船用一体化泵永磁电机设计与研究

根据船舶水泵系统对电机体积和噪声的特殊要求,设计了船用泵自启动永磁电机.采用时步有限元法对所设计电机的启动和稳态性能进行了计算,分析了驱动负载类型、系统转动惯量对启动时间的影响,以及极弧系数对稳态转矩脉动的影响,并与异步电机进行了稳态效率对比.实验验证了计算模型的准确性,结果显示驱动水泵类负载时自启动永磁电机启动时间更短,启动时间随系统转动惯量增大相应延长,降低气隙磁密5,7次谐波含量有利于减小稳态转矩脉动,稳态运行时启动笼铜耗不可忽略,启动笼下置式自启动永磁电机在保证启动性能的前提下具有更优的稳态性能,更适合配套船舶水泵.     

基于电容电压精确计算的MMC环流抑制方法

在MMC的阀级控制中,传统的子模块计算方法通常忽略了电容电压瞬时值的波动而直接以稳态平均值为基准来计算相应时刻的投入子模块数.这种近似的计算方法使桥臂中的实际投入子模块数与系统期望子模块数之间存在一定的偏差,从而引起桥臂电压与系统期望电压之间的偏差.此时,整个MMC系统为了实现电压与能量的平衡,便会产生桥臂环流的交流分量并通过桥臂电感补偿上述不平衡电压.桥臂环流的交流分量虽然只存在于MMC的内部并不影响MMC的外部输出特性,但其出现增加了MMC的桥臂电流有效值、开关电流应力、功率损耗以及波动,降低了MMC的性能,因此实际应用中通常需要对其进行抑制.鉴于此,在不增加硬件设备、测量环节以及附加控制器的前提下,从阀级控制系统中的子模块投入数目计算环节入手,提出了一种基于对MMC桥臂子模块电容电压精确计算的环流交流分量抑制方法.该方法工程实现简单,不依赖于任何调制策略,适用于任意相的MMC换流器,在实现环流抑制、提高MMC稳定可靠性的同时具有良好的应用经济性.基于Matlab/Simulink的模型验证了所提方法的正确性与有效性.     

直线磁场调制电机推力特性关键参数分析

直线磁场调制电机由于材料成本受行程长度影响较小,适合于长行程应用场合。为获得更好的推力特性,本文从理论研究入手,分析了直线磁场调制电机推力的解析公式,进而确定气隙磁密谐波含量影响推力特性。为了提高气隙磁密的正弦度,电机采用Halbach永磁阵列,相比于传统法向充磁直线磁场调制电机平均推力提高18%,但推力波动率也增大了3.4%。为了尽量降低推力波动,利用有限元法对Halbach永磁体结构、电枢齿靴宽度、调磁块的尺寸和形状等结构参数进行参数化分析与改进设计。最终平均推力为783N,相比于传统法向直线磁场调制电机平均推力提高了44.5%,推力波动率从16.1%降低到8.3%。     

混合励磁磁通切换电机电磁特性分析与实验验证

混合励磁磁通切换电机通过调节励磁电流进而可以调节气隙磁场的大小,因此在电动汽车等工业控制领域有着较为广泛的应用前景。本文首先介绍12/10极HEFSM的拓扑结构,介绍了磁通切换和混合励磁的工作原理,接着利用Ansys/Maxwell软件建立电机的有限元仿真模型,对电机的磁场分布、磁链、反电势和转矩等电磁特性进行了仿真分析,研究了过饱和效应对HEFSM电磁特性的影响。结果表明:励磁电流在一定范围内对电机的电磁特性有明显的调节作用。并对电机不同工况下反电势进行测量,与有限元仿真结果进行比较,证明了电机有限元模型的正确性。     

基于响应面法的双边长初级永磁直线同步电机多目标优化设计

永磁直线同步电机由于存在边端效应以及齿槽效应,在运行中不可避免地产生推力波动。针对高速大推力密度应用场景,对一种双边长初级PMLSM开展了优化设计。将有限元法与解析法结合,首先独立分析了轴向长度、极弧系数和初级轭部高度等单个参数对电机水平推力和推力波动的影响,并进一步采用Taguchi法筛选显著性较高的结构参数。在此基础上,以提高电磁推力、减小推力波动为优化目标对电机进行响应面分析,得到最终的电机尺寸优化参数。最后制作样机并搭建实验平台,验证了所提优化方法的有效性。     

感应式球形电机结构设计与参数分析

针对目前多自由度电机结构复杂,控制难度高的问题,提出一种新型多自由度球形感应电机。该电机由三个空间对称分布的弧面定子驱动球形转子实现多自由度运行。首先,介绍了电机的基本结构和运行原理并对根据直线感应电机的设计理对电机主要参数进行计算;然后,建立Ansoft/Maxwell有限元仿真模型对电机进行稳态磁场仿真;同时对电机在不同转子参数以及不同激励时的稳态运行特性进行分析,为这类电机的优化设计与运动控制提供依据。结果表明:在额定激励下,感应式球形电机单个定子可产生1N·m的稳态转矩,稳定转速可达350r/min,满足多自由度运行要求。     

双电机驱动关节的线性化控制研究

本文基于齿轮传动系统存在的齿隙非线性问题,提出了一种双电机驱动双主动齿轮啮合同一从动齿轮的驱动方案。设计了双电机协调控制算法,包括力矩线性化控制算法与单速度环速度反馈线性化控制算法,解决了电机齿轮传动系统运动过程中的齿隙非线性问题。本文首先介绍了双电机消隙原理与控制方案,然后建立双电机系统控制模型进行分析,最后搭建仿真模型进行控制方案的验证。仿真结果表明,本文所提出的双电机控制方案可以有效地解决齿轮传动中的齿隙非线性问题。     

电枢磁动势谐波对转子涡流损耗的影响分析

永磁电机多采用变频器供电,变频器输出的电流中除包含基波电流外还存在谐波电流,由其产生的电枢磁动势空间谐波会在转子中产生涡流损耗。基于对各次电枢磁动势空间谐波幅值及其相对于转子交变频率的详细分析,提出涡流损耗强度的概念,用于评估不同的电枢磁动势空间谐波对转子涡流损耗的影响程度。对采用整数槽和分数槽绕组的永磁电机转子涡流损耗做了解析对比和有限元分析,证明了利用涡流损耗强度评估电枢磁动势谐波对转子涡流损耗影响的有效性。     

高速永磁电机定转子结构设计的分析

随着航空航天等精密制造行业飞速发展,高速永磁电机相关技术也得到了进一步的发展。因此,本文在总结前人研究成果的基础上,从电机定子设计及其所使用的材料、电机转子设计及其所使用的材料两个方面入手对高速永磁电机设计技术进行了详细分析。最后总结并展望了高速永磁电机相关技术的主要发展方向。     

电动叉车用开关磁阻电机新型集成功率变换器

针对电动叉车用开关磁阻电机（SRM）制动过程中的能量回收问题,研究一种可实现多端口能量灵活转换的新型集成式功率变换器。新型集成式功率变换器采用交错并联双向DC/DC变换器作为传统SRM功率变换器的前端电路,可以在电动及发电模式之间灵活切换。采用超级电容与铅酸蓄电池混合储能,回收减速和下放货物的能量,实现再生制动,并用于加速和举升货物。仿真试验表明所设计新型集成式功率变换器能满足电动叉车频繁起停的要求,并可减小输入输出端的电流波纹,提高能量回收效率。