内插式永磁无轴承电机转子位置/位移综合自检测

为实现无轴承电机的低成本与实用化，解决运行控制中电机转子位置/速度及径向位移的检测，提出了一种基于脉动高频电压信号注入法的转子位置/位移综合自检测方法。通过从转矩绕组注入脉动高频电压信号，利用电机空间凸极效应和转矩绕组与悬浮绕组间的互感特性，同时实现对转子位置/速度和径向位移的有效观测。电磁场分析结果表明，该方法可实现位移检测信号在水平、垂直方向的解耦以及转子位置和位移检测信号间的解耦。应用该检测方法构建了内插式永磁型无轴承电机无传感器运行的矢量控制系统，系统仿真运行表明，该自检测方法能在全速范围内准确观测出转子的位置/速度和位移，并能在大负载扰动条件下实现无传感器方式的稳定悬浮运行。     

基于高频注入法的无轴承同步磁阻电动机径向位移自检测技术

为减少无轴承同步磁阻电动机的传感器成本,提高其实用性,提出了一种基于高频注入法的无径向位移自检测方法.通过在无轴承同步磁阻电动机转矩绕组中注入脉动高频电压信号,利用电机空间凸极效应及其转矩绕组和悬浮力绕组之间的互感,实现对转子径向位移的有效预测.采用MATLAB仿真软件构建了仿真系统,仿真试验表明该自检测方法能实现对无轴承同步磁阻电动机转子径向位移准确预测,并能实现无传感器方式的稳定悬浮运行.     

永磁型无轴承电机无径向位移传感器运行研究

在分析悬浮绕组电感与转子径向位移线性关系的基础上,针对永磁型无轴承电机无径向位移传感器运行的需要,分析了一种基于悬浮绕组高频信号注入的转子径向位移估算自检测方法,讨论了利用高频信号注入、悬浮绕组差分电压提取及转子径向位移跟踪观测器设计等位移检测原理和实现技术,并应用这种位移检测方法建立了永磁型无轴承电机无径向位移传感器控制系统.仿真研究表明,该位移自检测方法能在永磁型无轴承电机全速范围内准确地观测出转子的径向位移,实现无径向位移传感器方式的稳定悬浮运行.     

基于高频脉冲注入的无轴承开关磁阻电机转子位置与径向位移检测方法

为提高无轴承开关磁阻电机(BSRM)的集成度和运行可靠性,探索无轴承电机的转子转角和径向位移的自检测方法,通过在BSRM非导通相的主绕组中注入高频脉冲信号,实现了同时检测转子的转角位置和径向位移的目的。一方面,利用绕组电流的斜率差值与绕组电感的关系,得到BSRM电感的实时分布信息,从而解算得到转子的实时转角位置。另一方面,通过检测悬浮绕组的感应电动势来获取主、悬浮绕组间的互感信息,利用互感与转子径向位置的关系,解算得到转子的实时径向位移。从而最终仅通过对主绕组注入一组高频脉冲来同时估测BSRM的转子转角和径向位移。实验结果证实了所提方法的有效性。     

基于高频注入法的无轴承异步电机转子位移观测

为了实现无轴承异步电机转子径向位移的自传感检测,研究了一种基于高频信号注入法的转子位移估算方法。基于转矩绕组和悬浮绕组之间的互感变化规律,通过在转矩绕组注入脉振高频电压信号,提取悬浮绕组中的高频感应电流信号,再经解调处理,估算出转子的径向位移信号,并据此设计了转子径向位移估计器。最后,进行了无轴承异步电机无位移传感器控制系统的仿真验证和分析。系统仿真实验结果表明：可以实现转子径向位移的可靠估算,能在无径向位移条件下实现无轴承异步电机的稳定悬浮运行控制。     

基于MRAS的无轴承同步磁阻电机无位移传感器控制

无轴承同步磁阻电机的悬浮运行需要实时检测转子径向位移,通常在电机内部安装机械位移传感器,该方法存在安装调试复杂、电机体积增大、系统可靠性降低、成本增加等问题。针对上述问题,将模型参考自适应转子位移估计方法应用到电机无位移传感器控制中。基于无轴承同步磁阻电机转矩绕组和悬浮绕组电流状态方程,建立了电机电流参考模型和可调模型,选取合适的自适应律对两个模型的输出误差进行调节,辨识出电机转子径向位移。研究结果表明,模型参考自适应法能有效跟踪电机转子位移变化,估算精度较高,系统动、静态性能良好。     

高频电流注入单绕组无轴承磁通切换电机悬停及启动过程的无径向位移传感器控制EI北大核心CSCD

无轴承电机在悬停及启动过程始终需要保持稳定悬浮,准确获取转子径向位移信息是控制转子稳定悬浮的关键,传感器的使用易受环境影响,降低系统可靠性,并且增加系统成本。针对电机悬停及启动过程,提出一种基于高频电流注入的无径向位移传感器控制方法。首先,基于电机电感数学模型,建立当转矩平面注入高频旋转电流信号后,空间对称绕组中有效高频偏差电势幅值与转子径向位移的关系;接着,利用线性正弦跟踪器提取有效高频偏差电势幅值;然后,基于上述电势幅值与转子径向位移关系,构建转子径向位移观测器;最后,将观测位移与自抗扰控制策略相结合,构建高性能的无径向位移传感器控制策略。理论分析与实验结果验证所提方法的有效性。     

无轴承同步磁阻电机最小二乘法转子位移自检测策略

位移传感器是无轴承同步磁阻电机悬浮运行时转子位置闭环可控的关键部件,但装配多个位移传感器阻碍了无轴承同步磁阻电机的低成本实用化和结构简单化,由此提出最小二乘法转子位移自检测（无传感器）策略。基于电机悬浮绕组和转矩绕组的磁链、电压和电流状态方程,重构最小二乘法转子位移检测模型,通过采样两套绕组电压和电流,应用最小二乘递推算法对转子位移进行在线辨识。仿真实验表明,该方法能准确实现无传感器工况下转子位移自检测,检测系统有较强的负载扰动适应性。     

基于改进电压模型的无轴承同步磁阻电机转子位移估计方法

为缩短无轴承同步磁阻电机轴向长度,降低包含位移传感器在内的系统总成本,拓宽无轴承同步磁阻电机的应用领域,需去除电机的转子径向位移传感器。采用改进电压模型的反电动势积分方法对电机悬浮绕组磁链进行观测,进而设计转子位移估计器,建立了电机的无位移传感器控制系统。仿真和实验结果表明该方法能有效估计转子位移,可实现转矩扰动时无轴承同步磁阻电机的稳定悬浮运行。     

无轴承同步磁阻电机高频信号注入法无位移传感器控制

为降低无轴承同步磁阻电机系统总成本,缩短电机轴向长度,需去除电机的转子位移传感器。本文提出了一种基于高频信号注入法的电机转子位移估算方法,通过在电机转矩绕组注入脉动高频电压信号,从悬浮绕组提取高频感应电流来估计转子位移,从而设计转子位移估算器,建立了电机的无位移传感器控制系统。仿真结果表明高频信号注入法能有效估计转子位移,可实现转矩扰动时全速范围内电机的稳定悬浮运行。     

Improved Radial Force Modeling and Rotor Suspension Dynamics Simulation Studies for Double-winding Bearingless Switched Reluctance Motor

The rotor radial force is changed by adjusting the windings current value to control rotor suspension for various kinds of bearingless switched reluctance motor (BSRM). To accomplish the BSRM's suspension control, the radial force analytical model is necessary. Currently the mathematic relationship among radial force, winding currents, and rotor rotation angle has been built for double-winding BSRM, but the rotor eccentricity displacement has not been considered. That is, the existing radial force analytical model only can be used to analyze rotor radial force when rotor shaft is located in the central position. Actually, the rotor radial force is significantly affected by the rotor shaft eccentricity displacement. It is difficult for the bearingless motor to keep the rotor shaft staying in the central position, and the rotor shaft always runs around the central position with an eccentricity displacement. The rotor eccentricity caused by the radial force is considered in the paper to obtain the air-gap permeance and the windings inductances. Furthermore, the radial forces analytical model considering the rotor eccentricity displacement is derived. Finally, the finite-element method (FEM)-based results are applied and the dynamics simulation using the proposed model is accomplished to verify the correctness of the model.     

分段供电直线感应电机气隙磁场分布和互感不对称分析

对于分段供电直线感应电动机,其定子绕组互感存在较大的不对称,基于磁动势理论,推导出分段供电直线感应电机的单相绕组磁动势分布,明确了分段供电直线电机磁动势分布的特点.基于单相绕组的磁动势分布,推导了分段供电直线电机气隙磁场分布的解析表达式,有限元仿真结果验证了解析分析的正确性.根据电机磁场的分析结果,推导了电机各相绕组自感和互感表达式,说明了分段供电直线电机互感不对称的机理,在此基础上得到的电机电感矩阵和阻抗矩阵说明了电机互感和阻抗不对称的规律,试验结果验证了所推导电机阻抗矩阵的正确性.     

基于退磁限制的无轴承永磁同步电机性能参数分析

无轴承永磁同步电机磁场中不仅存在转矩绕组电流产生的磁通,而且存在径向悬浮力绕组电流产生的磁通,这两种磁场会导致永磁体退磁。设计永磁体参数需考虑产生最为有效径向悬浮力、电磁转矩和避免永磁体退磁三者之间的关系。论文分析了转矩绕组电流产生的磁通和径向力绕组电流产生的磁通共同作用下,转子表面永磁体容易引起退磁的关键区域;在电机气隙不变情况下,分析得出了保证产生最为有效的径向力时最佳永磁体厚度;基于永磁体退磁限制,采用有限元分析计算,针对论文中设计的永磁体厚度及气隙长度,得出了无轴承永磁同步电机最大转矩电流、径向悬浮力电流和产生的最大径向悬浮力。     

Developing measuring inductance strategies on a direct current machine using a DC source with magnetic saturation

This article describes a novel measuring inductance strategy on direct current (DC) machines. Measuring self‐inductance and mutual‐inductance in rotating machines is always a very challenging task over a few decades. A significant challenge in modeling electric machines is to obtain their variables and parameters as accurate as possible. The method developed in this paper using a DC source for measuring the inductance in a DC machine overcomes some problems associated with traditional methods by using an alternating current source. In particular, it enables the field winding to carry its rated DC. This approach has demonstrated the feasibility of taking measurements for inductance in a DC machine and providing its field current that is sufficient to lead magnetic saturation, such that the flux can be kept the same as the supplied flux to the running DC machine. The proposed method for measuring both self‐inductance and mutual inductance of the DC machine armature winding coils has played a main role in modeling DC machines under a wide range of operating conditions. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

汽车发动机冷却用无位置传感器无刷直流风机系统

针对汽车发动机冷却应用实现了一种无位置传感器控制的四相无刷直流风机系统。该四相无刷直流电动机的A、C两相和B、D两相绕组分别采用双线并绕方式,两相间的耦合系数为1,而任意其他两相之间的互感近似为零。基于该特点,控制系统采用半桥主电路结构可实现全桥电流的控制效果。与常规半桥无刷直流电动机系统相比,该电机系统可以实现较高的系统效率,同时也保持了低成本特点。为了进一步提高该风机系统的可靠性,采用基于软件实时采样反电势过零点的方法实现了无位置传感器控制,进一步简化了系统结构、提高了可靠性。最后,以90°电角度导通模式为例,给出了系统仿真和实验结果,验证了这一方案的可行性。     

Simplified analysis and evaluation of drive characteristics of fully‐pitched winding reluctance motors

Compared to the conventional SRM, fully‐pitched winding reluctance motors have a higher salient ratio for given motor dimensions. In addition, since the generated torque of the motor is determined as the product of the rate of change of mutual inductance with respect to a rotor position and winding current amplitude of the corresponding two phases, the motor is suitable for the bipolar current drives. Accordingly, the conventional general‐purpose inverter drive of the fully‐pitched winding reluctance motor is possible. In this case, the optimum lead angles of voltage play an important role in obtaining the maximum torque and maximum torque/current ratio operations. In this paper, a scheme for determining the optimum angles of voltage without any measurement, and a method for evaluating the drive characteristics in the design stage are proposed by a combination of simple magnetic and electrical analysis. The effectiveness of the proposed analytical scheme is verified by an experiment using a 400‐W prototype fully‐pitched winding reluctance motor. © 2000 Scripta Technica, Electr Eng Jpn 134(1): 45–52, 2001     

无轴承异步电动机的有限元分析

阐述无轴承异步电动机径向悬浮力产生原理及其数学模型。用有限元方法分析了无轴承异步电动机气隙磁场分布状况及径向悬浮力与绕组中电流之间的非线性关系，为无轴承异步电动机获得最大径向悬浮力的优化设计及对应的控制策略提供了依据。