分数槽绕组对永磁同步电动机性能的影响分析

理论分析分数槽绕组对永磁同步电机齿谐波电动势、电枢反应磁动势和齿槽转矩的影响。以3相4极永磁同步电机为例,运用Ansoft Maxwell分别建立整数槽绕组电机模型和分数槽绕组电机模型,对电机的电枢反应电动势、气隙磁动势和齿槽转矩进行仿真分析。对比仿真结果验证理论分析的正确性。     

单双层混合绕组型低互感五相容错永磁电机的电磁问题研究

单双层混合绕组型多相容错永磁同步电机具备良好的相间物理隔离、热隔离和磁隔离能力,通过改变绕组跨距角可以改善定子磁动势谐波分布,在一定程度上降低转子涡流损耗,从而更好地兼顾容错能力和运行性能。该文针对单双层混合绕组型五相容错永磁电机展开研究,基于绕组因数分析,给出该类电机极槽配合选取原则和定子磁动势谐波分布规律,以及典型方案下的谐波比漏磁导系数随绕组跨距角的变化规律。进一步研究容错齿尺寸、模块间气隙宽度、槽口宽度等尺寸对磁动势谐波分布、转矩、互感和齿槽转矩的影响,给出高功率密度、低互感和低齿槽转矩设计原则。通过与传统单、双层分数槽集中绕组电机对比,证明了单双层混合绕组电机在磁隔离能力等方面的优势。研制了五相15槽12极单双层混合绕组电机样机,通过实验对理论分析结果进行了验证。     

永磁同步电机分数槽集中绕组磁动势

对单元电机的单个线圈、线圈组、相绕组和三相绕组的磁动势进行了分析。当定子槽数为奇数时,除3的整倍数之外其他极对数的磁动势都存在,其中与基波绕组系数相同、转向相反、幅值最大的谐波极对数仅与基波相差1对极。当定子槽数为偶数时,除偶数和3的整倍数之外其他极对数的磁动势都存在,其中与基波绕组系数相同、转向相反、幅值最大的谐波极对数仅与基波相差2或者4对极。电机内部还存在幅值较大的次谐波以及绕组系数与基波相同的高次谐波,它们会对电机造成不良影响。电机高速运行时,这些谐波磁动势产生的磁场会在永磁体内感应出涡流,产生损耗,造成永磁体温升增加,甚至去磁。     

绕线转子无刷双馈电机多谐波联合起动过程中磁动势及性能分析

多谐波联合起动绕线转子无刷双馈电机通过改变电机定子绕组联结方式,使得励磁电流在气隙中产生基波磁动势以及与基波同转向的不同极对数谐波磁动势。基波磁动势协同这些谐波磁动势与转子上复合线圈绕组相互作用来降低起动电流和增大起动转矩,进而改善电机的起动性能。该文通过详细的推导建立该电机的定子绕组磁动势数学模型,分析该电机在起动时磁动势谐波含量;分析转子绕组的磁场调制机理及工作特点,并对该电机在起动时的等效电路以及气隙磁通密度进行分析以研究其起动性能。仿真和试验结果表明,采用多谐波联合起动方式使电机的起动电流降低,起动转矩增大,并且使得电机具有良好的起动性能。     

三次谐波注入式五相无轴承永磁同步电机转矩和悬浮力性能优化

气隙磁动势谐波次数较多,且旋转方向不同,其相互作用关系对悬浮力的影响是多相无轴承电机研究的一大难点。为解决这一问题,该文提出一种谐波注入式五相无轴承永磁同步电机,将传统电机马鞍形永磁体的优点引入到无轴承电机中。以10槽8极结构为例,基于绕组函数法建立电枢绕组的定子磁动势数学模型;为获取最大平均转矩,计算马鞍形永磁体中3次谐波的最优比率;在分析定、转子气隙磁动势谐波分布的基础上阐述悬浮力的产生原理,并利用磁链等效虚拟绕组电流法分析谐波之间的相互作用对主悬浮力的影响;采用有限元法对不同永磁体形状的电机性能进行对比;设计马鞍形和正弦形永磁体结构的样机,通过对比试验验证理论分析的正确性。     

直驱型多相永磁同步电机定子磁动势与气隙磁密特性分析

直驱型多相永磁同步电机由于相数多、采用分数槽绕组结构、电机的中性点连接与PWM控制方式多样等特点,使得电机绕组电流与磁场谐波含量极为复杂,电机性能与普通三相电机相比有较大区别,因此,有必要对其电磁特性进行细致的研究。该文建立了直驱型多相永磁同步电机定子绕组磁动势数学分析模型,给出了详细推导过程。研究了电机绕组电流和磁动势的影响因素:相数与供电方式、中性点接法、极槽匹配与绕组分布。全面分析了以上因素对直驱型多相永磁同步电机电流及磁场的影响。研究结果表明,增加电机的相数和极槽数,合理的选择中性点连接方式,可以有效减少电机的谐波含量,提高电机的性能。     

多相分数槽集中绕组表贴式永磁电机谐波电流的确定及其影响

以一台20槽22极的五相分数槽集中绕组表贴式永磁电机为例进行分析。在保持电流有效值不变的前提下,以获得最大平均转矩为目标,采用解析法确定谐波电流分量,并通过有限元法得到验证。此外,对比分析电机在谐波电流注入前后电磁转矩、绕组磁动势、气隙磁密、涡流损耗、径向力波等性能的变化。分析表明,注入谐波电流后电机绕组磁动势出现新的谐波分量(包括低次分量),并导致涡流损耗和最低次径向力波含量增加。分析结果揭示了多相永磁电机设计的重点,为该类电机的设计提供参考。     

基于定子磁障的分数槽集中绕组永磁同步电机应用设计与分析

分数槽集中式绕组（FSCW）存在谐波含量大的缺点,易引起定转子铁心损耗和振动噪声问题,限制了其在高端领域的应用。以采用FSCW的12槽14极永磁同步电机(PMSM)为研究对象,使用有限元软件进行仿真,分析定子非绕线齿中的磁障对磁动势谐波、电磁转矩、铁心损耗及径向电磁力的影响,并与传统永磁电机进行对比。仿真结果表明,采用定子磁障的电机能够有效降低绕组磁动势低次谐波,1、3、5次谐波分别下降了87%、84%和30%,铁心损耗减小了21.1%,低阶径向电磁力减小了20%以上,实现了对噪声和振动的有效抑制。     

六相双Y永磁同步电机绕组重构与分析

针对三相表贴式永磁同步电机振动噪声问题,本文考虑多相电机绕组结构,基于96槽16极槽极组合对六相双Y绕组结构重新排布,以同转子结构的双Y偏0°整距绕组的两种排布方式和双Y偏30°短距绕组排布方式下,对其绕组系数、磁动势谐波分布、电枢反应磁场结果进行比较分析,并与同结构三相短距绕组排布的永磁同步电机共四种模型下电磁力二维傅里叶分解结果比较分析,为六相双Y永磁电机设计提供借鉴。     

五相分数槽永磁同步电机线圈节距的多要素确定方法（英文）

当前,分数槽永磁同步电机,尤其是多相电机,因为宽弱磁调速范围和出色的容错能力,在牵引领域中得到越来越多的关注。本文主要确定一台5相分数槽双层绕组永磁同步电机的线圈节距因数。提出的确定方法由解析计算和数值计算相结合,从电枢磁动势的空间分布出发,考虑由正弦电流供电的表贴式永磁电机。通过对电枢磁动势谐波成分的分析,获得总体谐波含量与线圈节距因数之间的关系。之后,给出了齿槽转矩的解析表达式,探究齿槽转矩和线圈节距因数之间的联系。数值计算部分主要针对电磁转矩和除切向力以外的电磁力和线圈节距之间的关系,利用有限元进行辅助分析。数值计算和有限元计算的结果得到了线圈节距因数选择的一些关键要素,之后,基于这些关键要素,用有限元进行了验证,证明了方法的可靠性。     

高可靠双三相永磁同步电机的转矩优化设计

针对双三相永磁同步电机（PMSM）的输出转矩提升问题,分析了3次谐波电流注入电机相电流和反电动势的控制原理,对驱动系统进行优化,调节3次谐波电流,解决2套绕组间的电流干扰问题。在最优相电流的基础上,提出了永磁体塑形方法,综合考虑定子齿槽效应、铁心饱和以及齿尖、极间漏磁,并得到最优的类正弦反电动势。类正弦电流与类正弦反电动势相互作用,电机的输出转矩提升了18.1%。通过有限元分析和样机试验验证了理论分析的正确性,为高可靠双三相PMSM的规模化应用提供了技术支撑。     

谐波注入式九相永磁同步电机矢量控制策略

用绕组函数法分析了多相永磁同步电机绕组磁势波的谐波构成,提出注入适当的谐波电流可以提高输出转矩,并且降低铁芯磁饱和。在旋转坐标系下建立了九相永磁同步电机数学模型,通过分析电磁转矩的构成,定量地分析了谐波电流在提升电磁转矩中的作用。推导出了基于最大逆变器功率约束的最优谐波注入比。最后,在simulink下搭建了九相矢量控制系统的仿真模型,对比了注入谐波前后电机输出转矩及电流波形的变化,并验证了注入谐波时电机的动态特性。仿真验证了理论方法的正确性和谐波电流注入的可行性。     

多电平双移30°永磁同步电机的矢量控制系统

为了进一步提高调速系统的容量,降低输出谐波和转矩脉动,将多电平逆变器与多相电机相结合,给出了五级十一电平级联型多电平逆变器驱动双移30°永磁同步电机的六相调速系统拓扑结构,分析了电压空间矢量在各正交空间的分布,研究了基于双级联型逆变器的四矢量空间矢量脉宽调制（SVPWM）算法。基于Matlab的仿真将级联型多电平逆变器驱动的双移30°永磁同步电机矢量控制系统与两电平逆变器驱动的双移30°永磁同步电机矢量控制系统进行比较,前者的转矩、稳态电流等性能均优于后者,其稳态电流总谐波畸变率仅为2.68%。基于 DSP的实验表明级联型多电平逆变器输出波形接近正弦波,转矩脉动较小,稳态电流谐波含量低,达到了预期的控制效果,从而验证了本文所提方法的可行性。     

多单元永磁同步电机数学模型与转矩波动抑制

为了提升永磁同步电机整机输出功率,同时降低每相绕组的电压、电流等级,通常采用多相或多单元设计.以一台五单元直驱式低速大扭矩永磁同步电动机为对象,建立了多单元永磁同步电机的电压、转矩方程.在部分单元电机容错运行时,采用磁共能法推导出单元电机不同数量、位置时的转矩波动解析表达式,并给出采用注入3次谐波电流抑制转矩波动的方法.数值分析和试验结果表明,所建立的多单元电机数学模型准确,转矩波动抑制方法有效,在部分单元电机额定状态运行时,转矩波动最多可降低3.5％,该数学模型和转矩波动公式及其抑制方法均可有条件推广至不同单元数量的电机分析之中.     

低谐波双三相永磁同步电机及其容错控制

研究了一种分数槽集中绕组低谐波永磁同步电机,介绍了该电机特殊的绕组结构,分析了电机在正常运行时降低磁动势谐波的原理,并提出了电机在开路故障时相应的容错控制策略,即以输出平滑转矩和仍具有降低磁动势谐波效应为约束进行容错控制。最后,通过仿真和实验验证了所提出的容错控制策略的有效性。     

不等齿顶宽间隔绕组对直接驱动转台电机转矩特性的影响

为了满足直接驱动数控转台对低速大转矩电机的要求,研究并设计了一种基于极槽数相近结构的不等齿顶宽间隔绕组多极永磁同步电机。多极电机保证了转台具有较低的额定转速。极槽数相近结构不仅可以提高绕组短距系数,更能有效地降低电机的齿槽转矩波动。间隔绕组和不等齿顶宽结构的配合设计最大化了定子齿磁链和绕组系数,从而有效地提高了电机的转矩密度。另外,还采用解析计算方法分析了不等齿顶宽结构对齿槽转矩波动和谐波绕组系数的影响。从有限元软件ANSYS计算结果和实验结果可以看出,样机的齿槽转矩波动小于额定转矩的1%;与等齿宽电机相比,不等齿顶宽结构有效地提高了电机的平均转矩,证明了所提出设计方法的正确性和有效性。     

基于电压补偿的低速永磁电机谐波抑制控制策略研究

扭矩扳子自动化检定装置用低速永磁同步电机通常工作于300 r/min以下,由于电机本体气隙磁场畸变、逆变器死区时间、开关管压降等非线性因素,电机在运行过程中会产生高次谐波,引起转矩脉动,导致加载过程中输出扭矩波动,影响检定过程。针对上述问题,提出了一种针对低速永磁电机的谐波抑制控制策略,建立了低速永磁电机的谐波数学模型,采用电压补偿的方法,根据谐波数学模型计算谐波电压补偿量,并采用PI控制,对电机运行过程中的相电流谐波进行抑制,从而减小扭矩扳子自动化检定装置的转矩脉动。通过仿真表明,该方法可以显著降低谐波,从而减小电机输出转矩脉动。     

基于转子形状优化设计的三次谐波注入式五相IPMSM气隙磁场优化

五相永磁同步电机(PMSM)可通过注入三次谐波电流来提高电机的转矩密度。除三次谐波外,削弱永磁体产生的其他次空间谐波可以降低电机的转矩脉动、减小电机的振动和噪声。因此,针对三次谐波注入式五相内嵌式永磁同步电机(IPMSM),提出一种转子铁心形状优化设计方法。理论推导转子铁心形状的解析表达式,根据电机参数进行有限元建模,得到优化后的电机模型气隙磁密谐波含量及转矩脉动。与优化前的电机模型进行仿真对比,得到的结果与理论分析吻合,气隙磁场优化效果显著。     

T型三电平逆变器馈电双三相PMSM直接转矩控制

提出了一种T型三电平逆变器馈电双三相PMSM驱动系统直接转矩控制(DTC)策略。该系统既具有多相电机转矩脉动小、电流应力小和故障容错能力强的优点,也继承了T型三电平电机驱动谐波性能好、可靠性高的特点。该文所提出的基于双空间矢量调制(SVM)技术的直接转矩控制策略保留了DTC快速动态响应特性。与基于空间矢量解耦(VSD)的SVM技术相比,双SVM技术避免了复杂的矢量合成过程,并具有良好的谐波控制效果。所提出的控制策略还设计了谐波电流闭环控制器,能够有效抑制由绕组不对称、反电动势谐波、死区等非线性因素引起的低次谐波电流。通过实验验证了所提出的T型三电平逆变器馈电双三相PMSM驱动系统DTC策略的有效性。     

电动助力转向电机控制系统死区效应研究

在汽车电动助力转向(EPS)系统中,逆变器的死区问题是影响转向电机输出性能的主要因素,表现为电流谐波含量增加,引发电机转矩脉动,增加电机附加损耗。双三相永磁同步电机采用2套定子绕组相移30°结构,通过双d-q坐标变换控制使6次谐波电流含量降低,电磁转矩总谐波含量减小。仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性。