基于双绕组永磁容错电机驱动系统的强鲁棒性开路故障诊断策略研究

双绕组永磁容错电机驱动系统具有高可靠性和强容错性等优点,是一种极具前景的容错电机驱动系统。针对双绕组永磁容错电机驱动系统目前存在的因负载突变或运行在空载/轻载情况下而出现误判断的问题,基于双绕组永磁容错电机驱动系统,提出改进型归一化平均电流派克矢量法结合防系统空载或轻载误判断处理器的强鲁棒性开路故障诊断策略。通过理论研究、仿真和实验结果验证该诊断策略不存在系统空载、轻载或负载突变条件下传统故障诊断策略导致的误判断问题,并可实时、准确的诊断系统单一功率管和单相绕组的开路故障,提高系统的鲁棒性。     

无轴承永磁同步电机增磁调压转速控制策略

无轴承永磁同步电机控制系统存在由多因素引起的转矩脉动,且空载或轻载运行时电流跟踪性能差。基于旋转编码器,给出转子位置角可靠检测方法及转速优化计算公式。通过分析永磁同步电机数学模型,同时考虑无轴承电机负载效应,提出增磁控制与电压调节相结合对电机转速进行控制的策略,并给出其优化实现方法。实验结果表明,采用该控制策略,无轴承永磁同步电机的电机绕组电流脉动程度得到减弱,转速稳定性好、控制精度高,同时可改善其悬浮性能,是一种简捷、有效的无轴承永磁同步电机转速控制策略。     

基于奇/偶互补磁场理论的自起动永磁同步电机两种运行状态研究EI北大核心CSCD

基于奇/偶互补磁场理论的新型自起动永磁同步电机(line-start permanent magnet synchronous motor,LSPMSM)根据定子绕组两种联结方式,可分为不同的运行状态。定子仅主绕组接入电网时,电机处于“互补磁场”状态,此时转子同位线圈电阻的折算值增大,电抗折算值不变,进而在起动初期缩小电机冲击电流的同时,增大起动转矩。定子主绕组与次绕组同时供电时,电机处于常规状态,此时定子绕组电磁性能等效于正规60°相带设计,稳态运行时性能与普通LSPMSM相同。该文分别对新型电机两种运行状态下的工作原理、等效电路和转矩–转速曲线进行分析。建立有限元仿真模型,对样机两种运行状态的堵转性能、起动性能进行研究,并分别研究样机在空载、重载起动条件下的切换过程。样机试验与仿真结果表明,轻载时在牵入同步速度附近切换运行状态,重载时在0.6倍额定转速前切换运行状态,新型电机能够兼顾高起动性能与高稳态性能。     

基于复杂工况的直驱永磁同步电机应用研究

本文分析了直接驱动永磁同步电机的特点,建立了输送链驱动电机计算选型模型,并根据应用实例,分析了输送链具有工况复杂、负载变化大的特点。针对实例,分别选用了交流异步减速电机和直接驱动永磁同步电机,对两者进行了理论分析,实验室测试和生产线应用能耗测试。研究结果表明,直接驱动永磁同步电机在宽负载范围内尤其是轻载状态下仍具有高效率的特点,这对于负载变化频繁、工况复杂的应用领域是一种最优化的应用方案。     

高效调速永磁同步电动机的设计与分析

用电磁计算方法确定调速永磁同步电机的各部分几何尺寸,再利用Maxwell软件建立该电机的二维模型,对电机空载和额定运行分别进行有限元分析,最后通过对不同相/匝数时电机性能进行比较,确定匝数,试制样机。为调速永磁同步电机相/匝数的确定提供一种方法。     

基于逆变器的永磁同步电机端口特性模拟及控制技术研究

文章提出了一种基于逆变器的永磁同步电机模拟系统,该系统可在电机驱动测试中取代实际电机和机械测试平台。文章采用亚当斯法建立永磁同步电机的数学模型,模拟电机可实时计算出当前时刻电流和转速等电机状态量。采用改进内模控制器,控制逆变器准确跟踪指令电流,保证电机模拟器电流跟踪的快速性和准确性。设计的龙伯格转矩预估观测器,使电机产生高频脉动转矩以抵消电机转矩的波动。对设计的电机模拟器进行空载启动、突加负载2种典型运行状态的验证,仿真结果表明该电机模拟系统性能良好,能够准确高效的模拟永磁同步电机电机端口的电流特性。     

少稀土组合磁极Halbach永磁同步电机性能和材料成本研究

稀土永磁同步电机性能优越,但稀土永磁材料价格昂贵导致电机成本增加。因此,提出了一种新型少稀土永磁同步电机,其永磁体采用组合磁极Halbach结构。分析了少稀土组合磁极永磁同步电机的结构特点,并在此基础上,提出了少稀土T型、HAT型和LREH型三种组合磁极Halbach永磁同步电机拓扑结构。从电机空载反电动势、空载齿槽转矩和额定负载电磁转矩等方面分析了三种拓扑结构少稀土永磁同步电机,并与稀土永磁同步电机进行对比分析。在等转矩条件下研究了钕铁硼和铁氧体两种永磁体厚度对少稀土组合磁极永磁同步电机材料成本的影响。对比分析了稀土永磁同步电机和三种少稀土永磁同步电机的材料成本。有限元仿真结果表明LREH型少稀土组合磁极Halbach永磁同步电机具有更好的转矩性能和更低的材料成本。     

电压暂降对变频调速永磁同步电机运行性能的影响研究

永磁同步电机(PMSM)作为可调速电机的一种,对电压暂降十分敏感,尤其当驱动过程对电机转速和转矩要求严格的时候。本文简要论述了变频调速永磁同步电机的基本原理,分析了电压暂降对变频调速永磁同步电机的影响机理,并利用MATLAB/Simulink搭建了仿真模型进行验证;制定了实验研究方案,选取3种品牌变频器作为PMSM的驱动设备,考察不同变频器驱动下电机转速和定子电流的变化情况。结果表明,电压暂降会造成变频调速永磁同步电机短时间内失去同步速,并使得定子电流经历类似转速变化的过程;不同变频器驱动对电机运行性能的影响差异十分明显,电机转速下降最大值可达30%额定转速以上,对电机运行的稳定性带来极大挑战。     

开绕组永磁同步电机最小铜耗控制策略研究

开绕组永磁同步电机由两组逆变器驱动,具有大功率、大扭矩的特点,应用于电动汽车。由于能耗对电动汽车极其重要,因此对降低开绕组永磁同步电机铜耗进行了研究,提出基于该系统的变解耦角度调制策略。该策略以两组逆变器输出电压矢量之间的夹角(解耦角)为控制变量,利用树种优化算法根据电机不同负载状态选择最佳解耦角,以减少开绕组永磁同步电机铜耗。通过仿真验证,在轻载工况下,可减少25%的铜耗,证明了该策略的优越性,为控制电动汽车运行损耗提供了理论支撑。     

考虑空载损耗的IPMSM半实物实时仿真测试

提出了一种基于数字化虚拟电机的半实物实时仿真测试方法。利用FPGA构建了考虑空载损耗的内置式永磁同步电机(IPMSM)以及基于同步状态机的逆变器的虚拟电机系统。虚拟电机系统的仿真步长为1μs,逼近真实工况。采用d SPACE作为控制器,搭建了基于IPMSM虚拟电机系统的硬件在环(HIL)实时仿真平台。在四象限运行的车用电机实物平台上进行了电机的空载、负载工况下的矢量控制试验。通过与HIL试验结果的对比,验证了虚拟永磁同步电机系统的有效性和准确性。     

脉振磁场永磁低速同步电动机的稳态运行分析

脉振磁场永磁低速同步电动机是一种新结构原理的永磁同步电动机。由于磁路结构的特殊性,绕组电感参数与一般电机有很大不同,不满足Ｐａｒｋ变换条件。因此,在相坐标下建立电机稳态运行饱和数学模型。并且样机仿真结果与实验结果符合较好,证明该分析模型的正确性;同时从理论和实验两方面证明脉振磁场永磁低速同步电动机能够实现低转速、大功率。     

New design for the high-performance drive system for DC brushless motor

The dc brushless motor, permanent magnet-type synchronous motor (PM motor), has been used widely in industrial robots, the machine tools for factory, and factory automations. Therefore, it is more desirable to improve the performance of the PM motor variable speed control system. Although only the torque component current is adjusted as the control method for the PM motor, so-called Vector Control, it is expected that the developed characteristics will be added to the PM motor. In this paper, new driving methods for the PM motor and a new design method for the variable speed control system are presented. The new motor driving methods which bring to the PM motor a new driving performance, e.g., a quick transient response or high-efficiency motor driving, can be implemented by controlling not only the torque component current, but also the magnetizing component current. A developed optimal control theory, i.e., the error system technique, is employed for designing the control system. The control law is endowed with a steady robustness against the variation of the system parameters and the ability of compensating the delay time due to the control processing. The effectiveness of the proposed method is confirmed by simulations and experiments.     

永磁型无轴承电机的无传感器运行研究

在分析高频信号激励下永磁同步电机数学模型的基础上，针对永磁型无轴承电机无传感器运行的需要，提出了一种基于电机空间凸极跟踪的转子位置估算自检测方法，讨论了利用高频信号注入、外差法空间凸极信号提取及转子位置跟踪观测器设计等位置检测原理和实现技术，并应用这种位置检测方法建立了永磁型无轴承电机无位置传感器的矢量控制系统。仿真研究表明，上述空间凸极跟踪方法能在内插式永磁型无轴承电机全速范围内准确地观测出转子的位置，能在高、低速和大负载扰动下实现无传感器方式的稳定悬浮运行。     

二相混合式步进电动机矢量控制伺服系统

推导了二相混合式步进电动机基于磁网络的数学模型,给出了其矢量控制位置伺服系统的结构及仿真结果。同时说明了混合式步进电动机与永磁凸极同步电动机在作用机理上的相似性,指出混合式步进电动机伺服系统可参考凸极永磁同步电动机的控制策略来研究、设计。     

三相交流永磁同步电动机转子漏磁场分析与计算

为准确计算稀土永磁同步电动机空载漏磁,基于二维有限元法,充分考虑转子磁路结构的特点,建立了空载漏磁场的数学模型,提出了改进漏磁通路径的方法,并进行了相应有限元建模。计算了不同情况下空载漏磁系数,得到了一系列空载漏磁系数曲线。对一台18kW的稀土永磁同步电动机进行了实例计算,通过与实验数据分析对比,验证了有限元法求解的正确性,具有一定的实际参考价值。     

脉振磁场永磁低速同步电动机起动特性的研究

脉振磁场永磁低速同步电动机是一种新结构原理的永磁同步电动机,能够实现自起动。但随着负载转动惯量及载荷增大,起动困难,甚至失败。然而,一定间隙与弹性环节的存在,能改善电动机带载起动特性。为此,本文从理论和实验两方面研究了该连接方式下脉振磁场永磁低速同步电动机的起动特性。     

抽油机用高效高起动转矩永磁同步电动机设计

目前油田抽油机的配套电机为异步电动机,由于抽油机负载的特殊性,要求电机起动转矩大、经济运行范围宽,异步电动机难以满足要求,造成电能的浪费.为替代异步电动机和满足高效、高起动转矩和宽经济运行范围的要求,进行高效、高起动转矩22kW、6极永磁同步电动机的设计、试制和试验.结果表明:该产品可替代37kW、6极异步电动机,节能效果明显.     

采用新型评价表的三电平逆变器占空比调制直接转矩控制

针对直接转矩控制系统稳态转矩波动较大的问题,提出一种采用新型评价表的三电平逆变器占空比调制算法。首先,为减小占空比调节过程对电机参数的依赖性,对三电平逆变器大、中和小矢量建立了转矩和磁链的矢量评价表,并针对反电动势建立了补偿评价表。其次,根据电机运行转速和矢量的转矩控制效果,分别给出低速和高速两种控制方案,在低速方案中采用小矢量和零矢量,在高速方案中采用大(中)矢量和小矢量来控制转矩,可更加合理地利用小矢量来保证输出转矩的平稳性。最后,在以上两种控制方案和评价表的基础上,利用预定价值函数可快速确定输出矢量及其占空比。在一台6k W永磁同步电机样机上对本文所提出算法进行了实验验证,实验结果表明所提算法可有效改善电机稳态转矩波动。     

高加速度双边型永磁直线电机的设计与优化

以高加速度与高推力密度为设计目标,设计了一种平板双边型永磁直线电机。首先通过分析极槽配合对推力性能的影响,选择了合适的极槽配合;其次采取抑制推力波动的措施对结构进行了优化,并对动子结构进行轻量化设计以提高加速度;然后基于有限元研究了两种电密情况下的电感参数和推力性能,得到空载运行情况下的动子加速度;最后,研究了两台组合式结构或永磁分段斜极的方法进一步降低推力波动,实现了大推力、低波动和高加速度的设计目标。     

粘着控制中的交流永磁同步电机调速控制研究

交流永磁同步电机的模型参数辨识精度是影响电机矢量控制方法性能的关键.基于此,在交流永磁同步电机同步旋转坐标系的数学模型下,提出了一种交流永磁同步电机模型参数的辨识方法,采用直轴电流阶跃响应实验同时辨识定子电阻和直轴电感,脉冲电压实验检测交轴电感,速度驱动实验检测转子磁通.在电机模型参数辨识结果的基础上,讨论了基于矢量控制的交流永磁同步电机调速控制系统电流环和速度环的设计方法.在基于TMS320F2812 DSP的电力机车粘着控制实验平台上进行了实验研究.实验结果表明电机模型参数辨识方法的有效性,调速系统具有良好的动态和稳态性能.