交交变频同步电机系统的稳态仿真及性能研究

本文采用面向功能结构图的建模方法，建立了交交变频器、同步电机的稳态仿真模型。     

简单系统中感应电动机群稳态运行状态的分析

基于感应电动机的T形等值电路,分析了单台电动机稳态运行状态的分岔情况,发现了分岔点的滑差仅依赖于电动机及其负载的参数,而分岔点电压还与初始状态有关;研究了感应电动机初始滑差与运行指标的关系,获得了初始滑差的合理分布范围.以单负荷无穷大系统为研究对象,提出了感应电动机群稳态运行状态的分析方法;在初始滑差呈等差数列、初始功...     

A NEW APPROACH TO PERFORMANCE ANALYSIS OF CHOPPER CONTROLLED D.C. MOTOR DRIVE

ABSTRACT

An analytical method for performance analysis of a d.c. separately excited motor fed from a chopper is presented. The motor input voltage is represented as a series of step-voltages with a time phase difference. The system equations are solved to obtain closed-form solutions for motor current and speed, for transient as well as steady state conditions. The method presented is superior to existing methods in that the solution is in closed-form, and does not make recourse to recursive numerical techniques. The solutions for steady state condition corresponding to any set of operating conditions (voltage, chopper duty factor, load torque) can be directly obtained. The computational effort and time needed is therefore extremely small as compared to other methods.     

考虑负荷动态模型的暂态电压稳定快速判断方法

提出一种负荷采用三阶感应电动机并联恒阻抗动态模型时系统暂态电压稳定快速判断的方法。针对采用牛顿法求取故障后系统主导不稳定平衡点(controlling unstable equilibrium point,CUEP)存在的初值选取难题,提出一种实用但不失严谨的解决方案：通过识别给定故障的主导负荷母线,对主导负荷母线以外系统由故障后稳定平衡点处的状态进行戴维南等值,对负荷中感应电动机部分采用其稳态等值电路,再由感应电动机的转矩特性求得CUEP附近的一个点作为近似的CUEP,以此为迭代初值可靠求得CUEP;采用二阶正规型来近似CUEP的稳定流形的方法求得近似的局部吸引域边界;由仿真得到故障清除时刻系统的状态并根据该状态是否位于吸引域内判断系统的暂态电压稳定性。文中推导出了该方法的系统数学模型的一般化描述,并通过对一个5节点系统和IEEE-9节点系统的计算结果验证了该方法的正确有效和良好精度。     

永磁同步电机模型预测磁场定向控制技术

针对永磁同步电机磁场定向控制(FOC)策略中PI电流控制环存在超调、交直轴电流耦合等不足,提出了一种基于模型预测以及FOC技术的模型预测磁场定向控制(MP-FOC).MP-FOC优点在于:利用模型预测控制技术取代了传统FOC控制技术中的所有PI环,从而提高了电机的稳态以及动态性能;由于所提方案避免了PI环所带来的的不足...     

Computer simulation of electric motor drive systems including thepower electronic network

A method for studying a combined power electronic network/variable-speed AC electric motor drive system based on a simple numerical algorithm is presented. It can be applied to any machine that can be describing using a d-q-type model. An LCI-fed synchronous motor drive in the steady state is used as an illustrative example. A simple iterative technique is used to find the initial conditions in the time domain, making use of an infinite link inductance approximation to provide the first iteration. The predicted waveforms of voltage and current for a sample operating point are compared with their experimental equivalents (measured on a 3 kVA prototype drive system), and a good level of agreement is reached. The technique is sufficiently simple to have been implemented on a personal computer     

一种能消除直流偏置和稳态误差的电压型磁链观测器

电压型磁链观测器由于物理概念清晰、简单易用而备受关注.然而它固有的初值误差和直流偏置问题,使用已有的低通滤波器(LPF)等方法很难彻底解决,而且会带来稳态误差.本文在已有方法的基础上,提出了一种使用低通滤波器和高通滤波器(HPF)串联代替纯积分求解定子磁链的新方法,更有效地消除了初值误差和直流偏置的影响,并利用时间相量分析的方法,推出稳态误差的补偿公式,实现了磁链观测零偏置和稳态无误差.该方法简单明了,易于在数字系统中实现.仿真和试验结果都显示,直接转矩控制的低速性能有了显著提高,这也证明了新观测器的有效性.     

Performance of a Chopper-Controlled DC Drive with Elastic Coupling and Periodically Varying Load Torque

A chopper-fed separately excited direct current (dc) motor driven electromechanical system is analyzed. The influence of inherently present elasticity of the shaft on the performance of the drive with a load torque periodic in nature is investigated. A mathematical model of the system is given and the equations are solved using a noniterative technique. Closed-form solutions for system performance in terms of motor current and speed, in transient as well as steady state conditions, are obtained. Conditions leading to the possibility of resonance are discussed. Results are illustrated by an example, and inferences are drawn.     

基于单次电流采样的永磁同步电机无模型预测电流控制

传统的模型预测控制根据当前电流采样和电机数学模型来预测下一时刻的定子电流,对两电平逆变器需要进行7次预测才能得到使定子电流误差最小的电压矢量。其主要不足是对系统模型和电机参数的依赖性较强而且计算量大。本文在分析永磁同步电机电流预测模型的基础上,得到一种只需一次预测和比较即可选出最佳矢量的快速预测电流控制。进一步对其进行简化得到了一种不依赖于电机模型和参数的无模型预测电流控制。该方法在一个控制周期内仅需对定子电流进行单次采样,具有计算量小、鲁棒性好等优点并且动静态性能良好。本文从参数敏感性、稳态和动态性能等方面对快速预测电流控制和无模型预测电流控制进行了对比,仿真和实验结果验证了所提方法的有效性和正确性。     

平动式啮合电机的非线性等效磁路模型

针对平动式啮合电机独特的运行原理和磁场分布,建立了适合对该电机运行性能进行分析的非线性等效磁路模型。该模型借用磁力线和等磁位线互换的方法,将磁力线分布不均匀的磁通管引入到模型中,在对电机磁场分布不均和磁路局部饱和现象进行有效处理的同时,减少了模型中磁通管单元的数量,使模型简化并兼顾了求解精确度。在该模型的基础上,推导了电机绕组满足的以绕组磁链为状态变量的微分方程,建立了电机稳态运行分析的数学模型。对样机单相导通状态下的稳态运行特性进行了仿真分析,其结果与非线性磁参数法所得结果相吻合,表明该模型可以作为平动式啮合电动机性能分析和优化设计的有效手段。     

SIMULATION OF CHOPPER FED D. C. MOTOR DRIVE SYSTEM-PROBLEM ORIENTED APPROACH

ABSTRACT

The purpose of this article is to develop an efficient simulation program for the steady state performance of a chopper fed separately excited D.C. motor drive system. The effectiveness of this method lies in the evaluation of the initial state vector of a state equation representing chopper-electromechanical system without passing through the transient region. Effects of source impedance, chopper circuit configuration/parameters have been discussed in detail to prove the generality of this simulation approach.     

开关磁阻电机稳态特性的等效磁网络模型分析方法：I.数学模型

本文利用开关磁阻电机的等效磁网络模型,推导出了电机绕组满足的以绕组磁链为状态变量的微分方程,建立了电机稳态运行分析的数学模型。本文成功地将非线性磁参数法的思想从单相电流系统推广到了多相电流系统,对开关磁阻电机的理论研究具有重要的意义。     

一种永磁同步电机无模型超螺旋快速终端滑模控制方法

针对内置式永磁同步电机(interior permanent magnet synchronous motor, IPMSM)由于内部参数变化、外部扰动等各种不确定性因素导致控制性能不佳的问题,提出一种无模型超螺旋快速终端滑模控制方法。首先,建立考虑IPMSM不确定性的新型超局部模型,结合超螺旋算法和快速终端切换函数设计无模型超螺旋快速终端滑模控制器,确保系统状态有限时间收敛,并有效减小抖振。其次,设计扩展滑模扰动观测器精准估计超局部模型中的未知部分,并前馈补偿给设计的控制器,进一步提升系统的抗干扰能力和跟踪性能。最后,通过与PI控制和传统无模型滑模控制进行仿真实验对比,验证了该方法具有更快的收敛速度和更强的鲁棒性。     

开关磁阻电机稳态特性的等效磁网络模型分析方法Ⅰ.数学模型

本文利用开关磁阻电机的等效磁网络模型,推导出了电机绕组满足的以绕组磁链为状态变量的微分方程,建立了电机稳态运行分析的数学模型。本文成功地将非线性磁参数法的思想从单相电流系统推广到了多相电流系统,对开关磁阻电机的理论研究具有重要的意义。     

无刷双馈电机控制策略的研究

为扩大无刷双馈电机的稳定运行范围,本文提出利用电机的瞬态模型研究电压跟踪频率的关系,并根据电机的稳态模型以电机性能最佳为条件优化计算出控制电压与频率的单值关系.并与电压频率比恒定控制作了比较,结果表明采用本文提出的方法能有效地扩大电机的转速运行范围和获得良好的运行性能.本文提出的无刷双馈电机控制策略,为系统地进行无刷双馈电机电气传动系统和变速恒频风力发电系统的设计与控制奠定了基础.     

等效热网络法和有限元法在轮毂电机温度场计算中的应用

轮毂电机温度场的准确计算对于轮毂电机的安全运行和性能提升至关重要。根据一般电动汽车用轮毂电机样机的结构,建立了等效热网络温度场分析模型和3D有限元模型。基于等效热网络法,编写了轮毂电机温度场计算程序,计算了额定工况下的稳态节点温度。通过有限元法,计算了轮毂电机额定工况下的稳态温度场分布和瞬态温升曲线。根据轮毂电机的温升实验,对比分析了两种方法的计算结果,验证了等效热网络分析模型和3D有限元模型的有效性,说明了等效热网络法和有限元法对于轮毂电机温度场计算的适应性和兼容性。     

五桥臂逆变器-双异步电机调速系统的零矢量交错模型预测控制

五桥臂逆变器-双异步电机调速系统采用模型预测控制相比于传统的矢量控制具有更好的动态性能,易于实现系统的全局性能优化,但却存在稳态性能差、计算量大难以实现、无法消除公共桥臂开关动作需求限制等问题。对此,提出一种零矢量交错模型预测控制(ZVI-MPC)方法,将空间矢量的概念与矢量合成原理引入到模型预测中,在一个采样周期中对每台逆变器均作用两个电压矢量(一个非零矢量和一个零矢量),利用无差拍理论计算两逆变器的非零矢量作用时间,结合公共桥臂开关需求,调节各矢量作用时间并按照零矢量交错原则进行开关状态分布,以避免出现公共桥臂开关动作需求冲突。该方法在任意采样周期内只需考虑12种有效矢量组合,大大减少预测控制计算量。仿真和实验结果表明采用零矢量交错模型预测控制,两台电机可独立稳定运行,且均具有良好的动静态性能,相比于传统模型预测控制方法,本文所提方法稳态性能更理想,且计算量显著减小,易于实现。     

异步起动表面-内置式永磁转子同步电机特性分析及优化

提出一种异步起动表面-内置式永磁转子同步电机(LSSIPMSM),LSSIPMSM通过定子旋转磁场和转子起动铜层间的相互作用产生异步起动转矩。采用解析和有限元法相结合的方法对LSSIPMSM进行性能分析及关键参数优化,研究了起动铜层厚度、永磁体厚度等参数对起动性能和同步运行性能的影响,从而确定最优的铜层厚度和永磁体厚度。建立LSSIPMSM的电磁场有限元模型,分析LSSIPMSM在永磁体不同退磁状况下的起动性能和同步运行性能,并通过三维温度场有限元模型分析了不同退磁状况下的温度场分布。通过仿真结果的对比分析,验证了LSSIPMSM具有较好的动态性能和稳态性能。     

三电平PWM整流器双环控制技术及中点电压平衡控制技术的研究

该文在建立了三电平PWM整流器系统数学模型的基础上,比较了三电平PWM整流器模型与直流电机模型的相似性,基于对控制对象的状态反馈解耦,提出把直流电机的双闭环控制应用于三电平PWM整流器中,使三电平PWM整流器具有良好的动态性能和稳态性能,并且保证输入电流波形正弦性好,实现了单位功率因数。同时,针对三电平PWM整流器所固有的直流侧电容中点电压平衡问题,提出根据每相输入电流方向和中点电压波动方向来优化选取冗余的正小矢量和负小矢量,实现中点电压平衡控制的方法。最后通过实验验证了双环控制器和控制中点电压方法的可行性和有效性。     

基于VPVM永磁同步电机无传感器控制策略的研究

贴面式永磁同步电机的无传感器控制在低速和静止时一直存在着转子位置难以检测和估算的问题,本文针对该情况提出了一种新的无传感器控制策略。转子初始位置检测是根据定子铁心的非线性磁化特性,采用电压脉冲矢量注入法（VPVM）。这种方法不需要电机参数和额外的硬件设施.电机开始运行时,由闭环自适应磁通观测器估算转子位置、速度.通过MATLAB仿真,从理论上验证了该方法的有效性。