表贴式与内置式永磁风力发电机的电磁计算与分析

以湘潭电机股份有限公司研制的某型号内置式直驱永磁风力发电机作为研究对象,提出可将表贴式磁极结构应用于永磁风力发电机.为了使得计算结果具有可对比性,计算了一个与内置式电机额定参数相同的表贴式电机方案.对这两种不同结构的电机进行了不同状况下的电磁场计算,计算结果表明表贴式电机的空载感应电势、效率和功率因数均高于内置式电机,但抗去磁能力弱于内置式电机.表贴式电机的磁钢用量低于同规格的内置式电机,可降低电机制造成本.     

考虑磁饱和的永磁同步电机直接转矩控制系统设计

从磁饱和对内置式永磁同步电机交轴电感参数的影响这一方面,提出了一种考虑磁饱和的内置式永磁同步电机直接转矩控制系统中的电流幅值一定转矩最大的控制策略。磁饱和对内置式永磁同步电机参数的影响主要是由磁饱和状态下交轴电流引起交轴电感参数的变化。对交轴电感、交轴电流之间的关系作出假设,通过对考虑与忽略磁饱和内置式永磁同步电机进行数学分析、实验对比证明了此关系式的正确性进而提出了一种有效地精确的控制策略,为内置式永磁同步电机的控制策略的进一步研究提供了依据。     

表贴式与内置式永磁同步风力发电机的轴电流模型对比分析

永磁同步风力发电机通过变流器与电网相连时,变流器产生的共模电压会产生轴电压和轴电流,继而引起轴承早期失效,危害系统的安全运行,因此对永磁同步风力发电机轴电流问题进行研究具有重要意义.本文对表贴式与内置式永磁同步发电机的轴电流问题进行分析,分别建立轴电流分析模型,通过解析计算获取杂散电容参数,确定发电机的轴承分压比.通过对比分析发现:永磁同步发电机的轴承分压比小于双馈异步发电机;内置式永磁同步风力发电机与表贴式的轴电压分压比相近;但是表贴式永磁同步电机的共模电流较大.     

饱和对埋入式永磁同步电机电感特性的影响

埋入式永磁同步电机转子磁路结构与普通同步电机有很大差别,电感参数用传统计算方法难以准确计算.分别采用传统方法和保存与运行点相对应的磁导率的方法(fixed permeability method,FPM),利用Ansoft软件对永磁同步电机进行二维有限元计算,得到了电机的永磁体磁链λ_m、d、q轴电枢反应电感参数.分析了采用不同计算方法产生差异的原因,研究了饱和对埋入式永磁同步电机永磁体磁链λ_m、d、q轴电枢反应电感特性以及磁桥宽度对电感特性的影响.总结出埋入式永磁同步电机电感参数的变化规律,为永磁同步电机设计和性能分析提供了理论依据.     

内嵌式变频永磁同步电动机设计及性能分析

采用有限元法分析了内嵌式变频永磁同步电动机转子永磁体各尺寸对电机气隙磁密和静动态特性及性能影响,研究了矩形和V形两种永磁体结构转子的永久磁极各尺寸选择依据和范围,利用分析结果分别设计了矩形和V形永磁体转子两种内嵌式永磁同步电动机。针对所设计的矩形永磁体转子内嵌式变频永磁同步电动机的交直轴电感参数和永磁体磁链值进行了有限元计算,对电机参数的实验测试结果证明了理论分析的正确性,分析结果为内嵌式变频永磁同步电机的设计和参数计算提供了理论依据。     

考虑磁场饱和的电动汽车用永磁电机控制仿真

针对电机弱磁控制系统中电机参数选取单一,没有考虑到电机不同工况下的参数变化,而导致没有充分利用电机性能的问题,研究了交直轴电感变化对弱磁控制系统的影响.以一台电动汽车用永磁同步电机为例,分别建立了电机的二维磁场模型和在不同矢量控制方法下的数学模型.根据交直轴磁链方程,考虑交直轴磁路耦合对磁场饱和的影响,利用有限元法计算了不同交直轴电流下的交直轴电感.将得到的电感矩阵代入id=0控制、弱磁控制等矢量控制系统中,比较在不同控制方法下考虑磁场饱和与不考虑磁场饱和的电机控制特征量.结果表明考虑磁场饱和的弱磁控制系统能够更充分地利用电机的性能,同时在仿真中能更准确地计算电机性能.     

基于改进RLS算法的永磁同步电机参数辨识

永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor, PMSM)参数的在线准确辨识是实现电机高性能控制的基础,也为系统故障诊断提供了依据。传统递推最小二乘(recursive least square, RLS)法在辨识PMSM的d轴、q轴电感参数时对系统噪声、状态变化较为敏感,动态辨识稳定性不佳。文章在建立离散化辨识模型的基础上,提出了一种改进递推RLS算法,用于d轴、q轴电感参数的在线辨识。该算法在动态辨识过程中引入电流变化率,同时改进算法中的增益矩阵K,减小d轴、q轴辨识误差对电感修正产生的耦合影响。通过一台20 kW的PMSM仿真及实验,验证了改进的辨识算法能够有效提高参数的动态辨识效果。     

新型内置-表贴式异向旋转永磁电机的分析与研究

针对海下航行器运行时易产生侧滚现象,结合内置式永磁电机、表贴式永磁电机及双转子电机的特点,提出一种新型内置-表贴式异向旋转永磁电机,运用磁路法分析此类电机的运行机理及磁路关系。在此基础上,建立新型电机的有限元分析模型,分析其空载反电势及齿槽转矩。研究结果表明,随着内外转子相对位置的改变,内外电机的磁路呈现串联-并联-串并联的变化关系,电机的空载反电势正弦度较好、幅值较高,采用转子斜极结构大大削弱了此类电机的齿槽转矩、降低了振动及噪声,设计出的新型电机满足水下航行器用电机的要求。     

车用永磁同步电机功率闭环扭矩控制方法

针对永磁同步电机磁链参数易受环境温度、定子电流等参数影响的情况,研究了表贴式永磁同步电机(SPMSM)和采用i_d=0控制的内置式永磁同步电机(IPMSM)功率、扭矩与磁链的联系,提出了一种基于功率闭环的在线辨识磁链实现精确扭矩控制的策略,并进行了仿真和实验分析. 结果表明,提出的策略能使永磁磁链快速、准确地收敛到磁链真实值,从而提高车用电机驱动系统的动态性能和抗干扰能力.      

交流伺服控制系统电机参数闭环辨识方法研究

通过分析永磁同步电机d-q坐标轴数学模型,提出一种交流伺服控制系统闭环辨识电机交直轴电感、定子电阻、转子磁链的方法,分析了非正弦磁通造成的电机模型误差、功率器件的开关死区和编码器的电机转子位置反馈延时等对参数辨识精度的影响,并给出了相应的补偿方法。实验结果表明,补偿后闭环辨识得到的电感随电流的变化曲线与有限元分析结果基本吻合,辨识出的电阻和磁链与实际测量和计算值偏差很小,证明了该文参数辨识及补偿方法的有效性。由于所辨识到的参数是控制电机运行时的等效参数,因此该文方法对控制器及电机的设计改进提供了依据。     

PMSM矢量控制下逆变器母线电流频谱分析

逆变器直流母线电流频谱的准确解析是对电磁干扰进行分析及母线电容选取的重要理论基础。针对永磁同步(PMSM)作为负载时逆变器直流母线电流频谱的数学表达和理论求解方法分析了相电压基波和高次谐波对应的等效阻抗。分析得出:非凸极PMSM各次谐波对应的视在电感相等并且恒定;凸极式PMSM的基波电流可以在直轴和交轴上进行相量分解,其对应电感为直轴和交轴电感,高次谐波对应的电感随着转子的位置变化。理论计算时可以通过忽略高次谐波或取平均电感的方法来进行近似。给出了母线电流频谱计算的方法与过程。仿真和实验都证明了本文给出的计算方法及公式的正确性和有效性。     

电动汽车用可变磁通外转子轮毂直驱永磁电机研究

针对电动汽车用轮毂直驱电机技术研究现状,提出一种新型外转子结构的可变磁通永磁电机(variable flux permanent magnet motor, VFPMM)。首先提出该电机的结构拓扑,结合钕铁硼(Nd Fe B)永磁体转矩增强和铝镍钴(AlNiCo)永磁体磁通可变的特点,分析磁通调节的机理。其次,讨论电机的电磁设计规律,分析和推导永磁体的设计和计算方法,并在此基础上设计1台功率为3 kW的样机。通过有限元仿真,分析设计样机的磁化特性,获得电机的基本运行性能曲线和效率map图,验证所提电机设计的合理性。最后,制作实验样机。研究结果表明:该样机的恒功率调速范围宽,动态性能良好,全局效率较高,满足设计指标要求。     

电动汽车永磁同步电机制动能量回收研究

采用内置式永磁同步电机(interior permanent magnet synchronous motor,IPMSM)对电动汽车进行制动能量回收研究. 首先结合电机驱动与制动原理,提出应用于矢量控制技术中的最大转矩电流比控制策略(maximum torque per ampere,MTPA)、恒转矩弱磁控制策略、恒功率弱磁控制策略. 进而分析了电机在采用MTPA控制下的输入功率特性,求出最大回馈功率转矩线,并制定出合理的再生制动方法. 再结合电动汽车几种典型的制动力分配策略,提出采用最大化制动力分配策略. 最后在Simulink环境下搭建了整车模型对所提出的制动分配策略进行仿真,仿真结果验证了所采用的制动分配策略的有效性.     

直驱式永磁同步风力发电机不对称故障下的改进控制

在分析直驱式永磁同步风力发电机(permanent magnet synchronous generator,PMSG)全功率变换器功率特性基础上,推导了直流侧电压、并网电抗器功率及网侧输出功率之间的关系,提出了不对称故障下系统的改进控制策略,以实现该型机组的低电压穿越.该控制策略基于电网侧变换器、电机侧变换器功率平衡协调控制思想,将电网跌落信息反馈给电机侧变换器,实现两个变换器的协调控制;同时,在直流侧电压维持在安全范围内的前提下,采用弱控制,以一定的直流侧电压波动为代价,达到消除网侧有功功率2倍频波动的目的.仿真研究结果表明,基于功率平衡协调控制的改进控制策略可较好的实现直驱式永磁同步风力发电机的不对称故障穿越.     

切换系统下永磁同步电机混杂系统模型

永磁同步电机在实际控制运行状态中,不但包含连续状态,还包含离散状态,无论针对哪种状态进行单一控制都无法获得良好的效果.因此结合工程实践,在考虑漏电感及直轴交轴电感的情况下,通过分析磁链方程,建立三相坐标系下永磁同步电机本体的非线性时变模型.针对逆变器建立其开关函数表,作为电机定子电压的离散状态,进而建立起永磁同步电机的开关混杂模型.通过开环状态下的仿真运行,证明了其正确性,为针对该混杂系统的控制及优化研究提供了基础.     

基于改进自适应扰动观测的最大转矩电流比控制

针对内置式永磁同步电机(IPMSM)的最大转矩电流比控制(MTPA)受电机参数变化影响的问题,提出一种改进的自适应扰动观测的MTPA控制策略.该方法以定子电流矢量角作为扰动量,比较控制系统前后两个时刻的电流幅值大小,确定搜索方向.将自适应PI控制融入扰动观测法中,跟踪系统随机选择相应的扰动步长,解决动稳态性能,提高精度和系统运行效率,克服传统MTPA控制方法对电机参数依赖性、提高系统整体效率优化和电流矢量角搜索精度.考虑外界因素对电感和磁链等参数变化的影响,得到内置式永磁电机(IPMSM)dq轴下最优电流矢量角.仿真和试验结果表明,所提方法具有一定的有效性.     

引入扩张状态观测器的PMSM无差拍电流预测控制

针对永磁同步电机PI控制方法带来的稳态误差大、响应速度慢等问题,设计电流环采用无差拍电流预测控制(DPCC),速度环采用PI控制的双闭环控制系统.但DPCC对电机参数的精度依赖性强,当电感和磁链失配时,会产生电流静差.为此,加入扩张状态观测器,利用观测到的交直轴电流对电机实际电流进行校正以及利用观测到的系统内外部扰动对...     

扇区集中式改进型不等齿多相永磁同步电机分析

为了降低电动汽车用表贴式永磁同步电机(surface mounted permanent magnet synchronous motor,SPMSM)的相间互感,提高其容错性能,提出一种可模块化设计的采用改进不等齿宽定子的扇区集中式分数槽集中绕组(fractional slot concentrated winding,FSCW)定子拓扑结构。在此基础上,推导了这种新拓扑结构仅由定子绕组产生的气隙磁密频谱的可行极槽组合,并对其可选的极槽组合方案进行分析。有限元分析(FEA)证明了这种新型拓扑结构可以有效地减小相间互感,提高输出转矩。通过建立采用这种新型拓扑结构的每相2线圈、每相3线圈、每相4线圈的六相SPMSM模型,比较反电动势(electromotive force,EMF)、转矩脉动、损耗和隔磁性能,得出了每相2、3、4组线圈的扇区集中式改进型不等齿FSCW电机的特性。结果表明,每相偶数组线圈和极数较少的极槽配合方案的转矩波动更低,隔磁性能更好,另外,每相线圈数越多电机的永磁体涡流损耗越低,但定子铁芯损耗越高。     

基于Maxwell/Rmxprt的直驱永磁风力发电机设计及仿真

为设计海上风电场高性能直驱永磁同步发电机,文章研究了360kW/690V直驱永磁同步发电机的设计及仿真,分析了直驱永磁同步风力发电机的结构特点及设计方法。按电机相似性原理,参照同类3kW/400V发电机设计方案,设计了360kW/690V表贴式永磁同步发电机,同时在定、转子结构上引入斜槽与斜极结构,以优化发电机性能,并在Maxwell/Rmxprt下进行了电机结构优化前后的参数计算与性能分析。通过Maxwell 2D仿真,对比电机优化前后的空载性能,仿真结果表明了所提优化性能方案的有效性。     

基于双STF-UKF算法的永磁同步电机参数联合估计

针对永磁同步电机参数辨识问题,分析了永磁同步电机的可辨识模型.将参数看成缓慢的变化状态,同时考虑系统噪声和测量噪声,提出了一种基于强跟踪滤波器的无迹卡尔曼滤波算法.该算法能够同时辨识定子电阻、直轴和交轴电感、永磁体磁链,讨论分析了该算法的稳定性.为了减少算法的计算量,将4个参数分成2部分,采用2个STF-UKF滤波器交替运行辨识全部参数.仿真结果表明,该算法在PMSM不同的工况下能够有效地辨识电机的全部参数.