磁动势法五相永磁力矩电机转矩分析

五相永磁力矩电机由于极数与槽数相近,含有丰富的磁动势谐波,磁动势谐波会影响电机的转矩性能。为此,采用磁动势法分析电机的电磁转矩,通过磁能和虚位移原理推导出了电机电磁转矩的解析表达式,揭示了具有相同空间次数的定子和转子磁动势谐波相互作用才能产生电磁转矩的规律。通过对五相永磁力矩电机的定、转子磁动势谐波与电磁转矩关系的分析,指出与与主波转速一致的定子和转子磁动势谐波相互作用能提高五相永磁力矩电机的平均电磁转矩。利用Ansoft有限元软件仿真分析了电机在正弦波、梯形波和方波供电下的定子磁动势、转子磁动势以及转矩性能。结果表明,非正弦供电能够增加电机的电磁转矩,但也带来了转矩脉动,验证了磁动势法分析五相永磁力矩电机转矩的有效性和正确性。     

一种多相异步电机的通用数学模型

多相异步电机在相坐标系下的数学模型存在复杂的耦合,给其分析和控制带来了不便。论文在推导出多相异步电机模型参数计算公式的基础上,在实数域中给出可将这些模型参数对角化的变换矩阵,实现了多相异步电机定子各相、转子各回路的解耦,以此建立一种基于广义dq坐标系的多相异步电机的通用数学模型,并针对不同应用场合给出了该通用模型的优化准则。该模型在建立时考虑了定、转子产生的所有谐波磁场,具有通用性,通过有针对性的优化,结合傅里叶分解及对称分量法,所提模型不仅可以方便地对谐波注入、不对称供电、方波供电等供电方式下的多相异步电机进行仿真分析,而且还可以用于研究某些特定谐波对电机性能的影响。最后,针对一台方波电压供电的9相异步电机进行了仿真分析和实验验证,通过仿真结果与样机实验数据的对比,证明了所提模型的正确性和有效性。     

多相电机中谐波电流与谐波磁势间的关系

为了分析定子绕组流过非正弦电流时,多相异步电机的运行性能,必须了解谐波电流与谐波磁势的关系。对异步电机中的非正弦的谐波电流进行了傅里叶分解,将其分解为基波电流和一系列的谐波电流,然后分别计算各次谐波电流的产生的不同的谐波磁势。通过对五相、十五相异步电机在非正弦供电情况下谐波电流与谐波磁势的定量关系的分析,归纳出谐波电流与谐波磁势的一般关系式,以及各次谐波磁势之间的比例关系。     

多相电机中谐波电流与谐波磁势间的关系

为了分析定子绕组流过非正弦电流时，多相异步电机的运行性能，必须了解谐波电流与谐波磁势的关系。对异步电机中的非正弦的谐波电流进行了傅里叶分解，将其分解为基波电流和一系列的谐波电流，然后分别计算各次谐波电流的产生的不同的谐波磁势。通过对五相、十五相异步电机在非正弦供电情况下谐波电流与谐波磁势的定量关系的分析，归纳出谐波电流与谐波磁势的一般关系式，以及各次谐波磁势之间的比例关系。     

多相电机非正弦供电下的定子缺相容错控制

多相电机通常采用集中绕组和非正弦供电方式,以改善磁场分布并提高电机的转矩密度。针对多相电机的上述特点,提出定子缺相时非正弦供电的容错运行策略。以9相异步电机为例,基于故障前后定子磁动势保持不变的原则,构建了剩余各相的电流方程组。分析了忽略7次谐波磁场、仅保持故障前后1、3、5次定子磁动势不变等容错策略,并通过引入定子铜耗最小的附加条件来求解正常相的电流。电流环采用比例谐振控制算法,实现了相坐标系下的无静差控制。通过实验对上述算法进行了验证,结果表明多相电机在非正弦供电情况下能获得较高的转矩密度和较平稳的运行性能。     

十五相感应电机定子绕组多相开路的稳态特性

基于通用电机基本原理和对称分量法,对十五相感应电机在定子绕组多相开路时的稳态电流和转矩特性进行了分析,由十五相感应电机的稳态等效电路,采用数值求解方法获得了多相定子绕组开路时电机各稳态相量.理论分析和实验表明,多相电机特性的恶化程度与定子绕组开路的相数以及它们的相对位置有关.     

用于抑制多相异步电动机定子谐波电流的电抗滤波器

电压型逆变器驱动多相异步电动机运行时,虽然降低了转矩脉动和转子谐波损耗,却在定子绕组出现了明显的低次谐波电流.在总结现有的方法基础上,提出一种新型的电抗滤波方法.电抗器采用和多相交流电机定子类似的电磁结构,适当调整绕组的分布,使在多相电机中不产生旋转磁场的谐波电流在滤波电抗器中产生旋转磁场.这些谐波电流在多相异步电动机中仅遇到漏电抗,在滤波电抗器中却遇到高值的耦合电抗,因而有选择地对定子中的显著谐波电流进行滤波.以六相移30°的绕组结构为例,对包括滤波器的多相异步电动机建立了数学模型并进行了仿真分析,仿真结果验证了电抗器的有效性.     

基于定子谐波电流的六相永磁同步电动机双电机串联系统的仿真

电压型逆变器驱动多相电机运行时,虽然降低了转矩脉动,但却在定子绕组中出现了明显的低次谐波电流.抑制多相电机定子谐波电流的方法是串联电抗滤波器,电抗器与多相电机定子绕组电磁结构类似,使在多相电机中不产生旋转磁场的谐波电流在滤波电抗器中产生旋转磁场来抵抗谐波电流.据此提出一种新颖的两电机串联驱动系统,将电抗器换作一台多相电机,使谐波电流在这台电机中产生旋转磁场输出转矩,并且实现对两台电机转矩的独立控制.以双Y移30°六相永磁同步电动机(PMSM)为例,对两电机串联驱动系统建立数学模型并进行了仿真分析,仿真结果验证了串联驱动系统的可行性.     

十五相感应电机一相开路时的稳态特性

根据十五相感应电机的稳态数学模型和稳态的对称分量法,对十五相感应电机在一相开路时的稳态特性进行分析,结果表明一相开路时,剩余各相定子电流均有所增加,平均转矩没有明显变化,实验结果验证了上述结论,该方法可推广到多相定子绕组开路情形.     

自起动内嵌式变频永磁同步电动机性能分析

针对自起动内嵌式永磁同步电机(IPMSM)变频电源供电方式下电机性能进行分析,利用Ansoft软件,搭建了带起动鼠笼导条的内嵌式永磁同步电动机有限元分析模型,分析了电机的静、动态特性;场-路结合在Simplorer环境下搭建了模拟PWM变频供电外电路模型与Maxwell环境下的电机联合仿真,分析了变频供电方式下定子电流、电磁转矩、电机转速随时间变化;与正弦供电相比较变频器供电时电流谐波含量大,采用谐波电流注入法可以减小谐波电流,减小电机转矩脉动。实验结果验证了仿真分析的正确性,分析结果为变频供电时自起动永磁同步电机运行性能的改善提供了理论基础。     

基于磁感回路参数的异步电动机内部故障仿真

基于电磁学磁感回路分析,建立了异步电动机仿真模型。结合分析异步电动机内部故障时定子阻抗的变化,得到异步电动机启动过程、正常运行、发生故障后的机端侧电流、转子转速、定转子角差、转矩等各电气量的数据变化,为电动机模型仿真提供了一种基于磁感回路参数的新仿真方法,以便于为电动机内部故障分析提供定量分析。     

多相自励磁同步电机稳态下高频励磁建模与分析

多相自励磁同步电机具有起动转矩大,无需永磁体,且气隙磁场可调的优势,广泛应用于低速爬坡等短时特殊工况下的大转矩需求。作为一种新型电机,其励磁机理数学模型尚不明确,直接制约了该电机控制系统的发展。为此,针对该电机稳态下励磁展开研究,对自励磁同步电机的结构和高频励磁原理进行分析,研究了稳态下定子绕组中注入高频电流与转子励磁绕组上产生励磁电流之间的数学关系。基于此,获得电磁转矩表达式,并建立了该电机在静止和旋转两种坐标系下的运动方程。在旋转dq坐标系下搭建了MATLAB/Simulink仿真模型与ANSYS Maxwell有限元仿真模型,并进行对比分析,其结果验证了该数学模型的正确性。     

无刷双馈电机谐波铜耗与铁耗的分析与计算

针对无刷双馈电机谐波含量高、谐波损耗大的问题,提出考虑谐波磁场、谐波电流、集肤效应和旋转磁化影响的BDFM损耗计算模型.基于二维场路耦合时步有限元模型和谐波分析方法,分别建立两种转子铜耗计算模型和三种定转子铁耗计算模型,分析不同计算模型对转子铜耗和定转子铁耗的影响,得到定转子谐波铜耗和铁耗的变化规律.结果表明,转子铜耗模型2以及定转子铁耗模型3更精确;随着控制绕组电压的增加,定转子铜耗先减小后增加,定转子铁耗持续增加;随着负载转矩的增加,定转子铜耗和铁耗均随之增加.通过与一台相似异步电机铜耗和铁耗的电磁设计数据和实验数据的比较,验证了模型与计算结果的正确性.     

流体类负载下的异步交流电动机速度反推控制

针对流体类负载的特点,提出一种基于非线性控制策略的反推控制,实现了速度闭环控制.根据异步电动机在按转子磁场定向的M-T旋转坐标系上的数学模型和矢量控制原理,得出定子励磁电流分量、定子转矩电流分量和电机转速的方程,并以这三个方程为基础,结合反推控制原理,设计出了速度反推控制算法.通过MATLAB仿真看出,使用该控制算法可以很好的实现跟踪给定速度,使流体类负载有很好的稳定性能.     

Experimental determination of parameters for an induction motor with a short-circuited rotor

Problems of experimental determination of parameters of induction motors with a short-circuited rotor in different operating regimes are considered. The equations of a generalized electrical machine are reduced to a form that allows identification of four independent parameters—the constant time of the rotor, stator inductance, stator active resistance, and generalized dissipation. It is shown that measuring the rotation frequency, voltages, currents, and electromagnetic torque allow estimation of the values of these parameters, but not five parameters of the standard phase-substitution circuit of the induction motor. Examples of experimental determination of parameters and parameters’ dependence on the operation regime of a traction motor are given.     

异步电动机间接转矩控制系统的效率优化设计

针对异步电动机间接转矩控制系统,提出了一种效率优化方法.首先,在计及铁损的情况下推导了异步电动机的损失模型;然后,在旋转坐标系下,计算出最优的转差率,根据转差率与转子磁链及电磁转矩的函数关系,推导出最优的转子磁链,根据定子磁链与转子磁链、电磁转矩之间的函数关系,得到定子磁链的最优给定值;最后,将所得到的最优定子磁链给定量用于异步电动机间接转矩控制系统中.实验验证了方法的有效性.     

新型永磁复合电机研究

永磁无刷电机内嵌到同心式磁性齿轮中,形成新型永磁复合电机。电机为内定子外转子结构,外转子输出低速大转矩,适合直接驱动。采用数值解析结合法计算复合电机磁场,电机三层气隙区域无网格剖分,内外转子可自由转动,方便感应电动势计算。电动势计算波形和实验波形比较,取得很好的一致。     

罩极式电动机转矩波动分析与抑制方法研究

采用双旋转磁场理论对罩极式电动机定子产生的磁动势进行分析,得到了罩极式电动机的等效电路;推导了气隙旋转磁场和转子电流的数学表达式,进而得到了电动机电磁转矩的数学表达式,结果表明电磁转矩中包含二倍频振动转矩分量。对罩极式电动机的实际转矩波动进行了检测,验证了上述理论的正确性。根据罩极式电动机转矩波动的产生机理和变化规律,提出了一种基于峰谷互补原理的转矩波动抑制方法,研制出了低转矩波动罩极式电动机样机。最后搭建实验平台对电动机样机的转矩波动进行了测试,结果表明其二倍频振动转矩分量能够得到有效消减,验证了所提出的抑制方法的科学性。     

EFFECT OF THE COMMUTATION ON THE PULSATING TORQUES IN POLYPHASE MACHINES FED FROM CURRENT-SOURCE INVERTERS

ABSTRACT

A new simple method for the preliminary calculation of pulsating torques in synchronous and asynchronous machines fed from current-impressing inverters is shown. The treatment is based on the analysis of the stator and rotor current-distribution waves represented as space phasors in a rotating coordinate system. The mean values of these complex space phasors depend on the fundamental harmonic of the stator currents and produce the wanted performance of the machine; the variable components, changing periodically, cause the oscillating torques. As the necessary data are obtained from the usual phasor diagram, and the torque calculation is very simple, the formulae can be easily evaluated for many operating states on which the oscillating torques strongly depend. The attention is focused on the effect of the commutation.