轴电感的变化幅度,转矩随着转子轴向位移的增大而减小.同时计算分析的正确性通过样机实测值得到了验证.     

内嵌式永磁同步电动机电感参数分析

内嵌式永磁同步电机的交直轴电感参数影响着电机控制系统调节器参数的设计,准确的电机参数对其闭环控制及弱磁调速时的性能有较大影响。基于永磁同步电机的数学模型,推导内嵌式永磁同步电动机交直轴电感参数的理论计算公式;利用伏安法实验测得电机的三相电感曲线,分析得到交直轴电感参数的测试值;利用实验测得的空载反电势求取电机的永磁体磁链值。有限元计算所得的交直轴电感参数和空载反电势验证了解析推导和实验方法及结果的正确性。     

永磁辅助同步磁阻电机交直轴电感参数分析

永磁辅助同步磁阻电机良好的运行特性与电机的电感参数密切相关,在电磁方案设计阶段需要对电感参数进行准确计算。介绍了等效交直轴法、静态场法、瞬态场法和冻结磁导率法计算交直轴电感参数的原理,并采用上述四种方法进行了电机交直轴电感参数的仿真计算。进行样机试制,并采用伏安法测试了样机电感参数,将仿真结果与测试结果进行对比,以验证各方法的准确性。结果表明,冻结磁导率法仿真得到的交直轴电感参数与实测结果的误差在3〖WTB4〗%〖WTBZ〗以内,采用冻结磁导率法的计算结果更为准确。     

考虑参数变化的永磁同步电动机弱磁控制研究

永磁同步电动机的弱磁控制是通过增加定子直轴负向电流,利用直轴电枢反应使电机气隙磁场减弱,达到等效于减弱合成磁场的效果以实现弱磁增速的目的,这就造成弱磁运行时,转速越高对应的直轴负向电流越大,即电枢反应越严重.直轴电枢反应严重影响着直轴同步电感,同时交轴电流也在一个较大的范围内变化,交轴电流的变化也影响着交轴同步电感和永磁体产生的磁链.当电机参数在运行过程中发生较大变化时,便造成了转矩给定值和实际系统的转矩输出能力之间存在一定的偏差,使得系统无法跟踪指令值,导致整个系统性能下降.当电机参数发生变化时,为了提高系统的控制性能,本文提出了转矩模糊控制器,从而使给定转矩较好的跟踪电机实际转矩输出能力.     

反凸极永磁同步电机弱磁特性分析

提出一种新型反凸极永磁同步电机,利用转子永磁体分段磁桥和调整铁心为直轴磁通提供路径从而实现直轴电感大于交轴电感。低速运行时采取正值的直轴电流控制产生正值的磁阻转矩,同时正向电流可有效提高永磁体的工作点。高转速运行电机可以使用相对较小的直轴弱磁电流来削弱气隙磁通,实现弱磁升速,有效扩大电机的弱磁范围。建立新型反凸极永磁同步电机的直交轴磁路模型,分析新型反凸极永磁同步电机电磁转矩特性和弱磁特性,并进行有限元分析。理论分析结果与仿真计算分析结果相吻合,验证了反凸极永磁同步电机弱磁的有效性和可行性。     

双转子永磁电机电感参数、永磁电势及齿槽转矩

双转子永磁电机是一种具有高转矩密度、高运行效率的新型永磁电机.本文对该电机的电感参数及永磁电势进行了分析计算,研究了该种电机独特的降低齿槽转矩的方法.针对电感参数和永磁电势,首先采用解析法,在考虑组成双转子永磁电机的内外转子电机直轴不一致情况下,推导出了该电机电感参数及绕组感应电势的计算公式;然后采用电磁场的有限元法及样机试验对所计算的电感及电势进行了验证.结果表明,解析值、电磁场的有限元计算值及试验值三者吻合很好.     

考虑磁路交叉饱和的内置式永磁同步电动机调速控制

内置式永磁同步电动机由于在结构上气隙小,交直轴电感参数差异大,因此其控制性能受参数影响敏感.由于内置式永磁同步电动机的这个特点,它在其整个控制区域,即恒转矩区域和弱磁运行区域,都必须要考虑磁路交叉饱和对电机参数的影响.文章建立了考虑交叉饱和的永磁同步电动机暂态有限元模型,通过有限元模型和修正的电感计算方法对考虑交叉饱和情况下的电机d轴和q轴电感进行了分析计算.并利用有限元模型对电机最佳电流控制角、输出转矩及弱磁控制性能等进行分析.最后用求得的电感参数用于控制并与直接采用有限元方法的分析结果进行比较验证,实验结果表明两者完全吻合.     

考虑交叉饱和影响的永磁同步电机稳态参数有限元分析

针对永磁电机相关控制策略及性能计算均需要准确地得到电感和磁链等稳态参数,而它们又受交叉饱和效应影响严重,常规方法无法准确计算的问题,以有限元为工具,分析了计算永磁磁链和直轴、交轴电枢反应电感的不同方法。研究了交叉饱和效应对永磁电机的直轴、交轴电枢反应电感的影响,提出由于交叉饱和效应导致的直轴交轴存在互感,以及直轴上的永磁磁势产生交轴磁通的问题。采用冻结单元磁导率的方法,将非线性场线性化,计算得到了稳态参数随直轴、交轴电流变化的趋势。通过对比,使用计算得到的稳态参数仿真结果和实际测试结果,在空载与负载条件下的吻合很好,证明了使用冻结磁导率法计算参数是可靠的。     

分数槽集中绕组嵌入式永磁同步电机设计

分析了一类极槽数相近的分数槽集中绕组嵌入式永磁同步(FCW—IPM)电机的极槽数配合选择依据,基于二维有限元法对该类电机的气隙磁场分布、反电动势、稳态转矩、定位力矩等电磁特性进行了计算和分析。提出了一种交直轴电流全解耦与冻结磁导率相结合的方法,详细分析了交叉耦合及定转子相对位置变化对电机交直轴电感的影响规律。设计并制造了一台额定功率为10kW的样机,样机实验结果验证了设计方法和理论分析的正确性,为该类电机在混合动力汽车驱动领域的进一步应用奠定了基础。     

计及磁饱和的车用永磁同步电机MTPA控制技术

永磁同步电机具有较高的效率和功率密度,在电动汽车驱动系统中广泛应用。电机的d、q轴电感是设计控制系统的重要参数,但重载情况下受磁饱和及交叉饱和影响严重。传统控制技术忽略磁饱和效应,导致转矩控制的精确性不足。采用有限元法分析电机负载时的磁饱和情况,计算考虑磁饱和及交叉饱和的d、q轴电感参数。以此为基础,拟合d、q轴电感和电流关系。设计计及磁饱和的最大转矩电流比MTPA(maximum torque per ampere)控制,使d、q轴参考电流计算中使用的电感随电机电流变化。通过对比,证明计及磁饱和的MTPA控制能够实现输出转矩的精确控制,提高永磁同步电机的动态响应性能。     

Modeling and vector control of synchronous reluctance motorsincluding stator iron loss

The influence of the stator iron loss cannot be neglected since the high-speed operation and precision torque control of AC motors are required. This paper presents the modeling and vector control of synchronous reluctance motors including the stator iron loss. The stator iron loss is modeled by additional windings on the d-q axes, and is introduced as an equivalent iron loss resistance in voltage equations under the assumption that the losses in the stator core are produced in equivalent eddy current windings on d-q axes. The equivalent iron loss resistance is inserted in series with exciting inductance, and the d and q axes interfere with each other through the equivalent iron loss resistance. To achieve vector control, the d-q axis currents are decoupled by nonlinear control voltages. As a result, the instantaneous torque control scheme is equal to that of a DC machine and the torque control is simplified     

粘着控制中的交流永磁同步电机调速控制研究

交流永磁同步电机的模型参数辨识精度是影响电机矢量控制方法性能的关键.基于此,在交流永磁同步电机同步旋转坐标系的数学模型下,提出了一种交流永磁同步电机模型参数的辨识方法,采用直轴电流阶跃响应实验同时辨识定子电阻和直轴电感,脉冲电压实验检测交轴电感,速度驱动实验检测转子磁通.在电机模型参数辨识结果的基础上,讨论了基于矢量控制的交流永磁同步电机调速控制系统电流环和速度环的设计方法.在基于TMS320F2812 DSP的电力机车粘着控制实验平台上进行了实验研究.实验结果表明电机模型参数辨识方法的有效性,调速系统具有良好的动态和稳态性能.     

永磁无刷直流电机电感参数测量及影响因素分析

该文对永磁无刷直流电机电感参数的计算和测定方法进行了推导,通过坐标变换,把三相电机ABC坐标系下的自感、互感的复杂计算和测定问题转换为d-q坐标系下简单的计算和测定问题。该方法通过测定一周转子不同位置下的电压、电流、功率数据,可直接计算出电机的直轴电感和交轴电感。采用该方法分析了转子位置、电流、频率、温度对电感参数的影响。     

电感不对称对双绕组永磁同步电机无位置传感器控制的影响

本文研究电感不对称对双绕组永磁同步电机基于脉振高频电压注入法的无位置传感器控制的影响。基于Ansoft/Maxwell建立有限元仿真模型,分析双绕组永磁同步电机两种工况下的电感波形。仿真结果表明由于绕组结构的非对称性,单个子电机工况下三相电感不再对称,d-q轴电感产生较大波动。理论推导了非恒值d-q轴电感条件下脉振高频电压注入法的数学模型,证明了该方法对电感波形有较高要求。通过Simulink搭建仿真模型,研究电感不对称对双绕组永磁同步电机高频注入法控制的影响,并且dSPACE实验平台上进行验证。仿真和实验结果表明,两个子电机同时运行工况下,基于脉振高频电压注入法的无位置传感器控制可以正常运行;但在单个子电机运行工况下,由于d-q轴电感存在较大波动,PLL锁相环并不能有效跟踪转子位置,导致无位置传感器控制无法正常起动。     

The Advantages of Using Saturable DC Series Motors Fed from Solar Photovoltaic Arrays

This paper presents a method for increasing the daily output mechanical energy supplied by DC motors directly connected to solar cell arrays (SCA). Without any interfacing circuitry between the PV-array and the DC series motor, an increase of about 10% in the mechanical energy can be achieved. The procedure is based on the use of series DC motors with nonlinear magnetic circuits so that these motors will be driven into their saturation region during their normal operation. It will be shown that through properly selecting the parameters of the motor’s magnetization characteristics (initial mutual inductance and the flux saturation level), an improved matching between the PV-array and the DC motor will be possible.     

单边直线感应电机转子磁场定向矢量控制方法研究

单边直线感应电机运行中因次级板产生涡流而存在第二类纵向边缘效应,造成气隙有效磁通和牵引力系数降低.建立了电机d-q轴等效电路,通过d轴互感和电阻变化来反应边缘效应的影响.采用转子磁链、速度和电流3个调节器,对uds,uqs,iqs进行在线解耦补偿控制.结果表明,该方法在电机速度突变时减小了力矩脉动,定子电流过渡平滑,速度平稳,较好地改善了电机的运行性能,对实际分析提供了理论依据.     

永磁同步电动机自抗扰磁链观测器的研究

提出一种自抗扰磁链观测器,它对永磁同步电动机电感和永磁磁链的变化具有很好的鲁棒性.永磁同步电动机由电流调节逆变器来驱动,其中d-q轴电流是由两个前馈交叉耦合的比例积分控制器来解耦调节.电流调节器反映磁链偏差的积分项用来补偿由于电机工作温度变化等原因带来的电感和永磁磁链变化.实验结果表明了该观测器的有效性和优越性.     

A method to determine direct‐ and quadrature‐axis inductances of permanent magnet synchronous motors

The equivalent circuit constants of permanent magnet synchronous motors are needed in the calculation of operation characteristics, construction of a control system, etc. These constants can be computed from the data on structural form and materials. However, measurements are necessary to obtain highly precise values. Methods for measurement of the d‐ and q‐axis inductances can be roughly divided into rotational and standstill methods. The standstill methods have the advantage that they are easy to carry out. However, it is difficult to consider magnetic saturation and distortion of the change in the armature winding inductance. The accuracy of the standstill method can be improved if these effects can be readily taken into account. This paper describes a standstill method for measuring accurate d‐ and q‐axis synchronous inductances of permanent magnet synchronous motors. By utilizing the fact that the EMF interference terms in the motor voltage equation considering the distortion of the inductance change are equal to zero when the rotor is in a specific position, the proposed method determines the inductances considering both magnetic saturation and inductance distortion effects from simple off‐line standstill testing. In addition, this method is capable of taking cross‐magnetic saturation into account when used with the necessary testing equipment. The proposed method was implemented on a 0.4‐kW interior permanent magnet synchronous motor with concentrated stator winding. The validity of the proposed method was demonstrated by comparing the measured and calculated results of the no‐load and on‐load characteristics. © 2010 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 171(3): 41–50, 2010; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20969