Principle and basic characteristics of linear synchronous motor with half‐wave rectified self excitation

This paper presents the principle and basic characteristics of a novel linear synchronous motor based on “half‐wave rectified self excitation principle.” The field winding is short circuited through a diode and the armature winding consists of conventional three‐phase windings. If the amplitude of the balance three‐phase currents is modulated by an alternating wave with bias frequency, the produced magnetomotive force pulsates at the bias frequency and moves at the synchronous velocity. This pulsating magnetomotive force induces the electromotive force with a bias frequency in the field winding. The field excitation is obtained by rectifying the electromotive force with the diode in the field winding. In this paper, the authors design and build an experimental machine and confirm its basic characteristics. They also deduce the performance equations and investigate the thrust ripple reduction. © 2008 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 165(1): 82–90, 2008; Published online in Wiley InterScience ( www. interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20684     

Mover design and simulation of linear synchronous motor with half‐wave‐rectified self‐excitation

This paper presents a design method for a linear synchronous motor with half‐wave‐rectified self‐excitation; this method enables the construction of a motor with small thrust ripple. The mover of the motor is designed to be asymmetrical in order to reduce the thrust ripple. First, we design the configuration of the asymmetrical mover and the field winding of the mover by using the finite element method and a characteristic equation. The asymmetrical mover is built, and the thrust ripple reduction is verified by experiments. Next, the linear synchronous motor is modeled using a circuit simulator in order to confirm its high‐speed performance. The operation characteristics are clarified by simulation. © 2011 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 175(1): 43–52, 2011; Published online in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com ). DOI 10.1002/eej.21051     

可控励磁直线同步电机磁悬浮系统合成模糊控制的研究

可控励磁直线同步电机磁悬浮控制系统具有非线性以及扰动不确定性的特点,采用模糊PID控制具有很强的针对性,然而,模糊PID控制器为三输入单输出控制器,其规则数太多,使得控制器设计非常复杂。因此,对可控励磁直线同步电机磁悬浮控制系统提出合成模糊控制。研究可控励磁直线同步电机的结构,建立磁悬浮直线同步电机的数学模型。合成模糊控制器采用模糊PD控制器和模糊积分器的合成构成模糊PID控制器,在减少模糊控制规则数的同时提高磁悬浮控制系统的稳态精度,因此分别设计模糊PD控制器和模糊积分控制器,包括模糊化、模糊推理、去模糊化等。在MATLAB中建立可控励磁直线同步电机磁悬浮控制系统的仿真模型并进行仿真研究。结果表明合成模糊控制器具有良好的控制效果,可以减小稳态误差提高控制精度。     

无刷同步电动机微机励磁控制与应用

结合微机控制励磁系统在某炼油装置大功率无刷同步电动机上的应用,从同步电动机的起动控制、励磁控制单元及控制系统等方面,阐述了微机控制励磁系统为满足无刷同步电动机运行的稳定性和可靠性要求所采取的技术措施。实际运行证明:励磁控制系统在设计上充分考虑了同步电动机的运行要求,只要提高系统的技术性能和可靠性,就能够实现整套系统的稳定运行。     

基于PIC单片机的同步电动机晶闸管智能励磁控制系统的设计

介绍了利用PIC1 6F877单片机控制的同步电动机晶闸管智能励磁控制系统 ,给出了系统的主要功能、硬件结构及软件流程     

A New Self‐Tuning Power‐Factor‐Based Vector Control Method for Efficient Wide‐Speed Range Sensorless Drive of Permanent‐Magnet Synchronous Motors

As a simple sensorless vector control method for permanent‐magnet synchronous motor (PMSMs), a power‐factor‐based vector control (PFVC) method has been reported. This method has the attractive characteristics that three functions such as current limit, efficiency and sensorless drive can be performed simultaneously in a simple manner. However, it was developed under the assumption that there is no practical voltage limit, and that it cannot be applied over the rated speed. This paper proposes a new PFVC method that allows PMSMs to be driven even over the rated speed under application of a practical voltage limit, while keeping the desired characteristics. The effectiveness and usefulness of the proposed method are verified through extensive experiments.     

可控励磁磁悬浮直线同步电机磁热耦合研究

针对用于驱动数控机床的可控励磁直线磁悬浮同步电机特殊结构,对磁热耦合机理进行研究。分析电机在不同电枢电流时磁场对温升的影响,建立该电机二维温度场中热传导的微分方程、热对流的牛顿冷却公式以及温度场的边界条件;确定电机不同材料的导热系数及对流换热系数,给出对流换热系数的解析表达式。采用ANSYS有限元仿真磁热耦合分析方法,分析电机主要热源,应用ANSYS Maxwell软件计算其定子、转子损耗,以此作为电机热源导入Workbench软件对其进行热分析,得到该电机通入不同电枢电流时的温度分布云图。仿真结果表明,可控励磁磁悬浮直线同步电机内发热主要集中在绕组处,随电枢电流的增加而增大。温度场计算数据可为电机设计提供依据。     

混合励磁直线同步电机磁场的有限元分析

首先介绍了两种新型永磁电励混合励磁直线同步电机的结构与特点,然后运用ANSYS8.1软件包对两种型式的直线电机进行了气隙磁场的分析,给出磁场分布和电磁推力的分析结果,最后,与实物模型的试验结果进行了对照。     

无刷直流励磁同步电机启动控制策略研究

针对无刷直流励磁同步电机启动过程的特殊性,提出了一种新的高性能启动控制方法.在分析同步电机异步启动等效电路模型的基础上,建立了不同速度段矢量控制模型(异步启动和整步运行矢量控制模型),并提出了不同控制模型的平滑切换控制策略,实现整个启动和整步运行阶段的高性能矢量控制.实验结果表明上述控制策略具有有效性,并可实现无刷直流...     

基于场定向控制方式减小永磁直线同步电机推力波动

由于边端效应和齿槽效应,永磁直线同步电机在运行中存在推力波动问题。该文在有限元分析的基础上,利用傅里叶级数进行非线性分析,得到电机的磁阻力和位移的关系表达式,采用场定向控制的方法对电流环电流进行实时补偿,从而达到消除推力波动的目的。实验结果表明在对电流进行补偿后,推力波动和速度波动较小,基本稳定在给定值。     

自适应变结构永磁同步直线电动机直接推力控制

和矢量控制相比,永磁直线同步电动机直接推力控制具有快速和鲁棒性特点.由于经典直接推力控制在电机参数变化和负载扰动影响下会产生推力波动,严重影响系统性能,为改善系统性能,采用一种新颖的自适应变结构控制器控制动子磁链和推力.计算出动子电压矢量,根据空间矢量调制(SVM)控制逆变器的开关频率.整个控制系统经仿真验证,证明在动子参数变化和负载扰动的影响下,系统具有平滑、快速的动子速度和推力响应.     

参考磁链动态生成的直线永磁同步电机直接推力控制

目前在给定定子参考磁链直线永磁同步电机直接推力控制中,若给定参考磁链大于系统在最佳效率运行时所需的磁链值,造成实际电流的增加,由此带来电机热损增加,对电机绝缘提出了更高的要求,针对这些问题提出了采用根据电机最佳运行效率生成定子参考磁链的控制方法,分别对隐极、凸极两种类型的直线永磁式交流伺服电动机的动态定子参考磁链的生成做了分析研究,并以隐极式直线永磁式交流伺服电动机为例做了仿真分析,结果证实了该方法对节能和提高效率的有效性.     

基于电流误差矢量的绕组分段永磁直线同步电机电流预测控制

为了在不降低电机的推力平稳性的前提下,使直线电机具有大推力、高效率的特性,提出了绕组分段永磁直线同步电机。该电机的定子铁心连续,而初级绕组断开,推导了该电机的离散系统模型。通过电流误差矢量的定义与价值函数的选择,阐明了基于电流误差矢量的电流预测控制方法的原理。针对绕组分段结构的特点,将动子运动区域分为5个子区间,并介绍了不同区间中各段电机电流预测控制方法的实现。实验结果表明,系统电流控制的动态响应特性良好,且动子能够顺利经过共用区。     

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。     

磁悬浮平台直线同步电动机TS型模糊控制的研究

对驱动磁悬浮平台的直线磁悬浮同步电动机(LMSSM)采用基于TS模型的模糊控制。研究LMSSM结构及运行机理,建立LMSSM的数学模型,包括电压方程、推力方程、运动方程。由于LMSSM的数学模型具有不确定性的特征,因此采用TS型模糊控制,选择速度误差e和速度误差的变化率ec作为输入的语言变量,在误差较大时采用灵敏度较高的三角形隶属度函数,在误差趋近于零时采用梯形函数,用函数的线性组合作为该模糊控制器的输出,根据对象的特征提炼出4条模糊控制规则;使用MATLAB对所设计的控制器进行仿真,结果表明,该控制器规则少,控制系统响应速度快,抗扰性能好。     

永磁辅助式同步磁阻电机转矩预测控制方法

为了验证永磁磁阻电机具备宽调速域的优势,同时充分发挥永磁磁阻电机在弱磁运行时的输出转矩,提出了一种基于转矩预测控制的全速域控制方法。采用Ansys设计了一台永磁磁阻电机,并与Simulink联合仿真验证了方法的可行性。验证结果表明:转矩预测控制方法可以使电机在全速域获得良好的动态性能,同时永磁磁阻电机弱磁运行时依然具有优秀的转矩输出能力。     

单片机在监控同步电动机运行功率因数中的应用

介绍如何利用单片机自动控制同步电动机运行时的功率因数。     

永磁直线同步电机电流环新型线性自抗扰控制

永磁直线同步电机的抗扰能力较弱,电流环的动态性能易受磁场畸变、逆变器死区等因素影响而下降。为增强电流环的控制品质,选择使用线性自抗扰控制(LADRC)作为q轴电流环的闭环控制策略。考虑追踪高频信号时,电流环逆变器、低通滤波器等小滞后环节动态响应的不可忽略性,采用时、频域分析结合的方法,将电流环与小滞后环节联立,在频域内推导出电流环的新型二阶控制模型,进而在时域内建立起三阶电流环LADRC系统。设计了超前校正环节以减轻阶数升高带来的控制滞后,并给出了详细的控制系统参数整定方法。通过仿真与传统LADRC进行了对比。结果表明:新型LADRC控制策略在电流动态跟随、扰动抑制上性能更优,所构建的控制系统具有良好的控制性能。     

单边直线感应电动机直接推力控制方法研究

短初级长次级单边直线感应电动机的初级在进入和离开次级导体板时会产生涡流,引起气隙磁场畸变,造成损耗,严重影响电机的运行性能。通过量化体现动态纵向边缘效应的影响,得出直线感应电动机等效电路模型。根据直接转矩控制原理,建立了在不考虑和考虑边缘效应影响下的直线感应电动机直接推力控制系统模型,按照已知参数进行仿真。仿真说明该方法在直线感应电动机控制上取得了良好的控制性能。     

A Sensorless Starting Method for Self‐Controlled Synchronous Motors

Self‐controlled synchronous motors have been used as variable speed motors in industry and are now also used for propelling ships. In this type of motor, information on the rotor position is needed in order to achieve stable operation. A simple sensorless starting method for this motor is studied in this paper. An initial rotor position detection method without a position sensor is first discussed. It is shown that the position can be detected easily by observing the electromotive forces induced in the armature windings due to the change in the field current. Then, a new starting method for the motor is proposed on the basis of DC link current chopping during the starting period. It is shown that, based on the proposed method, starting of the motor can be realized independently of the load conditions, which indicates the usefulness of the proposed method. Finally, the effects of various system parameters on the response of the DC input current and the motor speed during starting up are discussed. © 2011 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 175(3): 48–55, 2011; Published online in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com ). DOI 10.1002/eej.21082