基于逐相旋转坐标变换的无刷直流电机转子磁场定向瞬时转矩控制技术

转子磁场定向无刷直流电机等效模型所具有的d轴转子磁链为恒值、q轴转子磁链始终为零的特征,是构建高性能无刷直流电机瞬时转矩控制系统的有利条件。但是传统的等功率3s/2r坐标变换无法使无刷直流电机得到转子磁场定向等效模型。为此,提出一种基于逐相旋转坐标变换的转子磁场定向方法,即对每相转子磁链逐一进行旋转坐标变换得到各相绕组的转子磁场定向等效模型,再以功率守恒为原则进行三相合成,得到无刷直流电机转子磁场定向等效模型。鉴于该转子磁场定向等效模型中电磁转矩仅与q轴电流成正比而与d轴电流无关,理论推导出直轴电枢反应磁动势、瞬时电磁转矩各自与d、q轴电流之间的关系式,构建了具有无增磁/去磁电枢反应的瞬时转矩控制系统。最后,通过Matlab仿真和DSP驱动实验,验证了所提控制技术的可行性和有效性。     

基于相电动势矢量定向的无刷直流电机铜耗最小化瞬时转矩控制技术

无刷直流电机在理想梯形波电动势下,通以理想三相方波电流时,虽能产生恒定瞬时电磁转矩,但不能使铜耗最小化。若考虑非理想梯形波电动势和非理想方波电流,则还会存在较大的转矩脉动。为此,该文提出一种基于相电动势矢量定向的铜耗最小化瞬时转矩控制技术。相电动势矢量定向dq旋转坐标系下的数学模型具有电磁转矩仅与q轴绕组电流有关、与d轴绕组电流无关的特点,是实现无刷直流电机恒定瞬时转矩控制的基础。推导铜耗最小化运行所需d轴电流,并构建能够实现铜耗最小化的无刷直流电机瞬时转矩控制系统。通过相应的数字信号处理实验验证所提控制技术其可行性和有效性。     

无刷直流电动机电枢反应对转矩脉动的影响与分析

采用简化等效磁路图,分析了无刷直流电动机电枢反应作用在永磁体两端面的磁动势影响,进而分析了"三相星接六状态"运行的无刷直流电动机电枢反应磁动势对转子永磁体产生增磁和去磁作用的特征和过程。在此基础上,考虑电动机在负载情况下,通过永磁体工作曲线图,求出工作气隙内由电枢反应作用的磁通变化数值。以一台8槽、18极无刷直流电动机为例,采用上述方法,分析并计算了电枢反应引起的转矩脉动百分比,为无刷直流电动机结构设计和抑制转矩脉动提供了可靠的理论依据。     

一种无刷直流电机电磁转矩脉动抑制方法的研究

针对目前无刷直流电机电磁转矩脉动抑制方法存在检测方法、控制算法复杂、成本较高的缺陷,提出了一种新的无刷直流电机电磁转矩脉动抑制方法,该方法通过控制无刷直流电机导通相线电流跟踪给定电流来抑制电机的电磁转矩脉动,而无刷直流电机的导通相线电流是通过三相全桥逆变器下桥臂三个开关器件的电流引出后与相应开关器件驱动信号相乘后叠加所...     

实心转子永磁同步电机电枢反应磁场的谐波式解析解

针对三类实心转子分布绕组永磁同步电机,在极坐标系下,推导了电枢反应磁场的解析表达式。从气隙中单根线电流所产生的磁场入手,进而得到载流线圈在气隙中产生的磁场,最后获得三相绕组在气隙中产生的合成磁场。与有限元法结果的对比验证了该解析方法的正确性。解析表达式以各次谐波成分表示,适用于任意极槽配合以及任意绕组层数的同类实心转子永磁同步电机,形式简洁,方便于电磁转矩、转子偏心气隙磁场、电磁损耗等电机特性的分析。     

非理想反电动势的无刷直流电机的转矩脉动抑制策略研究

本文根据永磁无刷直流电动机的实际反电动势波形,基于坐标变换,提出一种基于dq0坐标系下的任意反电动势波形无刷直流电动机的id=0的矢量控制方法,根据所求q轴电流进行跟踪控制来消除转矩脉动。仿真结果表明这种方法对抑制永磁无刷直流电动电磁转矩脉动十分有效。     

非理想反电动势无刷直流电机的转矩脉动抑制仿真研究

在伺服系统中要求电机转速平稳,抑制转矩脉动是实现转矩平稳的关键,而非理想反电势会引起较大转矩脉动。为了有效平滑无刷直流电机转矩,分析了两种不同的方法：根据定子电流和反电势与转矩表达式的关系,对于一台给定的电机,只要其反电势一定,通过优化定子电流就可以消除主要的转矩谐波分量,从而达到减小转矩波动的目的;通过坐标变换在厶=0时求解产生恒定电磁转矩所需的q轴电流,并在dq坐标系下通过矢量控制对q轴参考电流进行跟踪实现转矩脉动抑制。利用MATLAB／SIMULINK仿真平台建立系统的仿真模型,对系统模型进行仿真和分析并比较了这两种方法的特点,为实际电机的控制提供了研究方向。     

三相永磁同步电机断相容错控制

为了提高三相永磁同步电机(PMSM)控制系统的容错能力,减小定子绕组断路故障时电机电磁转矩的脉动,提出了三相永磁同步电机断相容错控制策略。基于故障后正常相绕组电流与电压之间的关系,建立了三相PMSM一相绕组开路时的数学模型。通过分析故障前后电机的电磁转矩,提出了电磁转矩输出不变的容错控制策略,通过调整非故障相电流的幅值与相位,计算前馈零轴电压,保证一相绕组开路故障时电机的正常运行。为了提升电机故障下电磁转矩输出的平稳性,提出前馈零轴电压与中线电流闭环修正相结合的容错控制策略,实现了电机控制系统故障条件下的无扰动运行。采用转子磁场定向的方法,通过在旋转坐标系下交直轴电流控制器上增加前馈零轴电压和中线电流闭环修正,实现了一相绕组开路时的转矩脉动的补偿。实验结果表明,该文提出的容错控制算法可以有效减小三相PMSM在定子绕组发生开路故障时的电机电磁转矩脉动,提高电机控制系统的容错性能。     

无刷直流电机直接转矩控制系统的研究

直接转矩控制是一种高性能的电机控制方法,它能实现转矩的快速响应,并且能有效的减小转矩脉动,目前已经成熟的应用在三相异步电机和永磁同步电机上。文章利用在两相静止坐标系中转子磁链分量对转子位置角的变化率与定子电流分量的乘积来计算无刷直流电机的电磁转矩;对开关管采用120°导通时的空间电压矢量进行了定义,并根据此定义制定开关表。仿真和试验证明,将直接转矩控制应用于无刷直流电机(Brushless DC Motor,BLDCM)上,同样能够实现转矩响应快,转矩脉动小的控制性能。     

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。     

无刷直流电机在不同PWM方式下的转矩脉动分析

无刷直流电机(BLDCM)电磁转矩脉动产生于电流换相时,分析了由三相全桥逆变器驱动的无刷直流电机在五种PWM斩波调制方式下的换相过程及其所产生的转矩脉动,并找出了最佳的PWM斩波调制方式,仿真及实验结果与理论分析一致.     

具有切向磁钢的无刷直流电动机电枢反应对最佳换向位置影响的分析

建立了1台用于航空起动发电系统地面实验30 kW切向磁钢无刷直流电机BLDCM的有限元仿真模型。论述了实验电机系统工作在120°电角度导通方式时,理想状态下的最佳控制逻辑。利用有限元模型研究了电枢反应对电机气隙磁场和最佳换向位置的影响,并且结合对有限元仿真结果的计算分析,研究了实验电机电磁转矩及其脉动随电枢电流变化的情况。理论与仿真结果表明:电机通入电枢电流后,最佳换向位置发生变化。当电枢电流较大时,不能忽略电枢反应对最佳换向位置的影响,需要对变换器换向位置角进行调整来适应电枢电流的变化,以获得最大输出转矩和较优的转矩脉动性能。     

无刷直流电机在脉宽调制下的转矩脉动抑制

分析无刷直流电机(BLDCM)稳态换相转矩脉动与转速的关系,确定换相时间与电枢电流及反电势之间的关系.分析脉宽调制(PWM)方式对三相六状态二二导通BLDCM控制系统的影响,提出了在PWM-ON-PWM(前30°和后30°进行PWM控制,中间60°保持恒通)方式下的转矩脉动补偿控制.该控制不但能够完全消除非换相期间由于关断相出现电流而引起的电磁转矩脉动,还能够完全补偿由于换相而引起的转矩脉动,实现电机在低速和高速时的无转矩脉动控制.     

三相异步电机矢量控制的研究

在异步电动机数学模型的基础上,讨论了矢量控制理论及其解耦性质.将异步电动机三相静止坐标系下的电压方程、磁链方程、转矩方程分别变换到两相同步旋转坐标系下.通过转子磁场定向技术,使定子绕组电流的转矩分量和磁场分量得到解耦,使得异步电机类似于直流电机的控制方法得以实现,从而,异步电机的调速性能大大提高.根据异步电机的磁链开环矢量的控制原理,采用Simulink自带的小模块自行搭建了矢量控制系统的仿真模型.     

无刷直流电机离散滑模观测器直接转矩控制

分析了非理想反电势下无刷直流电机传统脉宽调制电流控制产生电磁转矩脉动的原因。为便于计算机控制,采用离散滑模观测器获取无刷直流电机反电势,进而完成电磁转矩的估算,并证明了离散滑模观测器的到达条件和稳定条件。在此基础上,提出无刷直流电机直接转矩控制。该方法采用转矩滞环的输出和磁极位置来选择电压空间矢量,可有效抑制非理想反电势和低速换相电磁转矩脉动。仿真结果证明了其正确性。     

无刷直流电动机转矩脉动产生机理及其抑制

从分析无刷直流电动机的结构、工作原理入手,在理论上剖析了无刷直流电动机形成转矩脉动的机理,提出了电枢反应和跳跃磁场真正是形成转矩脉动的关键所在,而齿槽影响、脉振磁场等因素并非是产生转矩脉动的主要因素。从电磁设计上和控制驱动器上提出解决抑制转矩脉动的基本途径。     

无刷直流电机换相转矩脉动抑制新策略

无刷直流电机(BLDCM)应用范围广,易于控制,但缺点是转矩脉动较大.通过分析HPWM-LON调制方法对无刷直流电机换相期间电磁转矩的影响,提出一种改进的HON-LON和HPWM-LON相结合的脉宽调制方法.首先,根据三相电流方程得出换相时的电机电磁转矩;其次,比较换相时电磁转矩和稳态时电机电磁转矩的差别,得到换相电磁转矩脉动;最终,通过控制换相时导通相全通的时间,使电机电磁转矩脉动最小.实验证明,提出的改进脉宽调制方法能有效地抑制转矩脉动,提高系统性能.     

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。     

双三相感应电动机矢量控制调速系统建模与仿真

双三相感应电动机绕组的电磁耦合性强,在原坐标下的数学模型复杂。根据转子磁场定向进行坐标变换,将电机绕组等效为两套以同步速旋转的正交解耦绕组,推导了在该双正交坐标系下的双三相感应电动机数学模型。应用矢量控制策略,实现电机转速、电流的双闭环控制,进行性能仿真。仿真结果表明,该调速系统对给定量的跟踪性能好,稳态运行时电机的转矩与转速脉动小,适合于双三相感应电动机的控制。     

轴向磁通线圈辅助定子励磁双凸极无刷直流电机及转矩脉动抑制方法

传统永磁无刷直流电机(brushless direct current motor,BLDCM)无法控制永磁磁通量及永磁体固有缺陷,限制了其在许多高科技领域中的应用。该文提出新型双凸极无永磁BLDCM。突破传统结构原理,用轴向线圈磁场辅助径向定子励磁,取消永磁材料特性制约。线圈辅助定子励磁电机更高输出转矩特性可通过提高气隙磁通及电枢绕组的电流实现。用有限元软件进行数值分析并验证其准确性和有效性;基于该电机的特殊结构和电感模型,搭建联合仿真模型,用三相六状态角度导通方式,增加输出转矩,减小转矩脉动;根据辅助励磁线圈调磁特性,进行励磁线圈和电枢绕组混合之励磁电流-转矩控制。实验验证新型结构电机样机及控制方法的可行性和有效性。