基于定子电流法监测无刷直流电动机转子动态偏心的故障模型仿真研究

基于Ansoft／Maxwell设置动态偏心故障,建立求解电机电感和磁链的有限元模型,通过仿真,证明了将感应电机动态偏心故障的特征频率经过简化后,同样适用于无刷直流电动机。基于Ansoft／Simplorer建立无刷直流电动机系统的仿真模型。在电机稳态运行下,对定子电流进行傅里叶分析,研究并建立基于定子电流监测动态偏心故障的仿真模型：动态偏心故障与特征频率的关系、动态偏心故障程度与特征频率幅值的关系。进而研究了无刷直流电动机稳态运行时转速波动对偏心故障监测的影响。仿真结果表明,转子偏心程度加大,特征频率的幅值增加。     

控制系统对无刷直流电机偏心故障的影响分析

为了研究控制系统对无刷直流电机转子偏心故障的影响,基于Ansoft/Maxwell软件平台设置电机的动态偏心故障模型,通过仿真,证明了将定子电流频谱分析法应用于无刷直流电机的转子偏心故障检测是完全可行的,且故障特征频率主要集中在基波频率的2/3和4/3边频带.基于Ansoft/Simplorer软件平台搭建无刷直流电机的控制模型,包括开环,转速闭环及速度、电流双闭环模型,不同控制方案下的故障特征频率幅值表明:闭环控制系统对故障信号有明显的抑制作用;双闭环控制时,故障特征频率幅值最小,但各次特征谐波均有体现.得到的相关结论能够为电机的故障检测提供理论参考依据.     

起动过程诊断感应电动机转子断条故障

针对稳态定子电流频谱难以突出故障特征分量的弱点,提出了基于起动过程的感应电动机转子断条检测方法。故障特征频率的定子电流分量对气隙磁场有调制作用,导致定子电流、电磁转矩和转子转速的周期性脉动,这些故障特征在起动过程中表现明显。通过监测感应电动机的整个起动过程,可实现对转子断条的故障检测。实验结果表明该方法行之有效。     

基于气隙转矩的笼型异步电动机转子断条监测

提出了基于气隙转矩的鼠笼异步电动机转子断条故障在线监测方法.根据旋转磁场理论研究了气隙转矩在电机正常及转子断条运行状态下包含的谐波频率成分.当电机转子出现断条故障时,气隙转矩将会含有2sfs谐波频率分量.通过对气隙转矩的计算处理,利用小波脊线提取气隙转矩中转子断条故障特征频率分量,克服了分析定子电流信号时的不足,实现了电机转子断条故障的在线监测.实验结果证明了该方法的有效性.     

基于三维场-路耦合有限元的盘式无铁心局部退磁分析

由于盘式无铁心永磁无刷直流电动机漏磁系数较大,永磁体容易产生局部退磁,因此准确计算局部退磁是设计安全可靠的盘式无铁心永磁无刷直流电动机的前提。利用Ansoft分析软件,建立了一台六极盘式无铁心永磁无刷直流电动机的三维有限元模型,并搭建了三相六状态的驱动电路,实现了三维磁场与外电路的耦合仿真,能够准确计算动态过程中永磁体各个位置的工作点磁通密度。首先对盘式无铁心永磁无刷直流电动机的空载和带载起动过程进行了瞬态场计算,分析得到不同带载条件下起动过程转速、电磁转矩以及电枢电流等性能。然后计算分析了电动机起动过程中,电枢电流和永磁体单独及综合作用下永磁体工作点磁通密度、三维气隙磁场分布,研究了电枢电流的幅值和相位对永磁体局部退磁的影响。结果表明,带较大负载起动过程中,电枢电流较大,局部退磁较严重,研究结果对进一步优化设计永磁体结构以及预防局部退磁具有重要意义。     

无刷直流电机故障与动态负载下参数差异性分析

在Matlab/Simulink下建立了无刷直流电动机驱动系统模型,分别针对定子绕组开路、短路和霍尔位置传感器开路这三种故障进行了仿真研究,并针对定子绕组开路和霍尔传感器开路这两种故障进行了实验验证。利用仿真模型对驱动系统动态负载的特性进行研究,通过仿真与实验结果,对故障状态与动态负载下的电机参数进行对比分析,揭示了电机转速、相电流和电磁转矩在两种状态下的参数差异。研究结论对无刷直流电动机驱动系统的故障检测与保护研究提供了参考依据。     

计及固有不平衡的双馈电机定子匝间短路故障分析

双馈式发电机的定子匝间短路的故障特征,本质上是由定子三相不平衡引起的。当实际生产的电机定子绕组存在轻微的固有不平衡时,也会在转子电流引起高次谐波,这些谐波的与定子绕组匝间短路的引起的谐波相近,这会导致对电机定子绕组轻微匝间短路的误诊断。使用Ansoft软件建立了双馈电机三相对称的理想模型、包含定子固有不对称的实际模型、三相对称情况下定子匝间短路的理想故障模型以及定子考虑固有不平衡时的匝间短路模型:用以分析考虑定子固有不平衡时双馈式发电机定子轻微匝间短路的故障特征,使得建模更贴近实际情况。对故障后双馈式发电机转子电流和电磁转矩进行了频谱分析,指出轻微固有不平衡与轻微匝间短路在转子电流引起相同的特征频率。但在电磁转矩中,并没有引起明显的特征频率,可通过电磁转矩的特征频率确定电机发生定子匝间短路。     

无刷直流电动机极弧宽度设计

本文根据电机定子电流在定子表面分布的特点 ,提出了稀土永磁无刷直流电动机转子磁场为矩形分布时 ,要使电磁转矩波动趋于零 ,极弧宽度需满足的关系式。从而为合理选择极弧宽度 ,达到减少电磁转矩波动的目的提供了一种有效途径。     

自起动永磁电动机的稳态转矩波动研究

由于自起动永磁电动机定转子双侧开槽、转子带有铸铝鼠笼,所以其谐波磁场比直流无刷电动机复杂.采用场-路-运动耦合的时步有限元方法对其稳态转矩波动现象进行研究,建立两种时步有限元计算模型对稳态转矩曲线进行分析.第一种模型包括转子运动方程,第二种模型不包括转子运动方程.分析表明采用两种模型计算谐波转矩的结果一致.采用第二种模型,通过加载基波或谐波电流,揭示了齿槽转矩、源于定子基波电流的谐波转矩及源于谐波电流的谐波转矩对稳态转矩波动的影响.通过与实测转矩对比验证了计算结果的正确性.     

无刷直流电动机极弧宽度设计

本文根据电机定子电流在定子表面分布的特点，提出了稀土永磁无刷直流电动机转子磁场为矩形分布时，要使电磁转矩波动趋于零，极弧宽度需满足的关系式。从而为合理选择极弧宽度，达到减少电磁转矩波动的目的提供了一种有效途径。     

无刷直流电机在转子偏心故障时的容错控制研究

在一些工业场合,无刷直流电机需要在转子偏心故障的情形下保持运行状态,而传统的控制策略无法有效地实现容错运行。针对这个问题,提出了一种无刷直流电机在转子偏心时的故障容错控制策略。分析了在传统无刷直流电机控制方法中,每相定子电流参考在波形上是一致的,仅存在一定的相位延迟,而没有考虑电机偏心后导致的反电动势和相电感变化,因此电机偏心将导致未知的转矩脉动。新型控制策略在传统控制策略的基础上采用了在线估计方法,获取了相电感和反电动势的值,从而控制器设置定子电流参考时包含了对偏心故障的考虑和相关运算,从而使电机能够降低转矩脉动,具备一定的故障容错运行能力。最后通过对比试验的方法对新型控制策略进行了试验验证。     

一种简易的无刷直流电机微机控制系统

设计了基于MCS51系列单片机控制的无刷直流电机调速系统,并分析了系统的控制策略,提出了相通电实现零相位控制方式的恒转矩运行,通过三相通电实现超前相位控制方式的恒功率运行,实验证明该方法是可行的。     

无刷直流电机换相转矩脉动减小及动态仿真

针对无刷直流电动机转矩脉动大的问题,提出了采用不同的PWM调制方式以及不同的重叠换相角减小换相电流所引起的转矩脉动,并运用Matlab/simulink软件对相应控制策略下的无刷直流电机进行了仿真。结果表明,增加PWM调制频率,选择合适的占空比和重叠换相角时可以使无刷直流电动机的换相转矩脉动减小。     

Mechanical Load Fault Detection in Induction Motors by Stator Current Time-Frequency Analysis

This paper examines the detection of mechanical faults in induction motors by an original use of stator current time-frequency analysis. Mechanical faults lead generally to periodic load torque oscillations. The influence of the torque oscillations on the induction motor stator current is studied using an analytical approach. The mechanical fault results in a sinusoidal phase modulation of the stator current, which is equivalent to a time-varying frequency. Based on these assumptions, several signal processing methods suitable for stator current signature analysis are discussed: classical spectral analysis, instantaneous frequency estimation, and the Wigner distribution. Experimental and simulation results validate the theoretical approach in steady-state operating conditions     

永磁无刷直流电动机的静动态特性分析

利用Ansoft软件分析计算了空载和负载时,永磁无刷直流电动机(BLDCM)的磁场分布、静态特性,并在此基础上讨论了几种减小此种电机转矩脉动的方法.同时用Ansoft/transient软件对电机起动和突然改变负载时的动态特性进行了仿真.静动态特性的分析结果对设计、使用该种电机,特别是对电机控制系统的设计有参考价值.     

基于SVPWM的永磁同步电动机直接转矩控制

针对永磁同步电动机（PMSM）传统直接转矩控制（DTC）系统中磁链和转矩脉动大的问题,研究基于电压空间矢量脉宽调制（SVPWM）策略的PMSM DTC.给出PMSM在αβ坐标系下的数学模型,然后结合SVPWM原理,在定子磁链Ψs幅值保持恒定的情况下,通过控制转子磁链Ψs和定子磁链Ψs间负载角δsm的增量△δsm来控制电磁转矩Te的增量△Te,从而达到控制电动机转速的目的.在Matlab/Simulink仿真环境下,对该控制系统进行了建模和仿真,与传统DTC系统比较,该方法具有更好的动、静态性能,定子两相电流的正弦度更好,磁链和转矩脉动明显减小.     

六边形磁链轨迹的无刷直流电机直接自控制

按照定子磁链运动轨迹的不同，直接转矩可分为2大流派，圆形轨迹称为直接转矩控制，六边形轨迹称为直接自控制。近来国外尝试将直接转矩控制应用到无刷直流电机上，但受关断相电压不确定的影响，定子磁链与给定磁链均呈现周期性变化，在一个周期内其幅值逐渐增大，计算复杂。为此，该文将基本直接自控制引入无刷直流电机，将定子磁链的3个投影与1个常数比较，以更简单的结构实现了无刷直流电机地高性能控制。仿真与实验证明：常见的无刷直流电机三三导通方式可以看作是直接自控制的特例，对应直接自控制在全速运行；转矩动态响应时间不超过1ms。     

异步电动机直接转矩控制中高性能磁链观测器研究

磁链观测是实现高性能电机传动系统的关键环节,为解决传统直接转矩控制系统中定子磁链观测方法的局限性,设计了高性能全阶磁链观测器实现了定子磁链在全速度范围,尤其在极低速时的准确观测。仿真和实验结果表明:此方案对定子磁链的观测效果明显优于传统的观测方法,降低了稳态时转矩、磁链和速度的波动,并对电机参数的变化具有良好的鲁棒性。     

双余度无刷直流电机电枢绕组结构对比

建立了双余度无刷直流电机的数学模型,初步确定了定子绕组采用半球缠绕结构和隔槽嵌放结构情况下电机余度之间的耦合关系。在Ansoft Maxwell环境下针对两种结构的双余度无刷直流电机余度间耦合情况做了进一步分析验证,证明两种结构下余度间耦合程度的一致性。另外,通过对两种结构样机的实际测试和对比,证明了两种结构双余度无刷直流电机机械特性的一致性。两种结构具有相同的余度间耦合程度以及相同的机械特性,在部分对功率密度以及磁热耦合要求较低的场合具有通用性。