基于实测相电流的永磁同步电机转矩波动阶次来源分析及幅值预测EI北大核心CSCD

由于转子磁场非正弦分布、定子开槽及电流谐波等因素影响,轮毂永磁同步电机输出转矩中存在波动,驱动转矩波动将给轮毂电机驱动车辆带来振动噪声问题。为分析各因素对转矩波动的贡献及影响机理,通过转鼓倒拖试验实测了电机空载反电动势,进而确定了转子磁场分布情况及转子磁通系数;通过电机驱动转鼓试验实测了电机三相负载电流信号,发现电流中存在丰富的谐波成分并确定了谐波幅值及初始相位;考虑转子磁通和相电流谐波解析推导了电磁转矩表达式,分析了转矩波动阶次来源并根据电流谐波幅值和相位规律预测了各阶次幅值大小,进而确定了转子磁通谐波和电流谐波对转矩波动的贡献;通过实测的振动加速度信号间接验证了转矩波动阶次分析及幅值预测的准确性。结合试验和理论准确分析了轮毂电机转矩波动的全貌及其来源,为电动轮系统的振动优化提供了方向。     

电动车用永磁同步电机的转矩阶次特征分析

针对电动汽车车身阶次振动和车内噪声的主要振源—永磁同步电机的转矩波动,首先通过转矩测量试验测得了电机24阶以内的动态、高阶转矩信号,分析与揭示了永磁同步电机转矩信号的阶次特性现象;为解释该试验现象,从理论上建立了一种考虑非正弦永磁磁场分布、开槽、时间谐波电流的永磁同步电机转矩波动数学模型,获得了谐波转矩的解析解,预测了转矩波动的阶次与频率,进而提出了试验测量动态、高阶转矩信号的转速判据。试验研究和理论研究表明：永磁同步电机的转矩具有明显的阶次波动特征,主要阶次有h-1、2（h-1）、6i+h-1、 6i-h+1阶（h∈N,且由变频器决定;i∈N）;h次时间谐波电流将单独引起h-1、2（h-1）阶的转矩波动,h次时间谐波电流、非正弦永磁磁场分布、开槽将共同引起6i+h-1、6i-h+1阶的转矩波动。     

分布式驱动用永磁同步电机电磁转矩的解析计算

针对分布式驱动电动汽车车身阶次振动和车内噪声的主要振源—外转子表贴式永磁同步电机6k阶（ ）转矩波动,提出了一种分布式驱动用永磁同步电机电磁转矩的解析计算方法。基于永磁同步电机磁场畸变,对永磁磁极在均匀气隙中的径向分量进行了傅里叶级数分解,通过磁链、电压的计算,最终得到电磁转矩的解析解,为永磁同步电机的阶次振动与振源识别提供了理论基础。当不考虑电流谐波的影响时,对电磁转矩做了阶次分析,论证了由永磁体磁场谐波引起的电磁转矩波动频率是电源频率的6k倍频。最后,通过有限元计算验证了该解析计算结果。     

电动轮-悬架系统台架振动特性试验分析

为了说明在实际驱动工况下电动轮-悬架系统的振动特性,进行了电动轮-悬架系统台架振动特性测试试验,测得了电动轮-悬架系统-台架的振动加速度响应,并进行了参数影响因素分析。分析表明,电动轮驱动时,电动轮、台架会出现由电动轮驱动电机引起的比较明显的阶次振动,频率成分主要有与非正弦分布永磁磁场、磁场开槽以及谐波电流有关的电流基频6倍、12倍及6±i/2(i=1,2,3)倍,且间隔均为电流基频一半。影响电动轮驱动电机振动谐频成分以及幅值的主要因素只有转速和负载转矩。转速主要影响频率成分,负载转矩影响振动能量,电动轮驱动电机在高转速、大负载等高负荷运行时高频段转矩波动能量较大。载荷、胎压以及车轮定位参数不影响振动响应的频率成分,对振动能量影响较小,适中的载荷、胎压、主销内倾角以及较小的前束角会减小台架振动。可为电动轮-悬架系统结构设计、使用条件以及电动轮驱动电机控制系统设计提供试验指导。     

电动车动力传动系机电耦合扭转振动分析与控制

对电动车动力传动系统的机电耦合扭转振动进行分析与控制。利用整车转鼓试验测得稳态工况下的电流信号,分析引发传动系统扭转振动的主要电流激励谐次;基于最大转矩电流比控制方法,结合传动系统机械振动模型,搭建综合考虑机械、电气相互影响的机电耦合模型,进行仿真分析;提出能够减小传动系统扭转振动幅值的电流谐波优化方法,阐述其原理并搭建其控制模块。控制前后的仿真结果表明,电流谐波优化方法可以有针对性的抑制电流的5倍、7倍谐波,减小6倍电流频率的转矩波动,降低传动系统在中高频固有频率处的振动幅值。     

谐波注入在电动汽车动力总成电磁振动抑制中的应用EI北大核心CSCD

动力驱动总成的电磁振动水平严重影响着电动汽车的NVH性能。由于驱动电机结构的非理想和逆变器的非线性特性,电机的输出转矩存在较大的脉动。在一定的转速下,转矩谐波的频率会和动力总成的扭转模态频率一致,导致动力总成的共振。为了研究转矩脉动引起的电磁振动问题,建立了电机电磁模型和控制电路的联合仿真来对电磁激励进行分析,同时通过振动测试试验,认为动力总成在500~1500 r/min转速范围内的48阶振动是由转矩脉动引起的。为了抑制驱动电机输出的转矩脉动,采用谐波电流注入的方法来抵消电机运行时的谐波转矩,将RBF神经网络和遗传算法结合,对电流谐波进行优化。最后通过振动试验验证分析的准确性,结果表明,采用谐波注入的控制方法能够有效抑制动力总成的电磁振动。     

电驱可控震源驱动电机匹配设计与优化研究

电驱可控震源复杂的工况环境对驱动电机的性能提出了较高的要求。针对可控震源在行驶和激振工况下的动力需求，开展了驱动电机动力参数匹配设计，确定了驱动电机的主要设计参数；建立了驱动电机的二维有限元模型，采用子域法研究了电机在空载、额定工况下的磁通密度特性和谐波幅值，分析了电机磁通谐波畸变规律；开展了电机气隙长度优化设计以及电机转子结构的正交优化试验，得到了转子最优结构参数，并研制了电机样机。结果表明：在电机隔磁桥、永磁体与转子边缘之间区域的磁通密度波形畸变严重；永磁体与转子边缘之间区域的高次谐波对电机的影响较大，其3次谐波在基波中的占比高达83%；优化后电机效率可达96.8%。研究结果为电驱可控震源的优化提供了参考。     

新型混合动力汽车全数字电力驱动系统的研究

混合动力汽车电机要求高效、高功率密度、低脉动转矩,普通电机显示出了其局限性;Halbach电机是一种新型永磁电机:独特的永磁体结构使其磁极磁场呈单边且正弦分布,在增加气隙磁通密度、削弱转子轭部磁通密度的同时,又可减少磁场谐波,这有利于提高电机的功率密度和效率、减小电机的体积和脉动转矩;基于MATLAB的Hallbach电机设计软件和基于ANSYS有限元分析软件极大地减少了样机设计时间;针对Halbach电机特点设计了基于DSP2407A混合动力汽车全数字电力驱动系统,实验结果证明Halbach电机在混合动力系统中有较大的优越性.     

搭载分数槽永磁电机的电驱动总成振动控制

为探究搭载分数槽永磁电机的某电驱动总成在电磁激励、齿轮激励共同作用下的振动特性，通过整车NVH试验识别出电驱动总成在890 Hz与1 176 Hz处存在共振带。为控制该现象，综合考虑电机电磁力波、减速器齿轮激励以及总成结构耦合特性，建立电驱动总成壳体振动响应模型，采用多源激励与结构弱耦合的方法对总成壳体进行振动响应分析，并结合整车试验数据验证仿真分析的有效性，计算结果表明径向电磁力波对振动响应的贡献量较大。针对系统振动问题，建立转子分段斜极模型以及采用外圆开槽的方法，以期降低齿槽转矩、改善气隙磁场谐波从而控制壳体振动响应。该研究可为电驱动总成振动抑制提供一些参考。     

AVy变频器在实际调试及应用中的故障分析

通用变频器的控制方式一般有磁通矢量控制旺（FOC）、DTC控制、转矩矢量控制等方式,矢量控制的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量,根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制,从而达到控翻异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量（励磁电流）和产生转矩的电流分量（转矩电流）分别加以控制,并同时控制两分量间的幅值和相位,即控制定子电流矢量。     

基于通用选择性分数重复控制的磁悬浮转子谐波电流抑制

在磁悬浮转子系统中,转子的质量不平衡和传感器误差不可避免地会产生谐波电流,由此产生谐波振动。重复控制是一种消除控制系统周期性扰动的方法,传统的重复控制器等效地补偿所有谐波频率分量。然而,在磁悬浮转子系统中,谐波电流中低次谐波成分通常表现为主导谐波。针对这些问题,提出了一种基于通用的选择性分数阶重复控制的磁悬浮转子系统的谐波电流抑制方法,建立了kn+i阶离散周期序列的内模。通过引入具有独立控制增益的并联重复控制结构,并根据具体谐波幅值大小调整每个支路控制器增益,加快了系统的瞬态响应速度;采用分数延迟滤波器实现了抑制低次主导谐波时的频率的自适应,给出了系统稳定性判据。在磁悬浮转子系统中验证了该方法的有效性。     

电磁力参数自寻优的转子多频振动主动抑制

提出一种转子多频振动的在线主动抑制方法,该方法利用电磁作动器向转子施加多个与转子振动频率相匹配的旋转电磁力,通过在线自寻优的方式确定电磁作动器的控制电流相位和幅值,使施加的多个频率成分的旋转电磁力能够削减转子的多频振动幅值,实现转子系统的多频振动在线抑制。首先建立了转子-轴承-电磁作动器系统动力学模型;提出一种转子系统多频振动的主动抑制方法,对该方法的有效性和可行性进行了理论推导;建立了电磁作动器控制电流相位和幅值的寻优模型,提出一种控制电流相位的整周寻优策略;随后搭建实验装置,进行了实验研究,理论推导和实验结果均表明该方法能够实现转子的多个频率成分振动的主动抑制。     

高速列车谐波转矩振动分析及自抗扰控制

高速列车在实际运行过程中,当路面不平顺、车轮磨耗或者列车由明线运行到突然进入隧道均可能会引起转矩脉动,引起齿轮箱振动加剧。为研究谐波转矩波动幅值对高速列车牵引齿轮箱振动加速度的影响,建立考虑时变啮合刚度、啮合阻尼、啮合误差、齿侧间隙的齿轮传动系统与三相异步动态电机耦合的机电传动系统模型,在Simulink平台上分析牵引传动系统在谐波转矩幅值变化的工况下齿轮箱输入端振动加速度特性。结果表明,谐波转矩增大使齿轮箱振动加速度加大,且横向振动加速度增加最明显。耦合系统叠加混合型自抗扰控制器(ADRC)后,对谐波转矩引起的齿轮箱横向振动具有较好的抑制作用。     

考虑滑动轴承的轮毂电机扭转振动特性分析

针对轮毂电机多参数机电耦合振动问题,建立轮毂电机六自由度耦合振动模型,识别了滑动轴承油膜刚度阻尼、广义电磁力、定子轴系刚度和螺栓连接刚度。基于MATLAB/Simulink搭建系统仿真计算模型,求解轮毂电机在电磁力作用下的耦合振动响应,研究结果表明:永磁体磁场和电枢反应磁场相互作用产生的电磁力会导致定子产生新的扭振峰值。通过对比不同转速下电机的扭转振动响应,发现轮毂电机在低速区扭转振动幅值更大,为解决电动车的低速抖动问题提供了新的思路。     

电动车用永磁同步电机非线性扭转振动模型

针对电动车车身阶次振动和车内噪声的主要振源—永磁同步电机的扭转振动问题,首先,利用集中参数法建立了永磁同步电机扭转振动的非线性动力学模型,解析求解了考虑非正弦分布的永磁磁场、定子开槽、时间谐波电流的永磁同步电机电磁转矩,获取了定子铁芯、机壳的刚度和阻尼参数,指出了电磁转矩波动是引起永磁同步电机非线性振动的主要原因。然后,采用状态变量法求得了非线性方程组的解。最后,通过永磁同步电机扭转振动实验验证了本模型的有效性。     

FT细化校正阶次全息谱分析方法

针对变转速下阶次全息谱分析精度不高问题,提出FT细化校正阶次全息谱分析方法。用基于三次样条插值的阶次跟踪对转子时域非平稳信号进行等角度重采样获得角域平稳信号;用FT细化校正法精确计算出各阶次幅值及相位信息,由幅值、相位信息求出阶次全息谱参数;据计算结果获得阶次全息谱图。通过仿真及转子实验台信号分析表明,该方法能精确获得阶次全息谱图,且能准确根据FT细化校正阶次全息谱图判断旋转机械转子的故障种类。     

基于弗德卡曼阶比跟踪的转子起停车故障特征提取方法及应用

针对传统起停车过程分析采用短时傅里叶变换提取瞬时幅值及相位会损失瞬变信息的不足,用弗德卡曼阶比跟踪原理（Vold-Kalman Filter Based Order Tracking,VKF-OT）结合全息谱原理,提出新的转子起停车故障特征提取方法。由转子起停车瞬态响应数据中提取随转速变化的阶比分量,通过各阶分量复包络直接求幅值、相位,能克服傅里叶变换的平均效应,保留转子振动瞬变信息;通过VKF-OT集成转子截面振动信息,结合全息谱理论绘制阶比全息瀑布图,提取转子起停车状态的故障特征,并用于起停车瞬态动平衡。结果表明,该方法可有效提取转子典型故障特征、降低转子系统一阶临界振动。     

幅值波动电力信号谐波分析的HHT-FFT方法

针对幅值波动的电力信号,提出一种谐波分析新方法——HHT-FFT方法.首先论证了幅值波动是产生间谐波的主要根源,幅值波动也影响整次谐波的幅值和相位的计算.HHT-FFT方法是“HT提取包络——分离包络——工频信号DFT——包络HHT——包络与工频信号合成”的一个迭代过程.该方法排除了整次谐波频谱泄漏产生的虚假间谐波,因此,整次谐波和间谐波的分析结果都更真实、更精确.     

复合式罩极电机扭转振动检测与分析

设计了一种复合式罩极电机,为双定子双转子结构,电机运行时定子绕组施加励磁,产生的旋转磁场带动转子旋转。分析了电机气隙磁场的特性,推导了电磁转矩公式,表明电机运行时存在扭转振动。研制了复合式罩极电机样机,利用传感器对电机在不同励磁状态下的转矩输出进行了检测,表明电机运行时存在扭转振动,且扭振幅值随两相励磁电压的相位差而变化,最后对变化规律进行了理论分析,结果表明:扭转振动波的相位差为两相励磁电压相位差的2倍。     

基于峰谷互补方法的开关磁阻电机转矩脉动抑制研究

开关磁阻电机的非线性电磁特性以及脉冲工作方式会产生明显的转矩脉动,针对这一问题,在分析开关磁阻电机转矩脉动产生原因和实际测量转矩脉动波形的基础上,提出了一种基于峰谷互补原理抑制开关磁阻电机转矩脉动的方法.该方法使用2套定转子参数相同的电机系统,使之产生相位互差180°电角度,幅值近似相同的转矩脉动波形,利用峰谷互补原理...