提高永磁同步电动机恒功率调速比的有效方法

为了研制开发宽调速的永磁同步电动机 (PMSM )机床电主轴系统 ,根据对永磁同步电动机的电流控制策略的分析研究 ,提出了恒功率运行区域的电流相位补偿方法 ,有效地拓宽了恒功率调速比。本文使用DSP (数字信号处理器 )与硬件的电流控制器结合 ,设计、开发出一种结构可靠、控制性能良好 ,具有宽调速范围的永磁同步电动机矢量控制系统。经调试运行 ,本系统达到预定的性能设计指标 ,恒动率运行比达到 6∶1。     

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。     

无刷直流电机复励式弱磁调速研究

该文对复合励磁无刷直流电动机的结构特点、工作原理进行了分析。通过电磁场有限元分析,指出复合励磁能够有效降低磁场密度,弱磁磁场分布均匀。实验表明,相比利用直轴电枢反应的超前角弱磁控制,这种电动机具有更宽的恒功率调速范围和更好的稳定性。     

反凸极永磁同步电机及其控制技术综述

反凸极永磁同步电机的直轴电感大于交轴电感,与传统正凸极永磁同步电机相比,具有恒功率调速范围宽、过载能力强、空载反电动势低和永磁体不易退磁等特点,在数控机床主轴系统和电动车驱动系统等调速范围要求高的场合中具有广泛应用前景。文中针对反凸极永磁同步电机本体结构和电流控制技术发展现状两方面进行综述。总结反凸极永磁同步电机的特点;分析国内外径向磁场和轴向磁场反凸极电机的结构特点和电磁特性,归纳出其共性规律和个性差别;阐述目前该类电机的电流控制技术;对该类电机及其控制的主要研究方向进行展望。     

基于三维场-路耦合有限元的盘式无铁心局部退磁分析

由于盘式无铁心永磁无刷直流电动机漏磁系数较大,永磁体容易产生局部退磁,因此准确计算局部退磁是设计安全可靠的盘式无铁心永磁无刷直流电动机的前提。利用Ansoft分析软件,建立了一台六极盘式无铁心永磁无刷直流电动机的三维有限元模型,并搭建了三相六状态的驱动电路,实现了三维磁场与外电路的耦合仿真,能够准确计算动态过程中永磁体各个位置的工作点磁通密度。首先对盘式无铁心永磁无刷直流电动机的空载和带载起动过程进行了瞬态场计算,分析得到不同带载条件下起动过程转速、电磁转矩以及电枢电流等性能。然后计算分析了电动机起动过程中,电枢电流和永磁体单独及综合作用下永磁体工作点磁通密度、三维气隙磁场分布,研究了电枢电流的幅值和相位对永磁体局部退磁的影响。结果表明,带较大负载起动过程中,电枢电流较大,局部退磁较严重,研究结果对进一步优化设计永磁体结构以及预防局部退磁具有重要意义。     

永磁同步电机弱磁性能参数的有限元分析

本文针对永磁同步电动机转子磁路,在功率容量有限的情况下,限制电动机的调速范围这一问题。根据永磁同步电机的矢量控制方法,在分析永磁同步电动机的交、直轴电感参数对弱磁性能的影响基础上,提出了利用Ansoft有限元分析软件,得出交、直轴电感随交轴电流逐渐增大时的变化规律,并分析不同转子磁路结构对交、直轴电感参数的影响。仿真结果表明,在相同的气隙长度和永磁体磁化方向长度下,内置式转子结构永磁同步电动机比表贴式电机直轴电感大,有利于恒功率的弱磁扩速运行。     

电动汽车用永磁电机弱磁调速能力

针对电动汽车驱动系统对永磁电机恒功率调速范围的较高要求,研究了内置V型磁路结构参数对永磁电机弱磁调速能力的影响。采用有限元仿真的方法分析相邻磁极间距和磁极中心植入深度与直轴电感、交轴电感、凸极率、气隙磁密和永磁磁链之间的关系,并由此得到永磁转矩和磁阻转矩的变化规律。结合电机控制器最大逆变电压和输出电流,总结出永磁电机反电势和转子结构参数与弱磁调速范围的关系。样机实验结果表明,通过调整转子磁路结构进而优化电机反电势和凸极率的方法能够有效拓宽永磁电机弱磁调速范围。电动汽车用永磁电机应适当增加转子相邻磁极间距并降低永磁体埋置深度,降低电机反电势的同时增加磁阻转矩,提高恒功率调速阶段带载能力。     

转子结构对异步起动铁氧体电机退磁影响研究

异步起动铁氧体永磁辅助磁阻同步电动机在起动过程中定子电流大,铁氧体面临较大的退磁风险,严重影响了电机的正常运行。采用有限元瞬态场的分析方法分析了电枢磁场对永磁体退磁的影响,研究了不同导条及磁钢布置对电机不可逆退磁的作用规律。仿真结果显示,采用交轴转子导条及直轴永磁体的转子结构可大幅降低永磁体不可逆退磁风险;异步起动铁氧体电机和异步起动钕铁硼电机的对比分析表明,该电机结构具有较好的工程价值和应用前景。     

电动汽车用永磁同步电机直接转矩弱磁控制

通过对电流限定轨迹、转速限定轨迹和负载角限定轨迹的介绍,阐述了电动汽车用埋入式永磁同步电机的弱磁控制过程,有效拓宽了永磁同步电机直接转矩控制系统的调速范围.由于永磁同步电机弱磁是通过电枢反应达到弱磁运行目的的,电枢反应对永磁同步电机的参数有着重要的影响,并且弱磁程度越高,电枢反应越大.因此考虑了永磁同步电机的电枢反应对于电机转子磁链和交直轴电感等参数的影响,对比了不考虑电枢反应时各控制轨迹及弱磁性能.通过MATLAB/SIMULINK实现了考虑电枢反应和不考虑电枢的永磁同步电机直接转矩控制的弱磁控制.仿真结果验证了理论分析的正确性.     

新型轴向磁通SRM转矩脉动抑制的研究

针对传统永磁电机高温下易发生不可逆退磁、磁通无法调节等固有缺陷，设计出一种带有中央绕组辅助励磁的新型轴向磁通开关磁阻电机。基于该电机电感、转矩特性曲线引入一种简单的导通角控制算法，并且结合该电机本身特有中央绕组结构，提出一种动态导通角联合中央绕组的控制策略，电机低速运行时电枢电流能够准确跟踪期望转矩的同时，避免峰值过大；较高速运行时迅速退磁，避免较大的电枢电流进入负转矩区域，实现电机转矩输出特性更为平稳。仿真与实验结果表明，该控制策略能够使电机在宽转速范围内转矩脉动得到有效抑制。     

电动汽车用宽调速范围永磁磁阻电机优化设计研究

提出了一种能够在宽调速范围内实现恒功率运行的电动汽车驱动用复合转子结构永磁磁阻(CPMR)电机的最优设计方法.在交流永磁电机混合励磁机制分析的基础上,本文以逆变器电流定额最小为目标导出了在整个调速范围内实现恒功率运行的最优转子结构设计方案.设计样机的数值分析结果与IPM电机对比表明,该电机系统能够在很好地满足提供大过载转矩和宽调速范围运行要求的同时,具有较高的运行效率和功率因数.     

基于永磁体多因素观测器的防退磁控制系统研究

针对高密度永磁同步电动机在运行中可能存在退磁现象,设计了基于永磁同步电动机永磁体多因素观测器的防退磁控制系统。该多因素观测器为基于永磁同步电动机永磁体温度、电枢d轴、q轴电流,利用有限元计算方法得出的多因素观测器,并通过热网络模型以及基于运行参数的损耗分析,解决了在运行中对永磁体温度的观测问题。同时基于该观测器进行了矢量控制系统设计,证明该系统有助于防止永磁体发生不可逆退磁。     

基速以下内嵌式永磁同步电动机控制策略研究

内嵌式永磁同步电动机由于高功率密度、高转矩输出特性在工业生产领域中的应用越来越广泛。本文研究了内嵌式永磁同步电动机的数学模型,分析了它低于基速运行时的直轴电流等于零控制和最大转矩电流比控制。试验结果表明,虽然直轴电流等于零控制方式简单,但最大转矩电流比控制较直轴电流等于零控制有更突出的转矩特性,和更稳定的速度输出特性。内置式永磁同步电动机在基速以下采用最大转矩电流比控制具有更好性能。     

基于台架实验的电动车用永磁同步电动机设计分析与实验

为提高电动汽车驱动性能,以电动汽车驱动系统要求为目标,进行永磁同步电动机功率、电枢直径、计算长度和转子结构参数设计,并进行场路结合设计计算.利用以上参数设计了电动汽车用永磁同步电动机样机,进行了驱动电机系统台架试验.实验结果表明,永磁同步电动机低速转矩大、恒功率区宽、温升低,满足电动车的需要.     

考虑参数变化的永磁同步电动机弱磁控制研究

永磁同步电动机的弱磁控制是通过增加定子直轴负向电流,利用直轴电枢反应使电机气隙磁场减弱,达到等效于减弱合成磁场的效果以实现弱磁增速的目的,这就造成弱磁运行时,转速越高对应的直轴负向电流越大,即电枢反应越严重.直轴电枢反应严重影响着直轴同步电感,同时交轴电流也在一个较大的范围内变化,交轴电流的变化也影响着交轴同步电感和永磁体产生的磁链.当电机参数在运行过程中发生较大变化时,便造成了转矩给定值和实际系统的转矩输出能力之间存在一定的偏差,使得系统无法跟踪指令值,导致整个系统性能下降.当电机参数发生变化时,为了提高系统的控制性能,本文提出了转矩模糊控制器,从而使给定转矩较好的跟踪电机实际转矩输出能力.     

内置式永磁同步电动机弱磁调速优化控制

从永磁同步电机(PMSM)的矢量控制出发,提出了一种PMSM弱磁优化控制方法。内置式永磁同步电机(IPMSM)相对表贴式永磁同步电机弱磁能力强,调速范围宽,以IPMSM为对象,对弱磁调速进行了仿真与优化。PMSM在基速以下采用最大转矩电流比的恒转矩控制,减小了电机损耗,提高了逆变器的效率,在基速以上采用恒功率调速。直轴电流去磁调速结合交轴电流去磁调速的弱磁控制方式,提高了PMSM的功率因数,扩展了调速范围。针对弱磁环节转速的波动问题,在传统PI控制上做出改进,提出了模糊自整定PI的控制方式,提高了PMSM弱磁调速的性能。在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,验证了该控制方法的可行性。     

基于电动车的永磁同步电机的弱磁控制

讲述了用于电动车的面贴式永磁同步电动机的运行原理,介绍了数学模型对电流、电压的限定轨迹及其弱磁运行控制过程,有效拓宽了电机的调速范围.传统的弱磁调速控制在高于额定转速运行时,交、直轴电流耦合较深,难于控制.提出了一种新颖的控制策略,通过电机运行时的转矩和转速查表得出交轴电压给定值,并通过速度给定与反馈算出直轴电压给定值.通过Matlab/Simulink实现了该种控制方法,并在工程实际中得到了验证.     

变磁阻可控磁通永磁游标电机电磁性能分析

为了兼顾永磁电机低速、大转矩特性和恒功率区的运行范围,提出一种变磁阻可控磁通永磁游标(RVFCPMV)电机。以1台三相22/2对极RVFCPMV电机为例,介绍了RVFCPMV电机的拓扑结构。基于气隙磁通密度的调制,揭示了该电机具有低速、大转矩特性的实质,突破在电枢绕组中通入直轴去磁电流分量的传统弱磁方式,提出一种利用铁磁材料非线性导磁特性,通过调节励磁电流进而改变磁路磁阻方式实现永磁电机弱磁升速的方法。通过有限元方法对RVFCPMV电机进行了计算和分析,验证了该电机基速以下的低速、大转矩输出特性和基速以上的弱磁调速能力。     

混合励磁轴向磁场磁通切换永磁电机多矢量模型预测电流控制EI北大核心CSCD

混合励磁轴向磁场磁通切换永磁(hybridexcitation axial field flux-switching permanent magnet,HEAFFSPM)电机是一种具有高效率、高功率密度、宽调速的新型永磁同步电机。该文针对该类混合励磁轴向磁场永磁电机的电励磁磁场与电枢磁场矢量耦合、参数非线性等问题,提出一种多矢量模型预测电流控制策略。详细分析电励磁磁场与电枢磁场耦合机理,构建HEAFFSPM电机离散数学模型。在此基础上,基于三矢量电流模型预测方法,提出电枢电压矢量与励磁电压矢量合成方法。在每个采样周期内,将多个基本电压矢量合成为两个幅值和方向均可调的虚拟电压矢量,实现对交、直轴电流与励磁电流的无差拍控制,有效缓解了电枢与励磁独立控制下磁场耦合导致的驱动系统运行性能恶化、电流畸变等问题,提高了HEAFFSPM电机控制系统的控制精度和响应速度。最后,通过实验验证所提出的多矢量模型预测电流控制策略的有效性。     

弱磁用复合式转子永磁无刷直流电机设计

针对永磁无刷直流电机弱磁控制的要求,采用永磁段 磁阻段的复合式转子结构,实现基速以下恒转矩、基速以上恒功率的运行方式。理论上推导了永磁无刷直流电机弱磁的运行机理及电机模型,技术上针对交轴磁通路障式转子交、直轴磁路耦合严重、导磁材料非线性等特点,利用电磁场分析求解了交、直轴电枢反应电感,从而导出理论上弱磁运行的最高速。最后,对永磁无刷直流电机弱磁扩速范围对参数的依赖性进行了分析,归纳了弱磁控制用永磁无刷直流电机设计的特点。