小电感无刷直流电动机三相H桥无位置传感器控制方法

传统无刷直流电动机的六拍控制采用Y型绕组连接方式,将三相绕组中的两个导通相串联进行供电;其无传感器控制所需的位置信息通过检测未导通相的反电动势过零点得到。绕组串联连接使每一相仅利用母线电压的一半产生电流;同时Y型绕组结构使未导通相受到中性点电压的影响造成位置信号检测精度降低。该文将三相H桥结构应用于无刷直流电动机的无位置传感器控制,使三相绕组中参与导通的两相并联进行供电,同时使未导通相切出电路以进行反电动势过零点检测。绕组并联连接使每一相利用全部母线电压产生电流,电压利用率得到提高;同时未导通相完全切出电路使位置信号检测精度提高。对三相H桥无刷直流电动机无位置传感器控制方法进行了数学推导和分析,并在一台小电感样机上进行了实验,实验结果显示,该4对极样机可以在20 000 r/min的转速下实现无位置传感器控制。     

梯形波与正弦波反电势无刷直流电动机特性分析

针对反电势为理想梯形波与理想正弦波的永磁无刷直流电动机,分析了电机在方波驱动120°导通模式下的机械特性、电流波形、换相转矩脉动.推导了反电势为正弦波的无刷直流电动机在方波驱动120°导通模式下的机械特性表达式.通过对这两种电机电流波形的对比分析以及对两者换相电流的数学推导,给出了这两种不同反电势波形的无刷直流电动机在高速和低速时两者电流波形、换相转矩脉动差异的原因.建立了两种电机的仿真模型,仿真结果进一步验证了分析的正确性.实际工程中,无刷直流电动机的反电势波形很难达到理想的梯形波,介于理想梯形波与理想正弦波之间,该研究对无刷直流电动机的设计与控制具有一定的参考意义.     

定子分布励磁双凸极无刷直流发电机电磁特性研究

定子集中励磁双凸极电机与不控整流电路构成的双凸极无刷直流发电机具有调压方便、可靠性高的特点,但其存在三相磁路不对称的固有问题,进而影响三相电势波形与输出电压脉动。深入研究定子分布励磁的电励磁双凸极发电机,对比了分布励磁与集中励磁双凸极发电机结构特点与运行原理,用有限元方法分析了分布励磁双凸极电机的电枢反应、电感特性和磁场分布,并对多相电机及其绕组形式和发电模态进行了研究。研制了原理样机,实验结果与仿真分析一致,表明分布式励磁双凸极无刷直流发电机在合理的绕组结构和整流方式下具有良好的发电性能,解决了传统双凸极无刷直流发电机的整流输出电压脉动大和相电流不对称的问题。     

六相永磁同步发电机的整流稳压电路仿真

针对六相永磁同步发电机励磁不可调,转速的变化和负载电流的变化都将造成输出电压不稳定的缺点,对六相永磁同步发电机发出的六相交流电采用带平衡电抗器的双三相全控桥并联的开关式稳压整流电路进行整流,控制方式采用闭环控制,使得整流输出直流电压恒定,不随着发电机转速和负载电流的变化而变化.利用Matlab的Simulink和PSB两个工具箱建立了六相永磁同步发电机的整流稳压电路仿真模型对该整流电路进行了仿真.仿真结果表明该稳压整流电路输出直流电压值不随发电机输出电压变化而变化,负载电压稳定时间快、无尖峰、脉动小.     

多相环形无刷励磁系统的运行特性分析

为了研究多相环形无刷励磁系统的运行特性,提出了基于数学建模和等值电路的分析方法.首先分析了多相环形无刷励磁机及整流系统的工作原理及运行特点,得到了二极管导通模式和整流器工作的等效电路.之后建立了多相环形无刷励磁系统的数学模型,包括绕组方程、直流负载方程、系统总方程等,并基于关联矩阵得到了考虑多相整流桥实际状态的标准方程等.然后在十一相转极式动模样机平台上进行了相应的实验,并将实验结果与仿真结果进行了对比,验证了数学模型的准确性.在此基础上,对实际应用的某330 MW机组的十一相环形无刷励磁系统进行了仿真计算,并对各阶段的等值电路、二极管电流及负载电压等进行了解析分析,发现了二极管存在提前导通和多管同时导通现象,得到了等值内电势计算公式和负载电压平均值,为多相环形无刷励磁系统的设计与优化提供了依据.     

新型十二相永磁无刷直流发电机容错性能研究

阐述了新型十二相永磁无刷直流发电机的结构原理,系统分析了该无刷直流发电机的相绕组开路故障工作模式和容错特性。建立了永磁无刷直流发电机的有限元仿真模型,并完成场路耦合分析。先对容错特性的工作和故障状态进行理论分析,再通过建模仿真和原理样机试验结果验证了新型十二相永磁无刷直流发电机具有较强的相绕组开路故障容错特性。     

航空并列式混合励磁无刷直流发电机短路特性研究

结合航空低压直流电源系统应用特点,对并列式混合励磁无刷直流电机短路特性开展研究。分析永磁与双凸极电机段绕组耦合关系与电感特性,揭示并列式混合励磁电机高电抗特征,在此基础上研究直流侧短路故障下的电枢反应与短路电流变化规律;根据绕组拓扑形式特点,围绕两类相间短路故障,系统分析短路电流与整流输出电压特性,探讨电机中性点连接方式对短路电流的影响,提出并列式混合励磁无刷直流发电机不同短路故障下的短路电流抑制与短路保护方法。研制12300r/min、11kW低压直流电源系统并列式混合励磁无刷直流发电机系统,并进行短路实验验证。理论与实验结果表明,并列式混合励磁无刷直流电机具有较好的短路电流抑制能力,在航空直流电源系统中具有重要的应用优势与价值。     

多相无刷直流发电机的换向过程

本文分析了多相无刷直流发电机的换向过程。此发电机是一种新型发电机，它由直流机电枢绕组外接多相全波整流桥组成。本文重点讨论了不同励磁波形，矩形波、梯形波和三角波对换向过程的影响，得到了二极管随负载电流变化的导通规律，即进入换向角ρ，换向重叠角γ随负载Ｉ的变化规律。以此为基础，可以分析电机的稳态特性。     

波形匹配对无刷直流电动机性能的影响

阐述当气隙磁场为正弦分布和定子绕组电流为准方波时,在永磁无刷直流电动机机械特性的高速段引起的非线性,并对此非线性进行了理论计算。经一台15W三相三状态稀土永磁无刷直流电动机的试验,证明了计算结果的正确性。文中还计算了永磁无刷直流电动机的空载转速和绕组导通角的关系,并提出了机械特性高速段非线性的改善措施。     

正弦波电动势永磁无刷直流电动机稳态特性计算

基于两相导通星形三相六状态正弦波永磁无刷直流电动机的相绕组端电压平衡方程式,通过微分方程解析演算,推导了其相电流的解析公式,对正弦波电动势永磁无刷直流电动机的稳态特性进行仿真计算。以绕组电感为零的正弦波永磁无刷直流电动机作为特例,推导了新电路模型下基本性能参数的计算公式,并与传统不计绕组电感的电路模型进行比较研究,验证了该解析公式的正确性。     

永磁无刷直流电机负载磁场及其电磁转矩的计算

该文在考虑齿槽影响的前提下，建立了永磁无刷电机电枢反应磁场的解析计算模型，求出永磁电机相绕组的自感和互感。在对水磁无刷直流电机空载气隙磁场和空载相绕组反电动势求解的基础上，结合永磁无刷直流电机主电路的拓扑结构，构造出电机绕组的场路耦合模型，由此计算出电机相绕组电流变化波形。在考虑齿槽影响情况下，计算出永磁电机在任意时刻的电枢反应磁场和负载气隙磁场，进而计算出永磁无刷直流电机产生的瞬时电磁转矩，以便定量分析永磁无刷电机的电磁转短被动和绕组换相引起的转矩被动，为分析永磁无刷直流电机的工作特性和振动噪声提供了可靠的依据。     

复合励磁稀土永磁同步发电机设计与研究

永磁同步发电机结构简单、运行可靠，但是输出电压调节范围小。本文提出了一种解决永磁发电机电压调节问题的方法——利用永磁体和电励磁绕组组合励磁。这种发电机由永磁体和电励磁部分组成，发电机的主要气隙磁场由永磁体建立，电励磁部分提供电机调压所需的辅助磁场，两部分共用一个电枢。     

稀土永磁无刷直流电动机绕组嵌放对磁势的影响

应用于航空航天领域的稀土永磁无刷直流电动机采用多重电枢绕组技术以提高可靠性。采用隔槽嵌放的双绕组电机系统成本高,结构复杂。该文给出双绕组的一种同槽嵌放方式,对双绕组稀土永磁无刷直流电动机在单绕组工作和双绕组工作时,同槽和隔槽嵌放方式的磁势进行了理论分析,结果表明,在磁路饱和的情况下,单绕组工作时同槽嵌放电枢磁势的去磁作用小,而双绕组工作时,隔槽嵌放的电枢磁势去磁作用小;同槽嵌放更适用于冷备份余度模式,隔槽嵌放则宜于热备份余度模式。对电枢磁场、空载磁场、负载磁场和机械特性进行了有限元仿真计算,并对隔槽嵌放样机的机械特性进行了测试,仿真和测试结果验证了理论分析的正确性。     

永磁无刷直流发电机分析

随着永磁材料的发展,永磁式发电机也得到了日益广泛的应用,尤其是在需要简单可靠的直流电源的场合.本文建立了永磁同步发电机和二极管整流桥构成的永磁无刷直流发电机的数学模型, 采用数字仿真的方法分析了这种电机的静态和动态工作特性,分析表明永磁式无刷直流发电机具有较硬的外特性和快速的动态响应过程,在分析含该类电机的系统特性时可以采用其稳态工作特性.     

新型混合励磁发电系统用无刷励磁机电磁性能分析

本文提出了新型混合励磁发电系统,它由混合励磁发电机、无刷励磁机和旋转整流器构成,其中混合励磁发电机转子由结构上独立的两部分——永磁体和电励磁组成,定子铁心沿轴向分为三段:永磁部分定子铁心、电励磁部分定子铁心以及中间部分定子铁心,其中中间部分定子铁心采用非导磁材料。新型混合励磁系统具有永磁电机高效、高功率密度的优点。本文仅针对新型混合励磁发电系统中的无刷励磁机进行分析,无刷励磁机结构与绕线式异步电机结构相似,定、转子均采用三相绕组,无刷励磁机的转子与混合励磁发电机转子同轴,转子绕组经固定在同发电机转轴上的二极管整流将交流变为直流,供给混合励磁发电机励磁。同时本文采用电磁场有限元法对无刷励磁运行机理和电磁性能进行分析,其中包括供电电源类型、定子电流特性和转矩特性等。本研究成果对掌握无刷励磁机运行特性具有重要作用。     

Characteristics of a brushless and exciterless three-phase synchronous generator with DC exciting system

From the viewpoint of maintenances and constructions, it is desirable that brushless and exciterless type three-phase synchronous generators be made. To meet this requirement, one of the authors devised a brushless and exciterless synchronous generator in which exciting currents flow simultaneously with load currents in armature windings. Thus, generators can be used both as the generators themselves and as the exciters. A generator system has already been reported by one of the authors. In it, the dc stator exciting current flows between the middle points per phase of the double-star armature winding through the rectifiers. However, the winding connection between the armature winding and the rectifiers are complicated. Three sets of rectifiers are needed by the stator excitation. The authors present a generator system by which the electric connection of between the stator armature winding and the rectifier can be simplified, and the number of the rectifiers can be reduced. In this system, the stator is provided with a double-star armature winding having two neutral points. In this paper, first, a circuit constitution and the principle for the brushless and exciterless three-phase synchronous generator are described, and second, the characteristics are elucidated by means of characteristic analysis. Further, the results of the experiments for the generator conducted on the test machine of 2.0 kW are shown.     

基于电压脉冲注入的对转无刷直流电机转子初始相对位置确定方法

针对无位置传感器控制的无刷直流电机起动时需要确定转子初始位置的问题,结合对转无刷直流电机磁系统转子凸极性的特点,提出一种高精度的转子初始相对位置确定方法,该方法通过向电机电枢绕组注入开关电压矢量,利用相邻三个电压矢量产生的电流响应估计出一个确定的转子位置角.仿真结果验证了该方法的有效性.     

基于免疫算法的无刷励磁发电机旋转整流器故障诊断

在大型发电机的无刷励磁系统中,旋转整流器承受着强大的离心力和电磁作用,故障发生率相对较高。采用旋转整流器故障时交流励磁机旋转电枢产生的谐波磁场在其定子励磁线圈中感应谐波电势的电磁特性,从中提取旋转整流器故障信号波形。运用傅里叶分解故障信号波形,对故障信号波形的特征值进行编码处理,并用免疫算法中的反向选择算法对傅里叶分解后的故障特征值进行计算,完成旋转整流器的故障诊断。利用人工免疫的反向选择算法,对一台15 kW无刷励磁同步发电机旋转整流器的短路与开路故障进行仿真诊断。仿真结果表明,基于免疫系统反向选择机制的人工免疫算法,与傅里叶分解算法相结合,进一步提高了无刷励磁同步发电机旋转整流器故障诊断的准确率,可达95%以上。     

集中绕组永磁无刷直流电机电枢反应及绕组电感的解析计算

基于深槽集中绕组的结构特点，采用镜像法，建立了适合集中绕组无刷电机的电枢反应求解模型。充分考虑电机齿槽影响，给出了电枢反应磁场的解析表达式，对不同控制方式下的电枢反应分别作了研究，并在此基础上推导了电机绕组电感的通用求解公式，从而为集中绕组无刷电机的参数设计和特性分析提供了理论依据。样机实验表明，其具有很好的工程适用性，理论计算与实测值吻合。