混合励磁同步电机铜耗最小化弱磁调速控制研究

混合励磁同步电机(hybrid excitation synchronous motor,HESM)具有调磁方便、调速范围宽等优势,在工业、军事领域应用前景广阔。该文在矢量控制和速度分区控制的基础上,针对HESM提出了一种铜耗最小化弱磁调速控制方法。该方法以电机铜耗最小化为目标,自适应地调节弱磁基速系数,在满足电枢端电压限制的条件下,对q轴电流、d轴电流与励磁电流进行最优配置。在深入分析弱磁基速系数对电机运行性能的影响的基础上,应用自适应控制方法对其进行调节以提高电机的调速范围、效率及动态特性等综合性能。最后,通过仿真和电机驱动实验验证了所提出的控制方法的正确性和有效性。结果表明,所提出的HESM弱磁控制方法,可实现电机综合性能的最优化控制。     

混合励磁同步电动机分段弱磁控制

针对混合励磁同步电动机在高速区的弱磁运行特点,首先推导出其弱磁调速过程中保持平稳运行的电流变化关系,然后在此基础上提出了一种采用模糊控制与粒子群优化算法分阶段电流调节的效率最优控制方法。该控制方法的基本思想是,当电机处于弱磁调速过渡阶段时,通过模糊控制器对电流进行初步调节,使其迅速起动或进行状态调整,获得较高的动态性能;当电机进入稳态运行阶段后,以铜耗最小化为目标,采用粒子群优化算法对电流进行进一步调整,使其实现效率最优化控制。最后,通过仿真与实验结果分析验证了上述控制方法的有效性。     

新型混合励磁同步电机分区控制系统分析与设计

混合励磁同步电机综合了永磁电机和电励磁电机的优点,具有显著的宽调速特征。该文根据混合励磁同步电机的结构特点,结合空间电压矢量控制,提出了混合励磁电机的一种宽调速控制新方法。该控制方法在分区控制的基础上,低速区结合电机铜耗最小原理,高速区保持反电势q轴分量恒定,对不同运行区域分别采用不同的控制策略,使电机在整个运行区间都能表现出良好的性能。由于在高速区采用了励磁电流和d轴电流弱磁相结合的方式,使用该类调速系统比现有文献单纯采用励磁电流弱磁调速具有更宽的调速范围。实验表明,所设计的混合励磁同步电机宽调速系统,在低速区增磁运行时,通过调节励磁可以将转矩输出能力提高约1/3;高速区弱磁运行时,可将最高转速提升约1.5倍。     

混合励磁同步电机新型矢量控制算法研究

在速度分区控制的基础上提出一种混合励磁电机矢量控制算法,该方法综合考虑了负载转矩、励磁电流及母线电压对弱磁基速的影响,在线动态计算弱磁基速。在弱磁区,保持气隙合成反电势恒定,利用励磁电流和d轴电流共同弱磁升速。采用Matlab/Simulink仿真软件建立混合励磁同步电机控制系统,对所提算法进行验证。仿真结果表明该算法可实现混合励磁电机低速大转矩和高速宽调速范围运行。     

内置式永磁同步电机弱磁调速控制

在对内置式永磁同步电机数学模型深入研究基础上,提出了一种最优弱磁路径控制策略,该控制策略是基于由直轴电流Id和交轴电流Iq所构成的状态空间,以最大电流曲线、最大磁链曲线和最小磁链转矩比曲线为边界而提出的一种最优弱磁路径。该控制策略以实现在电机任何转速下输出力矩范围最大化和电机电枢电流最小化为目标,指出了电机在各种转速下的力矩控制方法,充分挖掘电机的自身潜能,有效保证高速高精型数控机床的加工运行。仿真和实验研究表明,该控制策略可以大大提高电机的调速范围,同时保证转矩有良好的可控性。     

低转矩磁链脉动型电励磁同步电机直接转矩驱动系统的研究

电励磁同步电动机定子电感通常较小,转子阻尼绕组的存在使得电机暂态电感更小。若采用转矩及磁链滞环型直接转矩控制(基本DTC)策略电机电磁转矩及定子磁链脉动较大。针对电励磁同步电动机引入一种空间矢量调制型直接转矩控制(SVM-DTC)策略。它基于电励磁同步电动机中转矩角控制电磁转矩原理,利用空间电压矢量合成出最佳电压矢量实时补偿定子磁链矢量误差,以达到减小电动机在运行中电磁转矩及定子磁链脉动量之目的,同时又能基本维持开关频率恒定。仿真和实验结果证明,与基本DTC相比较,SVM-DTC电磁转矩和定子磁链脉动大幅度降低;电机起动电流峰值大大减小,稳态电流畸变较小;同时系统能够平稳地由恒转矩区过渡到弱磁区运行。     

混合励磁同步电机及其控制技术综述和新进展

混合励磁同步电机(hybrid excited synchronous machine,HESM)是一种宽调速电机,它结合了永磁同步电机和电励磁同步电机的优点,又克服了它们各自的缺点。因此,它在宽速度运行范围的风力发电系统和电驱动系统具有广阔的应用前景。该文主要论述了混合励磁同步电机的基本特点,分析了几种典型的混合励磁同步电机的结构及工作原理,提出了一种新的混合励磁同步电机拓扑结构。在此基础上,推导了混合励磁同步电机的数学模型。基于分区控制策略,在低速区和高速区,分别研究了几种混合励磁同步电机控制技术,并对这些技术做了详细比较。针对目前混合励磁同步电机控制技术存在的不足之处,提出了一种新的效率最优控制策略。最后,给出了混合励磁同步电机及控制技术的发展趋势,展望了它的应用前景。     

电动汽车用永磁同步电机弱磁控制策略综述

结合电动汽车应用,分析了适合弱磁运行的永磁同步电机的结构特点,并在永磁同步电机的数学模型基础上,介绍了应用于矢量控制技术中不同的弱磁控制方法。受车载电源电压的限制,在转折速度以上,电机转速的提升必须依靠弱磁控制。为实现电机的最优使用,通常将弱磁区分为弱磁I区和弱磁II区,提出了多种基于电机模型和鲁棒控制的方法。综合近年来有关弱磁控制研究的发展现状,分类整理了弱磁I区和弱磁II区的弱磁控制方法,指出了各种方法的优缺点。最后,对电动汽车控制系统的最优设计的发展趋势进行了展望。     

一种新的内置式永磁同步电机弱磁控制方法

为使基速下采用最大转矩电流比控制方式的内置式永磁同步电机(IPMSM)平稳而快速地切换到基速以上的弱磁控制方式,设计了一种以电流超前角为控制对象弱磁控制策略.根据相电压参考值与实际值的差,运用抗饱和积分器快速调制得到一个比例系数并将其作用到定子电流矢量的超前角上,使定子电流矢量向d轴方向偏转达到弱磁效果.实验结果验证了...     

一种永磁同步电动机的宽调速范围控制方法

针对永磁同步电动机的宽调速范围应用和弱磁难问题,提出了一种永磁同步电动机的宽调速范围控制方法,该方法基于矢量控制原理,基速以下采用id=0控制,基速以上采用弱磁控制,利用电压外环调节器产生直轴电流参考值id*,不依赖于电机参数,易于数字化实现。提出电流反馈解耦控制方法,实现了d、q轴电流的完全解耦,提高了永磁同步电动机的控制性能。在5.5kW的内置式永磁同步电动机上进行了仿真,扩速倍数可达3倍,转速、转矩控制性能良好,验证了控制方法的有效性,对永磁同步电动机的宽调速范围应用具有实际意义。     

定子双馈电双凸极电机的高速弱磁控制

研究分析了电动车用定子双馈电双凸极(SDFDS)电机在高速运行时的弱磁控制原理,充分利用了SDFDS电机具有励磁磁场可独立调节的优点,提出了相应的弱磁调速策略,使得SDFDS电机调速系统在高速运行时获得了较高的控制性能.并基于Matlab/SIMULINK和实验平台进行了仿真和实验,实现了SDFDS电机高速弱磁控制,电机转速控制性能良好,证明了所设计SDFDS电机高速弱磁控制策略的有效性.     

Wide range drive of hybrid stepping motor with flux‐weakening control

Because the application range of motors for position control is extending in industry, hybrid stepping motors that can realize position control easily have become popular. However, stepping motors have some disadvantages: the possibility of pull‐out under certain load conditions, and low efficiency due to iron loss. Consequently, a system designer must choose the motor‐driver combination very carefully. This paper proposes high‐efficiency drive of a hybrid stepping motor in a wide speed range by vector control, without the occurrence of pull‐out. It is shown that lead angle control is equivalent to flux‐weakening control, and that the maximum torque depends on the maximum inverter voltage at high speed. The effect of iron loss suppression by flux‐weakening control is verified experimentally. © 2010 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 174(4): 68–74, 2011; Published online in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com ). DOI 10.1002/eej.21022     

Optimal current control methods of a non‐salient pole hybrid field‐synchronous motor for energy‐efficient and wide speed‐range operation

This paper proposes new practical optimal current control methods for a newly emerging class of non‐salient pole synchronous motors with hybrid rotor fields by both permanent magnet and winding. In practical situations with limited voltage, the extensively used permanent magnet synchronous motor hardly achieves an ideal performance that allows simultaneously both low‐speed high‐torque and wide speed‐range operations, due to its constant magnet field. Hybrid field synchronous motors (HFSM) have recently emerged to achieve ideal performance as practical motors with controllable hybrid rotor field. For HFSM, the same torque can be produced by a variety of currents due to nonlinearity between torque and currents. Consequently, appropriate determination of a set of stator and rotor current commands plays a key role in achieving possible energy‐efficient and wide speed‐range operation. Proposed methods determine the current commands corresponding to a given torque command such that total winding copper loss due to stator and rotor currents can be minimized if the exact solution exists; the best approximate torque can be produced if no exact solution exists. The determined current commands are optimal in the sense of energy efficiency or degree of approximation in wide speed‐range operation under voltage limit. New real‐time recursive algorithms searching the optimal current solution are also given. The proposed methods are analytical but practical, and their usefulness is verified through experiments. © 2006 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 156(1): 70–83, 2006; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience. wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20156     

两相混合式同步电动机的最大转矩/电流控制

在分析了两相混合式同步电动机数学模型的基础上提出了最大转矩／电流的控制策略，充分利用了定子绕组的电流。同时提出一种基于H桥驱动的两相混合式同步电动机电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)的控制策略。最后，对两相混合式同步电动机的双闭环控制系统进行了仿真和实验，给出了仿真和实验结果。     

Examination of new vector control system of permanent magnet synchronous motor for high‐speed drives

A new vector control system for permanent magnet synchronous motor drives has been developed. To stabilize the current control loop in the high‐rotating‐speed region, a novel configuration of current controller is introduced. The unique characteristic of the proposed current controller is that the current regulator is connected to the conventional motor model in a series. By analyzing the transfer characteristics of the control, it became clear that the influence of the coupling component between the d–q axes can be deleted theoretically if the control parameters are set properly. The stability and torque response of the proposed vector control system were improved, and the effectiveness of the proposed controller was demonstrated by a time domain simulation and some experiments. In addition, the robustness of the controlling system was investigated experimentally. © 2011 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 176(4): 61–72, 2011; Published online in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com ). DOI 10.1002/eej.21123     

基于混合磁链观测器电励磁同步电机矢量控制

针对传统磁链观测器所存在的磁链轨迹非圆形以及不适合电机高速运行等问题,提出了适用于全速范围的新颖的混合气隙磁链观测器,并对其进行了详细的理论分析,阐明了其内部基于滤波器特性的电流-电压模型之间的平滑切换机理.同时引入具有自适应调节中点电位的简化三电平电压空间矢量调制策略,并在此基础上提出新颖的三电平功率变换器相电压重构算法.仿真和实验结果表明:基于新颖的气隙磁链观测器电励磁同步电动机矢量控制解决方案具有优良的控制性能,以及理论与应用价值.     

基于电流边界限制条件的异步电动机弱磁控制

在空间矢量脉宽调制(SVPWM)控制策略下,通过分析异步电动机电流限制圆与电压限制圆的特性,结合电动机调速的实际应用情况,提出了一种基于电流边界限制条件的弱磁控制策略。该方法在调节励磁电流后能够使输出转矩电流逼近转矩电流限制条件,进而使定子电流矢量逼近电流限制圆。相对于电压闭环弱磁控制,该法可以将最大励磁电流作为励磁电流初始值,提高恒转矩区转矩的输出能力。在弱磁区不需要考虑电压裕量的问题,可以充分利用电压的输出能力,提高弱磁区转矩的输出能力。鉴于励磁电流调节过程的非线性,同时引入了模糊PI控制器,使得调节过程更加精确,具有更好的动、静态特性。     

基于DSP的同步电动机数字式励磁调节器

利用DSP(DigitalSignalProcessor)实现了同步电动机转子励磁电流的数字控制。通过对PI调节器输出与整流器控制角关系的线性化处理 ,简化了控制程序。使励磁电流能较快地跟踪给定 ,从而为同步电机的矢量控制奠定了基础     

基于DSP的同步电动机数字式励磁调节器

利用DSP(DigitalSignalProcessor)实现了同步电动机转子励磁电流的数字控制。通过对PI调节器输出uk 与整流器控制角α关系的线性化处理 ,简化了控制程序 ,并能使励磁电流较快地跟踪给定。从而为同步电机的矢量控制奠定了基础