高速开关磁阻电机的电感计算与运行分析

高速开关磁阻电机(SRM)常采用角度控制方式(APC),因而准确计算电感曲线,确定开通关断角对电机的控制非常重要.本文采用能量增量法计算了SRM的静态电感和动态电感特性,分析比较得出动态电感能更好地反映电机的动态特性及饱和特性.根据高速运行的SRM动态电感,确定了合适的角度控制方案.基于有限元软件JMAG-studio,采用场-路耦合方法,对高速SRM运行于APC的工况进行分析计算,得到了电机的磁场分布及电流、转矩特性.     

基于SRM非线性电感模型相电流和电磁力的解析计算

在考虑开关磁阻电动机(SRM)的转子位置角和电流对电感曲线影响的基础上,提出一种开关磁阻电动机的非线性电感模型,根据此模型解析计算了电机的相电流、电磁转矩和径向力.计算结果表明,该电感模型在SRM设计阶段,在不降低SRM力能指标的前提下,可减小径向力,从而为抑制振动提供理论依据,对SRM转矩脉动、振动噪声抑制策略的研究具有一定的意义.     

开关磁阻电机寻找初始位置的研究

开关磁阻电机(SRM)的转子必须与电机磁场保持同步才能保证电机的正常运行,因此对转子位置信息的准确检测非常重要。本小组通过向电机各相注入一定幅值的方波电压,利用相电流峰值及其与转子角位置之间的解析关系式求出转子的初始角位置,从而实现转子处于任何位置时的快速无反转起动。实验中,以一台四相8/6极SRM为对象进行相关实验,实验结果验证了该位置检测方法的可行性及预估相选取原则的正确性。     

具有均匀气隙的对称两相电机的瞬时转矩

本文采用电机的矩阵分析方法,利用交流电机统一理论,得出了用电流表示的电机的瞬时电磁转矩,并以具有均匀气隙的对称两相电机为例,给出了转矩与转子位置角间的关系。     

一种改进的DTC策略在SRM上的应用

为了减小开关磁阻电动机转矩脉动,在传统直接转矩控制(DTC)的基础上,对其策略进行了改进,提出了一种改进的DTC的控制策略。通过对开关磁阻电机(SRM)定子绕组电压、电流,以及转子转过的位置角的实时检测,进而得到电机在运行的实时转矩。在MATLAB中构建相关模型,并进行了仿真。仿真结果表明,改进的直接转矩控制方法,使电机获得更好的动静态性能,在很大程度上抑制了SRM的转矩脉动。在控制效果上明显优于常规控制方法,该研究对开关磁阻电机(SRM)调速控制系统的应用有着重要的意义。     

考虑磁路饱和效应的无刷直流电机电感参数研究

为研究无刷直流电机电感参数的动态特性,从磁路饱和效应的基本原理出发,通过电机磁路分析,结合理论推导,得到了基于磁路法的无刷直流电机电感计算方程.采用了基于Ansoft Maxwell软件的有限元法对基于该电感方程在Matlab/Simulink环境下进行仿真计算得到的电感变化规律进行了验证.同时结合矢量理论对电感参数随电机转子位置周期变化的规律进行了系统的分析.该研究成果对深化无刷直流电机的理论,正确地确定电感参数及建立精确的分析模型都有重要意义.     

基于转矩角正切值的车用异步电机转子时间常数辨识

针对异步电机转子时间常数随温度和磁场饱和而变化,从而破坏定子电流励磁分量和转矩分量解耦条件,影响按转子磁链定向间接矢量控制系统动、静态性能的问题,提出了一种通过对比给定转矩角正切值与反馈转矩角正切值,并利用PI控制器来实时辨识异步电机转子时间常数的方法。对转矩角正切值与转子时间常数之间的关系进行了理论分析,推导了异步电机反馈的转矩角正切值计算公式,建立了MATLAB/Simulink环境下异步电机矢量控制系统的数学模型及基于转矩角正切值的转子时间常数辨识模型,并进行了仿真验证。仿真结果表明,这种基于计算转矩角正切值的异步电机转子时间常数辨识方法能够准确辨识出电机的实际转子时间常数,验证了该方法的正确性和可行性。     

基于EKF的PMSM无机械传感器矢量控制

为了准确估计永磁同步电机(PMSM)的转子位置和转速,并实现无机械传感器矢量控制,提出了一种基于扩展Kalman滤波器(EKF)的转子位置和转速观测器,适合于求解永磁同步电机的非线性方程。观测器状态方程采用转子磁链定向的同步旋转坐标系下的电压方程,电感等参数为常数,可以应用于凸极机和隐极机。对扩展Kalman滤波器进行了算法简化,使它可以实用化。把负载转矩作为状态变量,观测器可以同时观测负载转矩,并把观测转矩用作前馈补偿,提高了系统的动态性能。通过实验验证了系统的性能。     

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。     

开关磁阻电机动态性能的研究

准确地分析开关磁阻电机的动态性能，对于电机本体及其逆变器的优化设计和电机转矩脉动的研究都是十分必要的。但是，由于开关磁阻电机的双凸极结构和磁路的严重非线性，其电感是定子电流和转子位置的双重非线性函数，难于得到其准确的数学模型，因而要准确地分析其动态性能是很困难的。本文在用有限元法计算其电感的基础上，提出了开关磁阻电机的非线性电感解析模型，并得到了电机的动态模型，接着又提出了研究电机动态性能的仿真方法，最后对开关磁阻电机的动态性能进行了仿真研究。通过仿真结果与实验结果的比较，证明本文提出的非线性电感模型和仿真方法是有效的。     

基于磁链与转矩特性的开关磁阻电机建模研究

提出了一种开关磁阻电机（SRM）数学建模的新方法．在已知SRM5个特殊位置电感数据的基础上，将傅里叶级数分解和曲线拟合方法运用于磁链模型的建立中，根据虚位移原理计算获得SRM的矩角特性，并将自适应神经网络模糊推理系统（ANFIS）用于矩角模型的建立．基于非线性磁链模型与ANFIS矩角模型，对一台6／4结构的SRM进行了仿真与实验．仿真结果与实验结果基本一致，最大误差不超过5％，从而验证了这种建模方法的正确性．同时，该建模方法还可以进一步应用于SRM的磁链控制和转矩控制中，为工程设计和调试提供依据．     

削弱轴向磁场永磁同步风力发电机齿槽转矩方法的研究

齿槽转矩是电机转矩脉动的主要来源,严重时会使电机产生振动和噪声,出现转速波动,使电机不能平稳运行,影响电机的性能.为了减弱轴向磁场永磁风力发电机的齿槽转矩,在提议的10 kW双转子单定子轴向磁场风力发电机电磁方案的基础上,使用三维有限元法从定子半磁性槽楔、斜极和两转子盘相对偏移对电机齿槽转矩的影响等方面进行研究,并对电机进行优化设计和仿真,仿真结果证明,通过增加磁性槽楔并在槽楔中间开槽,转子磁钢斜极和偏移两转子盘相对位置等措施可以有效减弱轴向磁场永磁电机的齿槽转矩.     

基于模糊推理规则的开关磁阻电机转子位置估算研究

由于电机间接转子位置角度估计方法中存在一定误差，采用一般的控制策略难以实现电机性能的良好控制。为了提高电机的转速控制精度和抑制转矩脉动，在分析开关磁阻电机的非线性数学模型的基础上，研究了模糊转子位置估算方法，提出了一种新的无位置传感器转子位置估算方法：基于模糊推理规则的转子位置估算，并对此方法的误差信号进行了分析。     

考虑铁芯磁饱和的开关磁阻电机电感及转矩解析建模

针对开关磁阻电机电感的非线性问题,提出了一种开关磁阻电机非线性电感解析计算模型,并在此基础上完成了电磁转矩的解析计算。运用分布式等效磁路法并考虑铁芯磁饱和的影响,通过分别确定各条磁路中气隙和铁芯的等效长度及磁导率,建立了含电机参数的非线性电感解析模型,并通过电感的有限元仿真结果验证了解析模型的准确性。在利用该电感解析模型求解得到磁链曲线族的基础上,使用能量法对电磁转矩进行了解析计算,并将电磁转矩的解析结果与有限元仿真结果进行了对比,结果表明:建立的非线性电感解析模型能够准确地预测出电机的动态电感,相对误差在9%以内,电磁转矩峰值处误差在6%以内,提出的电感解析模型能够获得较高精度的电感和转矩解析结果。     

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.     

一种开关磁阻电机硬件在环仿真模型

基于等效磁路法和空间谐波法,提出了一种开关磁阻电机相电感混合解析模型,并配置于可编程门阵列(FPGA)平台实现硬件在环仿真.该模型以定、转子齿是否交叠为判断条件,分段求解相电感,利用Bezier逼近法构建相电感关于电流和转子位置的连续函数.在相电感模型的基础上,采用后向欧拉和牛顿-拉普逊法获得电机各个时刻的相电流,由高斯求积计算电机的输出转矩.结合FPGA平台并行化、流水线算数处理方式,实现了电机工作状态的实时求解,并建立了相应的硬件在环仿真器.与商用仿真软件仿真结果比较证明,提出的硬件在环仿真模型在满足实时计算的条件下具有极高的计算精度.     

基于单阈值的开关磁阻电机无位置传感器技术

针对位置传感器对开关磁阻电机(Switch Reluctance Motor,SRM)应用范围的限制,研究了一种基于单阈值脉冲注入法的开关磁阻电机无位置传感器控制策略.以三相6/4结构电机为例,讨论在母线电压变化情况下向某一非导通相注入脉冲,通过均值采样方法计算脉冲电流峰值,与预设电流阈值比较实现位置估算.根据相邻阈值的时间间隔计算出电机转速,进一步获得其他相位置信息,并分析了估算位置与实际位置偏差的产生原因.该方法不但降低了脉冲注入带来的负转矩影响,还可实现角度控制,便于电机运行状态的优化.运用所述方法搭建了SRM无位置传感器调速系统的仿真模型,并通过试验证明了其正确性和可行性.     

无速度传感器异步电动机极低转速下的矢量控制

在较低转速下,对异步电机转子磁通位置的观测比较困难,因此在定子边注入与电机控制量无关的高频信号,是提取转子磁通位置信息的有效方法之一。为此,该文分析了异步电机高频脉振信号注入下的电机模型,得到了异步电机同步参考坐标系下的阻抗不对称的特点,提出了磁通跟踪的方法,通过检测高频脉振信号注入时的响应电流,来观测转子的磁通位置,并以此为基础实现了无速度传感器异步电机极低转速下的矢量控制。实验结果表明,该方法在异步电机极低转速(包括零速)下能准确地观测出转子磁通位置,对电机的参数和负载变化具有鲁棒性,并且能够在零速时输出额定转矩。     

基于EKF的感应电机无速度传感器矢量控制系统

给出了一种基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的感应电机无传感器矢量控制系统转速和负载转矩同时估算的方法.在矢量控制的基础上,将电机的运动方程作为一个状态方程,把电机负载转矩看作系统的扩展状态量,根据定子侧测量的电压、电流值,由EKF估算出电机转子磁链、转速及负载转矩.在此基础上,采用负载转矩前馈控制型转速控制器,提高系统抵御负载扰动的能力.仿真结果表明,无速度传感器矢量控制系统具有良好的动态控制性能,所提出的EKF估计器能够准确地估计转子磁链、转速及负载转矩.     

基于瞬态有限元永磁同步电机静止位置检测策略

无传感器控制的永磁同步电机在低速和静止时一直存在着转子位置难以检测和估算的问题,本文针对该情况提出了一种基于瞬态有限元分析的转子位置和永磁极极性检测的策略和方法.以两相凸极永磁同步电机为例,通过对永磁同步电机瞬态磁场的有限元分析,考虑铁心饱和与注入信号瞬态特性的影响,提出一种对转子位置非常敏感的组合电感的计算算法,并给出基于该组合电感的转子位置和永磁极极性检测的策略和优化转子位置检测的方法.计算结果表明,该方法能在电机静止和低速时,快速准确地判断出转子位置和永磁极极性.