混合励磁同步电动机转矩脉动分析与优化

针对混合励磁同步电动机在运行过程中存在转矩脉动的问题,采用气隙磁导法和虚位移法从理论上推导了转矩脉动产生机理,并分析了引起转矩脉动的主要因素。借助有限元仿真软件,建立了一台混合励磁同步电动机模型,从电枢绕组、定子斜槽和极弧系数3方面对该电动机的转矩脉动进行了优化,综合3种优化措施对电动机额定和弱磁运行工况进行了仿真。结果表明:提出的优化措施对混合励磁同步电动机额定运行和弱磁运行工况下的转矩脉动削弱效果明显,为混合励磁同步电动机的设计提供参考。     

基于母线电流控制的直流无刷电动机转矩脉动抑制方法研究

针对方波直流无刷电动机转矩脉动控制问题进行了讨论,分析了低速和高速情形下直流无刷电动机转矩脉动抑制的方法,提出基于母线电流控制的直流无刷电动机转矩脉动抑制的方法,仿真结果证明该控制系统能有效地减小转矩脉动.     

逆变器供电的感应电动机谐波转矩分析与计算

电压型逆变器输出的电压和电流波形中含有大量谐波,导致异步电动机低速时的转矩脉动和转速波动。文章在分析高次时间谐波产生的谐波脉动转矩基础上,介绍了用虚位移原理计算感应电动机谐波脉动转矩的方法。编制了感应电动机转矩的计算机程序,并用一计算实例对电动机谐波转矩进行了分析和计算。     

PWM调制方式对永磁无刷直流电动机换相转矩影响的分析

介绍一种用于人工心脏的轴流式血泵永磁无刷直流电动机换相转矩脉动变化过程。根据影响电动机换相转矩脉动的因素,给出了一种减小电动机转矩脉动的解决方案,以使电动机运行更加平稳。通过实验波形证实本结论分析正确,可以为电动机减小转矩脉动作参考。     

分数槽绕组永磁伺服电动机的设计与分析

增大电动机的转矩密度、减小转矩脉动是提高伺服电动机性能的关键。分析了9槽10极、12槽10极、18槽10极及30槽10极几种常见永磁电动机的结构,利用傅里叶级数展开得到绕组磁势频谱图,在此基础上分析了不同结构电动机的绕组因数,并对反电势、电磁转矩和转矩脉动进行研究。除此之外,利用二维有限元法分析了电枢电流对电磁转矩和转矩脉动的影响,以及端部绕组对电动机电磁转矩、铜耗和永磁体损耗的影响。结果表明,18槽10极电动机能有效抑制电动机的转矩脉动,提高电动机的转矩密度。     

基于统一式的无刷直流电动机换相转矩脉动抑制新策略

分析了无刷直流电动机(BLDCM)换相转矩脉动产生的本质,在BLDCM及逆变器数学模型的基础上推导出了不同PWM控制方式的换相转矩脉动统一式.在只有单级逆变器的调速方式下,基于直流母线电流控制,提出了一种全速度范围内抑制电动机换相转矩脉动的PWM控制方法,保证换相期间开通相和关断相电流上升率和下降率相等.该方法算法简单...     

变角度导通法补偿换相转矩脉动

针对微型无人机电动力系统对低噪声、高平稳性的要求,对无刷直流电动机换相过程建立数学模型,分析了转矩脉动,提出一种变角度导通的实现方法,即根据电机转速选择合适的导通角度,以补偿无刷直流电动机由于换相引起的转矩脉动.仿真结果表明,转矩脉动量与导通角度的大小不成正比,成凹形关系.相比120.导通方式,采用变角度导通法使脉动幅值减小了35％.结果证明变角度导通法可以有效抑制无刷直流电动机换相转矩脉动,减小噪声,提高微型无人机的平稳性.     

感应电动机直接转矩控制低速性能的改善

针对感应电动机直接转矩控制低速时转矩脉动大的问题,提出了一种改进的转矩预测法,仿真结果表明,该方法能有效地减小转矩脉动、改善定子磁链和电流波形,提高了起动的快速性,并减少了开关次数。     

永磁无刷直流电动机的转矩脉动及其削弱方法

对永磁无刷直流电动机转矩脉动进进行分类,分析了造成转矩脉动的原因,介绍了削弱永磁无刷直流电动机转矩脉动常用的一些方法。     

基于瞬时转矩控制的开关磁阻电动机转矩脉动抑制研究

转矩脉动是开关磁阻电动机的主要缺点之一,直接瞬时转矩控制(DITC)能够有效抑制开关磁阻电动机(SRM)的转矩脉动。但电动机特殊的双凸极结构,使得电动机内部磁路十分复杂,给电磁转矩的计算带来了很大困难。为得到电动机在实际运行时转矩的精确反馈,本文通过ANSYS软件对现有样机Maxwell3D建模,收集在不同机械角度位置和单相电流时的转矩值,建立转矩模型。根据电动机的特性和实际经验,合理设置导通角,并基于电动机单相、双相交替导通的通电方式,设计了两种状态下的转矩控制器。通过仿真,证明了能够有效地将转矩脉动控制在一定误差之内,达到转矩脉动的抑制效果。     

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。     

双凸极永磁电动机磁阻转矩和转矩脉动的关系研究

目前针对双凸极永磁电机的转矩脉动,研究工作主要集中在对换相引起的转矩脉动进行消除和抑制。考虑到双凸极永磁电机一个显著特点是电磁转矩为磁阻转矩和永磁转矩的耦合,所以从磁阻转矩的角度来分析双凸极永磁电机的转矩脉动。建立一台12/8极双凸极永磁电动机的数学模型,并通过有限元计算得出其静态参数。在此基础上通过不同电流、不同转速下多种仿真结果得出磁阻转矩对电机电磁转矩的脉动影响随着电机负载的增加成正比增加,并提出通过合理选择定转子极弧长度及磁钢参数来减小磁阻转矩、增加永磁转矩,最终减小磁阻转矩对电机转矩脉动的影响。仿真结果验证了所提出的方法。     

永磁式双凸极电机新型开通关断角控制策略的电流比研究

在永磁式双凸极电机新型开通关断角控制策略的基础上,对换相期间的电流控制模式进行研究,结合理论推导,得出换向相的最优电流比。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,对不同电流比在不同负载情况下进行大量仿真研究,给出不同负载下电流比与转矩脉动率的变化曲线。通过仿真和实验验证了理论推导的正确性。与电流比较小时相比,最优电流比下新型开通关断角控制在低速时出力大,转矩脉动较小,转速比较平稳。     

Performance Analysis of 8/6-Pole Doubly Salient Permanent Magnet Motor

In this paper, a new 8/6-pole doubly salient permanent magnet (DSPM) motor is proposed and analyzed. The key is to analytically derive the output power density of the DSPM motor in terms of the rotor-to-stator pole ratio. Hence, the analytical design, finite element analysis, and computer simulation of the proposed 8/6-pole DSPM motor are presented. Compared with the well-known 6/4-pole DSPM motor, the proposed 8/6-pole offers higher power density, wider speed range, less torque ripple, and less phase current magnitude.     

优化隔磁桥对永磁同步电机输出转矩的影响

转子分段斜极能有效降低永磁同步电机(PMSM)转矩脉动,但会使电机平均输出转矩降低。为了解决这一问题,在转子分段斜极的基础上优化隔磁桥提高平均输出转矩。分析了转子分段斜极对电机齿槽转矩、空载反电动势、转矩脉动和平均输出转矩的影响,选取出最优的转子分段数和斜极角。在转子分3段,斜极角为5°的基础上,以保持转矩脉动不变为前提,通过优化转子参数H₍R_ib)和D_min找到最优的隔磁桥结构,平均输出转矩由138.5 N·m提升到147.2 N·m,说明所提方法的有效性。优化后齿槽转矩峰值由0.24 N·m降低到0.18 N·m,空载反电动势基波幅值由278.7 V提升到288.6 V且谐波畸变率基本不变,说明隔磁桥优化后能提高电机的其他性能。     

永磁体和气隙对双凸极永磁电动机转矩脉动的影响

新型双凸极永磁电动机(DSPM)的定子和转子均为双凸极结构,电动机内有显著的边缘效应和局部饱和现象。转矩特性(包括输出转矩和转矩脉动)是电机设计和控制过程中非常重要的研究对象。从电动机永磁体的大小和气隙的厚度等方面研究,找出了永磁体尺寸和气隙厚度等因素对电机转矩脉动的影响。通过计算比较,得出了能使电动机转矩脉动较小的永磁体尺寸和气隙厚度。研究对该类电动机的设计有一定的借鉴意义。     

双凸极永磁电机新型控制策略研究

在对双凸极永磁电机数学模型和静态参数分析的基础上,该文分析了其转矩脉动的产生原因。针对常规转速电流双闭环控制策略转矩脉动大的缺点,提出了一种新型转速转矩电流三闭环控制策略。基于Matlab/Simulink搭建了电机和控制器模型,仿真结果表明了控制策略的正确性和有效性。     

Control and operation of a new 8/6-pole doubly salient permanent-magnet motor drive

This paper proposes a new 8/6-pole doubly salient permanent-magnet (DSPM) motor drive, which offers the advantages of higher power density, higher efficiency, and wider speed range. The corresponding control and operation of the motor drive are presented. A variable proportional-integral (PI) controller combined with bang-bang control for the DSPM motor drive is developed. Two operation modes, namely, four-phase and two-phase operation modes, are proposed for the 8/6-pole DSPM motor drive. The drive system is implemented and tested. The results show that the developed control scheme can operate the DSPM motor properly, and the DSPM motor drive offers high efficiency over wide power range and good dynamic performance. Furthermore, the two-phase operation mode of the 8/6-pole DSPM motor offers the possibility of eliminating the torque ripple of the motor drive.     

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。     

Design of Unskewed Interior Permanent Magnet Traction Motor with Asymmetric Flux Barriers and Shifted Magnets for Electric Vehicles

Abstract

Interior permanent magnet synchronous motors (IPMSMs) are commonly used in electric and hybrid electric vehicles. Nissan Leaf electric vehicle (EV) uses skewed-rotor IPMSM as a traction motor. This motor is considered as a benchmark in this work. Although, skewing improves the torque quality of the motor by reducing the torque ripple, it reduces the average torque and increases the motor manufacturing complexity and cost. This article proposes improvements to the benchmark motor torque quality without skewing. The proposed motor uses the same stator winding and rotor magnet topologies of the benchmark motor with the same geometric constraints and magnet volume. Modifications are applied to the placement of the magnets in the rotor and the shape of the flux barriers to achieve the performance requirements. The design procedure of the proposed unskewed design is illustrated. Moreover, the electromagnetic performance of the proposed design is investigated. The design shows competitive performance in terms of the average torque, torque ripple, cogging torque, and efficiency compared to the benchmark motor. The mechanical integrity of the design is also verified. The proposed design is found to be a suitable alternative to the benchmark traction motor with a reduced rotor weight and without skewing.