永磁型无轴承电机无径向位移传感器运行研究

在分析悬浮绕组电感与转子径向位移线性关系的基础上,针对永磁型无轴承电机无径向位移传感器运行的需要,分析了一种基于悬浮绕组高频信号注入的转子径向位移估算自检测方法,讨论了利用高频信号注入、悬浮绕组差分电压提取及转子径向位移跟踪观测器设计等位移检测原理和实现技术,并应用这种位移检测方法建立了永磁型无轴承电机无径向位移传感器控制系统.仿真研究表明,该位移自检测方法能在永磁型无轴承电机全速范围内准确地观测出转子的径向位移,实现无径向位移传感器方式的稳定悬浮运行.     

内插式永磁无轴承电机转子位置/位移综合自检测

为实现无轴承电机的低成本与实用化，解决运行控制中电机转子位置/速度及径向位移的检测，提出了一种基于脉动高频电压信号注入法的转子位置/位移综合自检测方法。通过从转矩绕组注入脉动高频电压信号，利用电机空间凸极效应和转矩绕组与悬浮绕组间的互感特性，同时实现对转子位置/速度和径向位移的有效观测。电磁场分析结果表明，该方法可实现位移检测信号在水平、垂直方向的解耦以及转子位置和位移检测信号间的解耦。应用该检测方法构建了内插式永磁型无轴承电机无传感器运行的矢量控制系统，系统仿真运行表明，该自检测方法能在全速范围内准确观测出转子的位置/速度和位移，并能在大负载扰动条件下实现无传感器方式的稳定悬浮运行。     

基于高频注入法的无轴承异步电机转子位移观测

为了实现无轴承异步电机转子径向位移的自传感检测,研究了一种基于高频信号注入法的转子位移估算方法。基于转矩绕组和悬浮绕组之间的互感变化规律,通过在转矩绕组注入脉振高频电压信号,提取悬浮绕组中的高频感应电流信号,再经解调处理,估算出转子的径向位移信号,并据此设计了转子径向位移估计器。最后,进行了无轴承异步电机无位移传感器控制系统的仿真验证和分析。系统仿真实验结果表明：可以实现转子径向位移的可靠估算,能在无径向位移条件下实现无轴承异步电机的稳定悬浮运行控制。     

基于高频注入法的无轴承同步磁阻电动机径向位移自检测技术

为减少无轴承同步磁阻电动机的传感器成本,提高其实用性,提出了一种基于高频注入法的无径向位移自检测方法.通过在无轴承同步磁阻电动机转矩绕组中注入脉动高频电压信号,利用电机空间凸极效应及其转矩绕组和悬浮力绕组之间的互感,实现对转子径向位移的有效预测.采用MATLAB仿真软件构建了仿真系统,仿真试验表明该自检测方法能实现对无轴承同步磁阻电动机转子径向位移准确预测,并能实现无传感器方式的稳定悬浮运行.     

一种无传感器磁悬浮轴承感应电动机转子位置检测方法研究

转子位置检测是无轴承感应电动机的重要环节,因此设计有效的转子位置检测电路十分关键.由于感应电机的转矩绕组与悬浮绕组之间存在互感关系,可以应用类似小信号注入的方法实现转子位置的检测.具体做法就是在转矩绕组上加载高频电压信号,在悬浮绕组上检测出感应电流信号,利用电流和位移之间的关系确定转子的位置和方向,仿真结果表明这是一种简单易行的转子位置检测方法.以此可实现悬浮系统的位置检测.     

高速无轴承永磁薄片电机转子径向偏移及转角检测研究

无轴承永磁薄片电机转子径向偏移和转角的实时精确检测对电机高速运行时的稳定悬浮至关重要.利用三个电涡流传感器的安装位置和输出参数在径向空间上的坐标关系,建立数学模型,并在数字控制器上实时分析计算,解算出无轴承永磁薄片电机转子径向偏移量;依据三个霍尔传感器的安装位置,综合比较各霍尔传感器输出磁密信号,分析判断转子转角象限,通过反余弦法计算出转子转角.将实时计算得到的转子径向偏移值和转角值代入无轴承永磁薄片电机的径向悬浮力数学模型,最后通过实验实现电机高速闭环运行时的稳定悬浮,验证本文提出的转子径向偏移和转角检测方法的正确性.     

高频信号注入的无轴承同步磁阻电机转子位移检测方法

无轴承同步磁阻电机转子位移一般需由机械式位移传感器检测获取,但安装位移传感器会带来电机结构复杂、轴向长度增大等缺陷,故需新的转子位移检测方法。分析了电机转子偏心下悬浮绕组电感和转子位移之间线性关系,通过在悬浮绕组注入高频信号,检测其感生出的差分电压,经信号处理,可提取差分电压中的转子位移信号,实现了被控电机转子位移准确观测。仿真证实,此方法检测精度较高,能实现电机的稳定悬浮运行。     

高频电流注入单绕组无轴承磁通切换电机悬停及启动过程的无径向位移传感器控制EI北大核心CSCD

无轴承电机在悬停及启动过程始终需要保持稳定悬浮,准确获取转子径向位移信息是控制转子稳定悬浮的关键,传感器的使用易受环境影响,降低系统可靠性,并且增加系统成本。针对电机悬停及启动过程,提出一种基于高频电流注入的无径向位移传感器控制方法。首先,基于电机电感数学模型,建立当转矩平面注入高频旋转电流信号后,空间对称绕组中有效高频偏差电势幅值与转子径向位移的关系;接着,利用线性正弦跟踪器提取有效高频偏差电势幅值;然后,基于上述电势幅值与转子径向位移关系,构建转子径向位移观测器;最后,将观测位移与自抗扰控制策略相结合,构建高性能的无径向位移传感器控制策略。理论分析与实验结果验证所提方法的有效性。     

计及磁场耦合特性的无轴承开关磁阻电机的电磁设计

结合无轴承开关磁阻电机(BSRM)数学模型的推导及其运行特点,提出了12/8极BSRM可计及转矩绕组和悬浮绕组磁耦合特性的主体尺寸计算公式。考虑到BSRM的悬浮力随位置角和电流的变化规律,利用平均悬浮力设计BSRM的最大径向负载要求。基于BSRM的最恶劣工作状况,提出了基于绕组峰值电流计算绕组匝数的方法。最后,分析了BSRM定、转子极弧选取的原则,并设计了一台实验样机。     

无速度传感器的无轴承同步磁阻电机控制系统

机械速度传感器给无轴承同步磁阻电机带来维护不便、可靠性降低、总成本增高以及超高转速受限等诸多问题,故宜取消电机的速度传感器.为此提出一种基于脉动高频信号注入法的无轴承同步磁阻电机转速估计方法,该方法在被控电机转矩绕组注入脉动高频电压信号,利用电机的凸极性,通过检测含有转子位置信息的转矩绕组高频感应电流来估计转子位置,从而实现无轴承同步磁阻电机的无速度传感器悬浮控制.仿真结果表明采用高频信号注入法能准确估计转子实际位置,可实现全速范围内电机的稳定悬浮运行.     

Improved Radial Force Modeling and Rotor Suspension Dynamics Simulation Studies for Double-winding Bearingless Switched Reluctance Motor

The rotor radial force is changed by adjusting the windings current value to control rotor suspension for various kinds of bearingless switched reluctance motor (BSRM). To accomplish the BSRM's suspension control, the radial force analytical model is necessary. Currently the mathematic relationship among radial force, winding currents, and rotor rotation angle has been built for double-winding BSRM, but the rotor eccentricity displacement has not been considered. That is, the existing radial force analytical model only can be used to analyze rotor radial force when rotor shaft is located in the central position. Actually, the rotor radial force is significantly affected by the rotor shaft eccentricity displacement. It is difficult for the bearingless motor to keep the rotor shaft staying in the central position, and the rotor shaft always runs around the central position with an eccentricity displacement. The rotor eccentricity caused by the radial force is considered in the paper to obtain the air-gap permeance and the windings inductances. Furthermore, the radial forces analytical model considering the rotor eccentricity displacement is derived. Finally, the finite-element method (FEM)-based results are applied and the dynamics simulation using the proposed model is accomplished to verify the correctness of the model.     

基于高频信号耦合注入的内置式永磁同步电机

内置式永磁同步电机(IPMSM)受转子凸极性的影响,绕组电感随转子磁极位置呈周期变化。考虑到上述特征,提出一种基于高频信号注入的IPMSM转子初始位置检测方法。将高频信号依次注入定子两相绕组,并提取定子绕组高频信号线电压,运算处理后获得没有考虑转子磁极极性的初始位置角。随后注入脉冲电压矢量进行转子极性判断,从而获得准确的初始位置角。理论分析和试验结果表明,该方法对电阻参数依赖较小,不受逆变器非线性和电流传感器检测精度的影响,能够准确检测转子初始位置角,满足IPMSM平稳起动的要求。     

基于高频电压注入的带辅助齿SPMSM转子机械角度无传感器辨识策略

位置传感器策略虽然已经广泛应用在普通工业场合,却未推广到位置伺服领域,原因在于无法辨识转子机械角度。为此,提出一种基于高频电压注入的带辅助齿表贴式永磁同步电机（SPMSM）转子机械角度无传感器辨识策略。根据所推导的带辅助齿SPMSM数学模型,在电角度零点处注入高频电压信号,划分出机械扇区。再使用传统无位置传感器算法获得电角度。最后,由电角度、机械扇区、机械角度三者之间的关系得到机械角度。仿真结果表明：所提算法能够识别电机转子机械角度。     

Initial rotor position estimation of a SRM drive installed in an electric vehicle

In this paper an estimation method of the initial rotor position at a stand still condition for switched reluctance motor (SRM) drives is proposed. In the SRM, a rotor shaft is connected to an incremental encoder, thus, only an initial position should be detected to realize smooth start up operation. The proposed method is injecting voltage pulses to all windings and detecting the current and estimating the position based on a simple relation between inductance profile and phase current. With an accurate estimated rotor position, the motor can start smoothly under heavy load. The proposed method is implemented in a 6‐stator‐pole and 4‐rotor‐pole, 1.5 kW switched reluctance motor installed in an electric vehicle. © 2011 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

基于脉冲注入法的无刷直流电动机转子位置检测研究

提出了一种采用脉冲注入来检测无刷直流电机在静止状态时转子位置的方法。基于此方法依次向定子绕组注入一系列的脉冲,通过脉冲电流的变化对转子位置进行估算。实验结果表明：该方法不但具有较高的位置检测准确性,同时对电机的参数依赖性小,可以省去电机内部的检测元件,又可以应用到其它电机。     

永磁无刷直流电机电感参数测量及影响因素分析

该文对永磁无刷直流电机电感参数的计算和测定方法进行了推导,通过坐标变换,把三相电机ABC坐标系下的自感、互感的复杂计算和测定问题转换为d-q坐标系下简单的计算和测定问题。该方法通过测定一周转子不同位置下的电压、电流、功率数据,可直接计算出电机的直轴电感和交轴电感。采用该方法分析了转子位置、电流、频率、温度对电感参数的影响。     

基于无滤波器方波信号注入的永磁同步电机初始位置检测方法

针对无位置传感器内置式永磁同步电机(IPMSM)初始位置检测中,传统的基于凸极跟踪的短脉冲电压注入法难以确定脉冲宽度和幅值、实现困难、二次谐波分量法信噪比低的缺点,提出一种基于无滤波器方波信号注入的IPMSM初始位置检测方法。首先通过向观测的转子d轴注入高频方波电压信号,采用无滤波器载波信号分离方法解耦位置误差信息,通过位置跟踪器获取磁极位置初定值;然后基于磁饱和效应,通过施加方向相反的d轴电流偏置给定,比较d轴高频电流响应幅值大小实现磁极极性辨识;最后,通过2.2k W IPMSM矢量控制系统对提出的基于无滤波器方波信号注入的初始位置检测方法进行实验验证。结果表明,所提方法收敛速度较快,可在IPMSM转子静止或自由运行状态实现初始位置辨识和低速可靠运行,位置观测误差最大值为6.9°。     

转子磁钢表贴式永磁同步电机转子初始位置检测

针对转子磁钢表贴式永磁同步电机(surface mounted permanent magnet synchronous motor,SPMSM),提出一种无位置传感器转子初始位置检测方法,有效地改善了传统方法中存在的算法执行时间长、实施复杂等缺点.该方法分2步实现,在估算的同步旋转坐标系中注入高频正弦电压信号,通过闭环调节得出转子位置初次估算值;再利用不同磁极下直轴等效电路时间常数不同的特性,判断出d轴正方向,结合初次估算值,从而得到正确的初始位置信息.运用dSPACE 实时仿真系统进行了转子任意初始角度的实验验证.结果表明,所提方法能够快速、准确地检测出SPMSM的初始位置.     

一种内嵌式永磁同步电机启动策略

针对基于高频电压信号注入法的内嵌式永磁同步电机低速无位置传感器控制系统无法估计转子初始位置导致电机启动运行困难的问题,提出了一种内嵌式永磁同步电机启动策略.该策略通过向d,q轴注入高频脉振三角波电压信号,利用连续信号的解调思想傅里叶分解高频响应电流进行信号调制,获取角度误差信息,采用Luenberger观测器代替单PI...