Some considerations on torque ripple suppression in reluctance motors

Although the reluctance motors are attractive from the standpoints of simple construction and drive electronics, the relatively high torque ripple and acoustic noise are major drawbacks. These drawbacks limit motor applications. In this paper, the torque ripple suppression of the reluctance motor under the sinusoidal current drive is examined. The analysis shows that the torque ripple is caused by the spatial harmonics of inductance. One approach is based on the compensation current generated with the spatial harmonics of inductance. Another is based on the modification of rotor tooth configuration to eliminate the spatial harmonics. According to the proposed strategies, torque ripple suppression characteristics can be evaluated at the design stage of the motor. Both approaches have been verified by experiments. © 1999 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 130(1): 118–128, 2000     

基于线性扩张状态观测器的电流谐波抑制

永磁同步电机（PMSM）的矢量控制系统中存在着齿槽转矩、逆变器电压死区和传感器检测误差等非理想因素,在电流环中引入了电流谐波,造成电机转矩脉动。本文构造了电流环线性扩张状态观测器（LESO）来抑制电流谐波;分析了LESO和整个电流环的稳定性,给出了电流环参数整定的依据;随后对采用LESO的电流环与采用传统PI控制器的电流环的谐波抑制性能进行了对比分析。最后通过仿真验证了采用LESO的电流环可以较好的抑制电流谐波,进而抑制了电机转矩脉动。     

一种消除双馈电机转矩脉动的磁场重构方法

电网电压不平衡和电网电压谐波会恶化风力发电中双馈电机(Doubly Fed Induction Generator,DFIG)的性能,并且在电机中引入转矩脉动。本文从电磁场的角度,提出了一种双馈电机内部磁场重构方法(Field Reconstruction Method,FRM),通过对转子电流的优化选择来减轻转矩脉动。文章首先阐述了转矩脉动的危害及传统解决办法,分析了电压不平衡和电压谐波对DFIG性能造成影响的机理,最后提出了实现转子电流优化的流程。     

基于实测定子电流的表贴式永磁同步电机转矩波动系数计算方法

利用实测定子电流计算转矩波动系数有助于监测永磁同步电机在实际工况下的转矩波动程度以及根据其变化进行故障预测。针对采用d-q轴数学模型、矢量控制的表贴式永磁同步电机,考虑永磁同步电机定子电流基波、谐波与转子磁场基波、谐波的相互作用对转矩波动的影响,推导出转矩解析计算模型。实测定子电流以及转子磁场进行傅里叶分析,确定主要谐波阶次以及转矩波动的主要阶次。依据对实验实例的分析,提出了利用实测定子电流计算永磁同步电机转矩及其波动系数的方法。结果表明能够用于实时监测永磁同步电机在实际工况下输出转矩波动系数。     

基于比例积分-准谐振控制器的直驱式永磁同步电机转矩脉动抑制方法

由于受逆变器固有的非线性特性和气隙磁通谐波等因素的影响,永磁同步电机定子电流中含有大量的高次谐波分量,这些谐波电流分量与转子永磁体磁场作用,使电机产生谐波转矩脉动,特别是在直接驱动系统中,转矩脉动更为严重。针对这一问题,从转矩脉动产生的机理出发,提出一种基于比例积分-准谐振控制器的转矩脉动抑制方法。该方法根据理想谐振控制器在谐振频率点处的增益为无穷大,可以对谐振频率点处的正弦信号实现零稳态误差跟踪控制,将谐振控制器与电流环PI控制器并联,对定子电流中的谐波分量进行补偿,改善定子电流波形,实现抑制转矩脉动的目的。仿真与实验结果证明了所提方法的正确性和有效性。     

一种抑制非理想反电势的BLDC电机转矩脉动的方法

转矩特性是电机性能的重要指标,而抑制转矩脉动是无刷直流机(BLDC motors)控制领域中的关键技术之一.本文针对非理想反电势的无刷直流机,对转矩脉动谐波构成进行了推导,分析了转矩脉动和反电动势谐波、电流谐波的关系,提出了一种基于离线反电势测量的优化电流算法,结合空间电压PWM,实现了抑制转矩脉动的电流闭环控制.仿真和实验证明,该方法可以显著抑制转矩六次谐波,是一种有效的改善无刷直流机转矩性能的方案.     

The effect of link current ripple on the torque pulsations in a current source inverter-fed induction motor

This paper analyses the effect of link current ripple on the torque pulsations of a current source inverter-fed induction motor. The torque pulsations produced by a ‘pure’ DC link current are compared with those produced by a link current containing both DC and a superimposed ripple. It shows that if the average values of link current in the two cases are the same, the magnitudes of the torque pulsations with and without ripple are approximately equal in the time domain, although the magnitudes of the individual torque harmonics are affected. It also investigates the effects of different inverter frequencies on the torque pulsations.     

SRM转矩脉动抑制的控制策略分析

开关磁阻电机运行中转矩脉动比较明显,由此引起的电机噪声及转矩波动制约了其在高性能控制领域的应用.优化电机的结构设计及采用合适的控制技术是抑制开关磁阻电机转矩脉动的2种主要方法.在对开关磁阻电机转矩脉动产生机理分析的基础上,从控制的角度综述了开关磁阻电机转矩脉动抑制的若干解决方案的要点,分析了各种控制方法的优缺点,从而对...     

双三相永磁同步电机合成电压矢量直接转矩控制

针对传统多相电机的直接转矩控制算法在运行过程中存在转矩脉动和大量电流谐波的问题,提出了一种基于合成电压矢量的改进直接转矩控制算法。利用双三相永磁同步电机电压矢量丰富的特点,结合高阶滞环控制器的优点,在电机运行时减小转矩脉动。以电压矢量在谐波平面的电压分量等于零为约束条件,构造三组合成电压矢量。使用合成电压矢量替代传统电压矢量,达到降低电流谐波的效果。仿真结果表明,改进的直接转矩算法可以有效减小谐波电流和转矩脉动,具有良好的运行性能。     

永磁同步电机转矩脉动和振动噪声抑制

抑制转矩脉动和振动噪声是设计永磁同步电机的难点之一。通过对永磁同步电机齿槽转矩形成机理进行分析,考虑极弧系数和大小极磁极结构对齿槽转矩的影响。基于等效面电流法对永磁同步电机的气隙磁场进行建模。采用粒子群算法优化了永磁同步电机的极弧系数,利用大小磁极结构配置方式,降低了气隙电磁力谐波对转矩脉动幅值影响较大的阶次,从而实现抑制电机齿槽转矩的目标。将永磁体优化前后的转矩脉动和噪声幅值进行对比表明,该方法可有效地降低永磁同步电机的转矩脉动和振动噪声。     

基于不等磁极组合的外转子内置式永磁同步电机转矩脉动抑制研究

转矩脉动是影响电机性能的重要因素。针对常规的内置式永磁电机转矩脉动较大的问题,提出了一种保持永磁体总量不变的不等磁极组合方法,使某一磁极的极弧长度与其他磁极不同来抑制转矩脉动,给出了详细推导过程和磁极参数确定方法,并与斜槽结构做了性能对比。针对外转子内置式结构,对比分析了隔磁桥和磁障两种隔磁措施,建立了有限元模型对其进行仿真验证。最终研制了一台55 kW,2 500 r/min的样机,试验数据与仿真结果相吻合,验证了所提方法对齿槽转矩和反电动势谐波有着显著削弱效果,能够有效抑制转矩脉动,提高电机性能,具有一定工程实际意义。     

基于电压补偿的低速永磁电机谐波抑制控制策略研究

扭矩扳子自动化检定装置用低速永磁同步电机通常工作于300 r/min以下,由于电机本体气隙磁场畸变、逆变器死区时间、开关管压降等非线性因素,电机在运行过程中会产生高次谐波,引起转矩脉动,导致加载过程中输出扭矩波动,影响检定过程。针对上述问题,提出了一种针对低速永磁电机的谐波抑制控制策略,建立了低速永磁电机的谐波数学模型,采用电压补偿的方法,根据谐波数学模型计算谐波电压补偿量,并采用PI控制,对电机运行过程中的相电流谐波进行抑制,从而减小扭矩扳子自动化检定装置的转矩脉动。通过仿真表明,该方法可以显著降低谐波,从而减小电机输出转矩脉动。     

逆变器供电的感应电动机谐波转矩分析与计算

电压型逆变器输出的电压和电流波形中含有大量谐波,导致异步电动机低速时的转矩脉动和转速波动。文章在分析高次时间谐波产生的谐波脉动转矩基础上,介绍了用虚位移原理计算感应电动机谐波脉动转矩的方法。编制了感应电动机转矩的计算机程序,并用一计算实例对电动机谐波转矩进行了分析和计算。     

基于开关序列的永磁同步电机模型预测磁链控制

为了消除传统的模型预测转矩控制(Model predictive torque control,MPTC)算法中的权重因子,减小计算量并提高稳态控制精度,本文提出了一种基于开关序列的永磁同步电机模型预测磁链控制(Model predictive flux control- switching sequence,MPFC-SS)算法。首先,通过分析电磁转矩和磁链的关系,将对转矩和定子磁链幅值的控制等效转换为对d、q轴磁链的控制,避免了权重因子的设计;其次,采用定子磁链无差拍预测控制计算所需的参考电压矢量,并根据其所在扇区选择对应开关序列;然后,基于磁链无差拍预测控制原则,计算开关序列中基本矢量的最优作用时间,有效减小电流谐波和转矩脉动,实现定子磁链的准确跟踪。最后,对传统MPTC和所提算法进行了实验对比研究,结果表明：所提算法具有计算量小、电磁转矩脉动小、电流谐波含量低等优点。     

无刷直流电动机分数槽集中绕组槽极数组合选择与应用(连载之三)

在文献[1]基础上,继续展开对分数槽集中绕组槽极数组合的讨论,分析影响槽极数组合选择的若干制约因素,如奇数槽或偶数槽、单层绕组或双层绕组、绕组磁势谐波与转子涡流损耗、组合的最小公倍数和齿槽转矩、绕组排列与径向不平衡磁拉力、纹波转矩等.结论可供设计者参考.     

内置式同步电机转子分段移位的性能分析与参数计算

转子分段移位能有效削弱相反电势中的齿谐波,降低齿槽转矩和转矩脉动.在有限元仿真计算的基础上,分析转子分段移位数对内置式永磁同步电机相反电势齿谐波及齿槽转矩的削弱效果,并揭示出转子分段移位数与被削弱齿谐波次数之间的关系.分析验证转子分段移位结构的d-q轴电感计算方法,以及对磁阻转矩的削弱影响.     

Assessment of torque components in brushless permanent-magnet machines through numerical analysis of the electromagnetic field

For the calculation of torque in brushless (BL) alternating current motors a local method is proposed, based on the Maxwell stress theory and the filtered contributions due to the harmonics of the magnetic vector potential in the motor air gap. By considering the space fundamental field only, the method can efficiently estimate the average synchronous torque for a variety or motor topologies, including concentrated winding designs. For BL direct current motor analysis a global method is introduced, based on the virtual work principle expressed in terms of energy components in various motor regions. The method leads to simplifications in the average torque calculation and enables the direct identification of the cogging and ripple components. The mathematical procedures have been validated against experiments and other numerical techniques.     

Comparing Coupled Analysis With Experimental Results for an Interior PM Machine

A powerful simulation method, coupled analysis between finite element analysis (FEA) and circuit simulation, has been proposed. Such coupled analysis can take into account not only the spatial harmonics of the motor but also pulse width modulation and control logic effects including voltage saturation. Several comparisons between experimental and FEA results including torque ripple are shown. These results showed the coupled analysis was very effective to evaluate not only current and torque ripple but also voltage and power.     

变频运行感应电动机谐波电流计算与转矩,损耗分析

提出了变频运行感应电机稳态谐波电流、脉动转矩及损耗的计算方法,分析了高次谐波产生的异步附加转矩以及脉动转矩的形成。为了得到具有较小谐波电流、转矩的ＳＰＷＭ生成法,设计了双ＣＰＵ结构的变频器,用它供电被测电机并对电机谐波电流进行测试,测试与计算结果吻合良好。     

定子双馈电双凸极电动机转矩脉动分析与抑制

对定子双馈电双凸极(SDFDS)电动机(以下简称电动机)的转矩进行了理论分析,探讨磁阻转矩对转矩脉动的影响.在用傅里叶级数近似逼近SDFDS电动机感应电动势的基础上,采用谐波消去法得到消除转矩脉动的理想电流波形,并在一台三相12/8极SDFDS样机上进行了实验研究.实验结果表明:与方波电流相比,利用理想电流控制电机能有效抑制转矩脉动,验证了所提方法的正确性和可行性.