盘式无铁心永磁同步电机矢量控制技术分析

盘式无铁心永磁同步电机的定、转子均为无铁心结构,在同等输出功率和转矩条件下,电机重量较轻,并具有过载能力强、无齿槽转矩、气隙磁场分布正弦性好、电枢反应小、参数线性等优点。作为电动机应用时,特别适合对电机体积有特殊要求且低速性能好、响应速度快、过载能力强的场合。同样,因为无铁心结构,电机定子绕组电感很小,很小的电感导致通以绕组内的电流不连续,从而产生电磁转矩脉动。该文提出一种电机外部串电感的方法,增大定子绕组回路的电感值,设计了基于转子磁场定向的盘式无铁心永磁同步电机调速驱动系统。仿真和实验结果证实了控制方法的有效性,电机转速平稳且无静差,超调量小;能够获得较大启动转矩,响应速度快。     

永磁式双凸极电机新型调速系统

在用有限元法对6/4极永磁式双凸极电机内电磁场计算分析的基础上，详细分析了转矩脉动的形成机理。针对目前转速电流双闭环控制方式，提出了转矩内环的新型调速控制方式，设计了转矩观测器，构造了永磁式双凸极电机新型调速系统。该控制方式可减少因自感和磁链非线性畸变产生的换相转矩脉动和稳态转矩脉动，并将其与电流控制方式进行了比较，验证了新型调速系统的正确性。和传统电流控制方式相比，新型转矩内环控制方式在低速时转矩脉动较小，转速比较平稳。     

无铁心BLDCM的转矩脉动抑制

无铁心的无刷直流接电机从电机结构上降低了转矩脉动,且为从控制电路方面进一步降低脉动提供可能。一般的无刷直流电机的方波驱动普遍采用电压调制与逻辑换相一体的控制6个功率器件的方案,matlab仿真表明此方法用来控制新型的无铁心电机电磁转矩脉动会很大,因此本文又提出了直流变换器加逆变桥的控制7个功率器件的新方案来减少电磁转矩脉动,并给出新增硬件部分的参数设计。随后又进一步从软件实现上提出对换相脉动进行抑制的想法和实施办法。方案增加了一定的成本和硬件调试难度,但对转矩脉动抑制是有效的。     

轴向磁通永磁电机的设计与优化

本文根据一款家用乘用车的结构和运行性能需求,设计出了额定功率95kW,峰值功率190kW的轴向磁通永磁电机。电机采用内单定子外双转子结构,定子铁心采用分块式设计形式。基于永磁电机设计理论,总结归纳轴向磁通永磁电机的初始设计流程,并对其电磁性能进行初始评估。采用有限元法建立电磁分析三维模型,对采用多种转子结构电机的电磁转矩、齿槽转矩、转矩脉动及永磁体涡流损耗等进行计算和分析。文中所归纳的电动汽车驱动用轴向磁通永磁电机设计流程及降低齿槽转矩、转矩脉动和永磁体涡流措施的效果对比,为此类电机的设计及优化提供借鉴经验。     

外转子无铁心无轴承永磁同步电机参数优化设计

为解决飞轮储能用电机齿槽转矩大,高速运行时铁心损耗高的问题,提出一种外转子无铁心无轴承永磁同步电机.首先阐述了外转子无铁心无轴承永磁同步电机的基本结构和工作原理,然后给出了电机的基本设计参数,接着采用Taguchi法以平均转矩、平均悬浮力、转矩脉动和悬浮力脉动为评价标准优化了极弧系数、永磁体厚度、气隙长度和转子厚度,接...     

基于模糊逻辑的PMSM转矩谐波反馈控制

为了应对永磁同步电机(PMSM)驱动系统的转矩脉动问题,设计了一种基于模糊逻辑和转速谐波反馈的PMSM转矩脉动优化控制策略。控制方案中使用转速谐波幅值和增量作为闭环模糊逻辑电流控制器的输入,以达到控制转矩脉动的目的,由于采用的是电机转速测量,故不依赖于电机参数,且避免了一些系统非线性因素影响,从而鲁棒性较好。分析了PMSM输出转矩谐波和转速谐波的相关性,并基于分析建立了转矩谐波数学模型,方便了控制器的设计。基于PMSM驱动系统实验室平台,进行了不同负载工况下的驱动试验,试验结果验证了该控制策略的有效性。     

轮边直驱永磁盘式电机转矩脉动分析与抑制

针对纯电动汽车轮边直驱永磁盘式电机的转矩脉动较大问题,为提高电机转矩输出的平稳性,对6k W、933 r/min额定转速的双定子单转子磁路结构的永磁盘式电机齿槽转矩与纹波转矩脉动进行了研究。通过对齿槽转矩与纹波转矩的理论推导,并建立了数学模型。利用三维有限元的分析方法,建立了永磁盘式电机三维仿真模型,以永磁体斜极角为变量,分析斜极角对齿槽转矩的削减情况,合理选择永磁体斜极角。对电机不同永磁体斜极角下的空载反电动势进行谐波分析,通过优化反电动势谐波的方法来抑制电机纹波转矩脉动。研究结果表明,采用永磁体斜极方式时双定子单转子永磁盘式电机的齿槽转矩抑制效果明显,齿槽转矩由5.4N.m降低到0.9N.m,纹波转矩脉动由10.9%降低到3.6%,转矩脉动优化显著。     

直流变频系统转矩脉动分析与SVPWM驱动研究

为提高无刷直流变频空调工作效率,设计了以高速数字信号控制器dsPIC30F6010为核心的室外机控制与驱动系统,并针对集中绕组稀土永磁无刷直流电动机在正弦波和方波电流驱动下的电磁转矩脉动系数进行了对比.实现了SVPWM控制策略,通过实验比较了在方波驱动和SVPWM驱动下电机的转速与电流.实验结果证明,SVPWM驱动下电机效率高,转矩脉动小.     

调速永磁电机自抗扰控制系统的性能仿真

设计了调速永磁同步电动机的自抗扰控制(ADRC)系统,并在Matlab/Simulink 7.0环境下,仿真研究了在各类干扰信号作用下的转速超调、转矩脉动和电流响应等电机性能。仿真结果表明,基于ADRC的调速永磁同步电动机控制系统鲁棒性好且抗干扰能力强。     

160ZYP01型线绕盘式永磁直流电动机

线绕盘式永磁直流电机,是从无槽永磁直流电机和杯形转子电机演变而来的。它继承了无槽永磁直流电机和杯形转子电机的性能优点,且满足了薄形安装结构的要求。盘式电机的特点是: 1.外形结构扁平,与同功率、同转速的普通直流电动机相比,轴向尺寸缩短2/3,体积减小1/3,重量减轻2/5以上。2.磁场部分采用高性能永久磁钢,转子为无铁心结构,电枢用耐热性、耐潮性极好的环氧树脂经特殊工艺浇注而成,或用耐高温塑料注塑而成。3.电机输出功率大,效率高,转矩大,过载     

Experimental study on reducing cogging torque and no-load power loss in axial-flux permanent-magnet machines with slotted winding

The axial-flux permanent-magnet machine (AFPM) topology is suited for direct-drive applications and, due to their enhanced flux-weakening capability, AFPMs having slotted windings are the most promising candidates for use in wheel-motor drives. In consideration of this, this paper deals with an experimental study devoted to investigate a number of technical solutions to be used in AFPMs having slotted windings in order to achieve substantial reduction of both cogging torque and no-load power loss in the machine. To conduct such an experimental study, a laboratory machine was purposely built incorporating facilities that allow easy-to-achieve offline modifications of the overall magnetic arrangement at the machine air gaps, such as magnet skewing, angular shifting between rotor discs, and accommodation of either PVC or Somaloy wedges for closing the slot openings. The paper discusses experimental results and gives guidelines for the design of AFPMs with improved performance.     

基于三电平逆变器供电的电机直接转矩控制系统

针对电机调速系统中使用较多的三相交—直—交电压型逆变器供电的直接转矩控制系统中转矩脉动、磁链脉动较大等诸多问题,提出采用三电平逆变器供电的直接转矩控制方案,可以为定子磁链矢量幅值以及相位控制提供更多的控制自由度,从而有效解决转矩、磁链脉动等问题,并在试验基础上,对整个控制系统的工作原理进行介绍.     

模糊调节电压矢量角度和幅值的SPMSMDTC系统

针对永磁同步电机直接转矩控制转矩和磁链脉动较大的问题,提出了模糊调节电压矢量角度与幅值表面式永磁同步电机模糊直接转矩控制系统,采用模糊控制器和空间矢量调制技术取代传统直接转矩控制系统的滞环比较器和开关表输出电压矢量。模糊控制器输入量为磁链和转矩误差,输出量为输出电压矢量的角度和幅值。基于电压矢量幅值和角度对磁链和转矩的变化影响规律设计了模糊控制规则表。为了进一步抑制转速为负时的转矩脉动,设计自适应模糊直接转矩控制系统。仿真结果表明:模糊调节电压矢量角度与幅值的直接转矩控制系统可实现四象限运行,电机系统运行良好,仅在转速为负时,转矩脉动略有增大。自适应模糊直接转矩控制系统运行效果良好,在四象限内均可较好抑制转矩和磁链脉动。     

无刷直流电机换相转矩脉动的抑制

无刷直流电机由于功率密度高、控制容易而获得广泛应用.但高、低速下由电流换相造成的非换相相电流的失真会导致转矩脉动.本文提出了一种采用抑制非换相相电流脉动来抑制转矩脉动的新方法:即在高速下,采用降低续流相电流下降速率来间接控制非换相相电流;在低速下,直接控制非换相相电流.控制系统由模拟电路实现,结构简单,性能可靠.仿真和实验验证了所提出方法的正确性和实用性.     

基于负载转矩观测的永磁同步电机抑制转速脉动控制方法

在电机调速系统中,需要抑制由负载转矩的周期性波动引起的转速脉动,单纯依靠转速调节器难以获得理想的转速脉动抑制效果。对于无法安装位置传感器的永磁同步电动机,只能通过软件观测转子的转速和位置,更加大了抑制转速脉动的控制难度。本文采用一种基于假设旋转坐标系的无位置传感器观测方法,对转子位置和转速进行观测,并通过转速信息进一步观测负载转矩中的周期性脉动分量。在此基础上,提出一种负载转矩电流前馈补偿方法,依据观测得到的负载转矩波动幅值对电动机转矩电流的给定值进行相应的前馈补偿,从而抑制转速脉动,明显提高了转速调节器的控制性能。通过带模拟空调压缩机负载实验,验证了所提方法的有效性。     

非理想梯形波反电势的永磁无刷直流电机换相转矩脉动抑制方法

为了提高磁悬浮控制力矩陀螺(magnetically suspended control moment gyro, MSCMG)框架伺服的精度与稳定度,针对永磁无刷直流力矩电机(permanent magnet brushless DC motor, PMBLDCM)非理想梯形波造成的换相转矩脉动,分析指出了换相反电势不平衡是造成转矩脉动产生的又一原因,且是影响低速力矩电机换相转矩脉动的主要因素。在单一直流母线电流反馈的基础上,提出了一种换相转矩自平衡控制方法,其中包括换相转矩平衡点观测器和角加速度的快速最优估计算法,有效的抑制了换相转矩脉动,提高了低速时的速率伺服精度与稳定度。     

永磁式双凸极电机新型开通关断角控制策略

采用标准角度控制的永磁式双凸极电机，在换相时三相同时导通或关断，产生较大换相转矩脉动。该文通过对电机内部电磁场的有限元计算，分析了转矩脉动形成机理。为减小换相转矩脉动，提出新型开通角和关断角控制策略。该方法通过提前导通功率变换器上管、滞后关断其下管，对一个周期内的导通模式进行细分，通过换相前后，两相和三相导通方式的切换，提高换相时刻输出转矩，减小电机转矩脉动。根据有限元分析的电感和磁链数据，构造永磁式双凸极电机调速系统非线性仿真模型，并将其与标准角度控制方式进行仿真与实验比较，验证了新型控制策略的正确性。     

无刷直流电动机系统的波动力矩仿真研究

利用Ｐｓｐｉｃｅ仿真软件,对具有正弦磁场的无刷直流电动机系统的波动力矩进行了仿真研究。由电机的绕组端电压、相电流及转速构造了波动力矩观测器,其输出信号反映了电机的波动力矩;波动力矩的闭环控制减小了电机输出力矩的波动,并给出了仿真结果。     

基于自抗扰迭代学习控制的双定子磁场调制电机转矩脉动抑制策略

与传统单层气隙电机相比,双定子磁场调制（FMDS）电机存在较大的转矩脉动。转矩脉动随转子位置的变化而周期性变化,从而导致速度脉动。针对周期性转矩脉动、快速性与超调性的矛盾以及外部不确定干扰的存在,提出一种基于自抗扰迭代学习（ILC-ADRC）的转速外环控制器。通过设定期望转速的过渡过程,避免了阶跃输入引起过大转速超调,降低了迭代学习的初始条件要求。设计线性扩张状态观测器(LESO)以简化参数调节。加入过去周期性的转速误差信息,以补偿转矩脉动。最后,利用状态误差反馈控制律生成控制信号。仿真结果表明,该系统响应快速、无超调,有效地降低了电机的转矩脉动。