内嵌式永磁同步电机最大转矩电流比控制研究

对内嵌式永磁同步电机的最大转矩电流比(MTPA)控制进行了研究,根据内嵌式永磁同步电机在dq坐标系下的数学模型,用极值原理建立dq轴电流与电磁转矩的表达式,实现了内嵌式永磁同步电机的MTPA控制方法。该方法在相同的电磁转矩下,使输入电流幅值最小,减小了电机损耗,降低了逆变器的容量,提高了系统运行效率,改善了系统的动态性能。用仿真对内嵌式永磁同步电机的MTPA控制进行了验证。     

表面-内嵌式电机永磁体设计及特性分析

针对表面式永磁电机具有弱磁调速范围小,功率密度低;内嵌式永磁电机存在转矩脉动大,漏磁凸出缺陷,本文提出一种新型表面-内嵌永磁转子同步电机新结构.在满足永磁同步电机的性能达到最优的条件下,建立电机的有限元模型,分析了改变永磁体的极弧系数和磁化方向的等方式对电机转矩波动、效率、功率因数等性能的影响,比较分析得出比较合理永磁体情况下的新型混合式永磁同步电机模型.     

提高单相自起动永磁同步电机起动性能研究

单相自起动永磁同步电机就是在感应电机的转子铁心内放置永磁体,依靠笼型转子绕组产生的异步转矩实现起动。由转子永磁体产生的磁场与定子绕组产生的旋转磁场相互作用产生恒定的转矩而稳定运行。自起动永磁同步电机的优点是效率高、功率因数高且经济运行范围宽,但是由于转子上存在永磁体产生的制动转矩和齿槽转矩,使得电机起动变得较为困难,影响电机可靠性。本文对单相自起动永磁同步电机起动过程转矩及其与电机参数之间的关系进行了详细的分析,并据此提出了优化电机参数来提高其起动性能的方法。最后通过有限元仿真和试验测试验证了方法的准确性。     

永磁同步电机转矩角闭环控制策略研究

车用内嵌式永磁同步电机运行性能受到电机参数及控制器输出能力的限制.为了提高永磁同步电机单位电流输出转矩的能力以及对电机参数的鲁棒性,该文提出了一种转矩角闭环的最大转矩电流比控制策略.该策略通过永磁同步电机的数学模型推导出在同步dq轴系下以定子电压、电流为变量的电磁转矩方程,并以此为依据构建出满足最大转矩电流比的转矩角β的闭环控制系统,摆脱了永磁同步电机最大转矩电流比控制对电机参数的依赖,提高了控制准确性.仿真和实验结果验证了所提控制策略的可行性和有效性.     

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。     

永磁辅助磁阻同步电机性能分析

为了准确分析永磁辅助磁阻同步电机的动态特性,针对永磁辅助磁阻同步电机本体,给出一种基于有限元建模分析方法。通过有限元建模分析得出其D-Q轴磁链、自感和互感等数据,利用这些有限元分析数据推导出永磁辅助磁阻同步电机的数学模型。在此基础上为了进一步提高永磁辅助磁阻同步电机的动态转矩响应,特别设计了具有电流反馈补偿的负载转矩观测器,并对其进行了研究和建模仿真。仿真结果表明,永磁辅助磁阻同步电机具有很好的动态性能。     

永磁辅助磁阻同步电机性能分析

为了准确分析永磁辅助磁阻同步电机的动态特性,针对永磁辅助磁阻同步电机本体,给出一种基于有限元建模分析方法.通过有限元建模分析得出其D-Q轴磁链、自感和互感等数据,利用这些有限元分析数据推导出永磁辅助磁阻同步电机的数学模型.在此基础上为了进一步提高永磁辅助磁阻同步电机的动态转矩响应,特别设计了具有电流反馈补偿的负载转矩观测器,并对其进行了研究和建模仿真.仿真结果表明,永磁辅助磁阻同步电机具有很好的动态性能.     

基于磁极偏移的永磁同步电动机齿槽转矩优化

文章推导了磁极偏移后齿槽转矩的表达式,分析了齿槽转矩与偏移角度的关系。并以一台48槽8极单相永磁同步电机为例,采用ANSYS有限元分析软件,对不同偏移角度下的齿槽转矩进行了仿真,通过对比分析达到优化齿槽转矩的目的。     

阶梯气隙结构对U型单相永磁电机自起动性能的影响

针时单相永磁同步电机不能自行起动的问题,采用阶梯气隙结构,使电机静止时在定位转矩的作用下定转子磁场之间存在相位差角,从而实现自起动.利用二维有限元计算的方法,分析阶梯气隙结构对电机电枢磁场和永磁体磁场的影响.针对永磁磁场,利用虚位移法对电机转子在不同位置时的定位转矩进行计算,求得永磁电机的转子初始相位角.得到一系列有关定位转矩、初始相位角与阶梯气隙结构参数之间的关系曲线.利用时步有限元法对U型单相永磁同步电机的起动过程进行动态模拟仿真,通过转速曲线证明了合理的阶梯气隙结构有利于永磁电机实现自起动.     

整数槽永磁同步电动机齿槽转矩的研究

在齿槽转矩产生原理的基础上,根据解析法推导与分析了不同整数槽永磁同步电机的齿槽转矩,并利用Ansys有限元分析软件对不同整数槽永磁同步电机的齿槽转矩进行对比分析与研究。结果表明,采用不同整数槽的永磁同步电机,其齿槽转矩的幅值以及对电机低速运行性能的影响不同。并提出针对不同整数槽采用不同抑制齿槽转矩的方法,进行了样机测试,该分析方法可避免整数槽电机产生较大齿槽转矩,对采用整数槽减小电机径向电磁力、降低永磁同步电机的振动和噪声具有实用意义。     

少稀土组合磁极Halbach永磁同步电机优化设计

针对稀土永磁同步电机(PMSM)对稀土永磁材料依赖性大的问题,提出一种少稀土组合磁极Halbach PMSM,永磁体采用Halbach充磁方式。阐述了该电机新型转子的磁钢结构,其中主磁极由双层永磁体组成,上层磁钢为钕铁硼永磁材料,下层磁钢为铁氧体永磁材料,辅磁极磁钢也为铁氧体永磁材料。以电磁转矩、转矩脉动和齿槽转矩为优化标准,对电机每极永磁体块数、充磁角度、永磁体材料和永磁体厚度等电机参数进行优化。采用定子斜槽结构降低齿槽转矩。优化后的少稀土组合磁极PMSM在保证转矩性能的情况下,减少了永磁体用量,降低了电机成本。最后通过有限元法分析该电机在空载和额定负载下的特性,验证了该电机设计的合理性。     

基于磁极分段优化的内置式永磁同步电机齿槽转矩削弱方法

内置式永磁同步电机的齿槽转矩会带来转矩脉动、电机控制精度变差、振动与噪声等一系列的问题,因此采取有效的削弱齿槽转矩措施至关重要。采用解析计算分析了永磁体径向分段对齿槽转矩的影响,在此基础上提出了一种改进的永磁体分段方法,从而有效地减少永磁体分段后对电机的反电动势和输出平均转矩等性能的影响。此外,基于改进的永磁体非均匀分段方法,还提出了一种永磁体不等厚非均匀分段来削弱齿槽转矩的新方法,并采用有限元法对永磁体均匀分段、非均匀分段和不等厚非均匀分段3种方法进行仿真验证和对比分析。仿真结果表明,采用永磁体不等厚非均匀分段方法的齿槽转矩削弱效果最佳。     

永磁同步电机负载转矩观测器

负载转矩的扰动会影响永磁同步电机控制系统的性能,测量或者观测负载转矩并用作前馈补偿,形成二自由度控制器可以减小负载转矩扰动的影响。本文研究分析了几种实用的永磁同步电机负载转矩观测器,可以根据测量的电流、机械位置和转速等准确观测负载转矩,不增加额外的硬件设备。全阶负载转矩观测器还可以根据机械传感器的输出量观测准确的转子位置和转速,代替了传统的转速计算方法,避免了微分计算,减小了测量噪声和离散误差的影响。以基于Kalman滤波器的负载转矩观测器为例,对观测器和前馈补偿的性能进行了仿真和实验验证。     

永磁同步电机控制策略

矢量控制和直接转矩控制是永磁同步电机两种典型的控制策略。结合永磁同步电机的控制机理,对两种控制策略目前的研究进展进行了论述和展望,并综述了模糊控制、神经网络及智能算法在永磁同步电机控制中的应用。     

永磁同步电机最优直接转矩控制

永磁同步电机转矩中定子磁链幅值和转矩角均为可控变量,直接转矩控制的实现方法不唯一。根据永磁同步电机定子磁链和转矩角均可控的特点提出了一种最优直接转矩控制方法。该方法不要求保持定子磁链幅值恒定,直接以转矩为最终控制目标选择最优电压矢量实现对电机转矩的直接控制,省去了传统直接转矩控制方法中的磁链环。实验结果验证了理论分析的正确性和转矩控制方法的可行性。     

基于磁极分块与转子开槽削弱永磁电机齿槽转矩

为了提高6极72槽永磁直驱风力发电机的运行性能,提出了磁极分块与转子开槽相结合削弱齿槽转矩的方法。根据齿槽转矩的解析式和叠加原理,分析得出磁极分块和转子开辅助槽对削弱齿槽转矩的有效性。基于Maxwell有限元软件分别研究了永磁体的磁极分块、转子开槽对齿槽转矩的影响,给出了最佳的磁极分块数和磁极间隔以及转子辅助槽槽深和开槽位置。通过对比分析优化前后的电机仿真结果可知,该方法使电机的齿槽转矩得到了显著的削弱,同时电机的其他性能符合技术要求。     

基于实时负载转矩反馈补偿的永磁同步电机变增益PI控制

为了减小负载转矩扰动对永磁同步电机转速的影响,对负载转矩扰动下永磁同步电机(PMSM)伺服系统数学模型的频域特性进行了研究,总结出负载转矩扰动和速度PI控制器参数之间的关系,提出了基于负载转矩反馈补偿的永磁同步电机变增益PI控制方案。变增益PI(VGPI)控制器根据转速信号中特定频率分量的变化,进行控制器增益的实时调节;同时采用FPGA器件设计并实现了基于Kalman滤波器的负载转矩观测器,能够对负载转矩扰动进行实时观测和补偿,提高了永磁同步电机伺服系统对负载转矩扰动的抑制能力。实验结果验证了控制策略的有效性。     

永磁同步电机瞬时功率控制

基于对电机输入瞬时有功无功功率的分析，提出一种新的永磁同步电机瞬时功率控制方案。分析表明，输入瞬时有功功率决定了定子侧磁场幅值变化速率，而输入瞬时无功功率则决定了定子侧磁场旋转速率，可以通过控制电机输入瞬时有功无功功率来控制电机磁场和输出转矩，以获得快速的转矩动态响应和稳定的稳态转矩。在Simulink中进行了此永磁同步电机瞬时功率控制方案仿真，包括动态和稳态运行仿真，在仿真结果的基础上，分析了瞬时功率对磁场和输出转矩快速性和稳定性的影响，仿真结果表明瞬时功率控制方案是一种高性能的控制方案。     

基于Lyapunov函数的永磁同步电机速度控制器设计

传统的PI速度控制器具有速度超调、动态时间长、跟踪精度低、抗负载转矩扰动能力和恢复能力差等缺点。提出了利用永磁同步电机(PMSM)的运动方程和转矩方程推导出控制系统q轴电流给定量,基于Lyapunov稳定性条件设计出的一种PMSM速度控制器。相比于传统的PI速度控制器,该控制器没有速度超调量、动态时间短、跟踪精度高,抗负载扰动能力和恢复能力有一定的提高。利用MATLAB/Simulink仿真软件,搭建控制系统模型并进行仿真分析。仿真验证了提出的PMSM速度控制器的有效性,获得了很好的速度控制性能。     

一种永磁同步电机定子磁链和电磁转矩观测器

在风力发电系统中,风力发电机需要根据主控系统的转矩指令进行精确的转矩控制。传统的控制方法直接根据转矩指令计算对应的电流指令,并进行电流闭环控制。然而,根据转矩指令计算电流指令时,由于电机参数的影响,导致转矩控制精度降低。因此,文中基于全阶滑模观测器,提出了一种永磁同步电机定子磁链和电磁转矩观测器。与传统的电压模型磁链观测器相比,所提磁链观测器克服了积分初始值和积分漂移的问题。与传统电流模型磁链观测器相比,所提磁链观测器克服了电机电感参数和永磁体磁链参数的影响。基于观测得到的定子磁链,可实现电磁转矩的精确观测。通过设计转矩闭环控制,大大提高了转矩控制精度。仿真和实验结果验证了该方法的有效性。