采用分数槽绕组降低永磁同步电机齿槽转矩的研究

分析了采用分数槽绕组降低永磁同步电机齿槽转矩的机理,以及选用分数槽绕组的基本原则和绕组系数的计算,采用有限元方法对开口槽电机采用不同极槽配合的分数槽绕组电机进行了齿槽转矩仿真计算,对比得出了最优的极槽配合。通过样机的试验数据验证了分数槽绕组降低齿槽转矩的有效性。     

车用永磁同步电机性能仿真及斜极优化

为了降低电机振动,优化电机性能,以某物流车用内置式50 kW永磁同步电机为例,分别分析电机在空载和额定负载2种工况下的运行特性,对电机的齿槽转矩、线反电势、输出转矩进行斜极优化,提高了电机的运行特性,并对电机矢量控制中的电流控制角进行参数化求解得到最优控制角,为改进设计提供理论依据.     

本刊历年发表的永磁技术文献题录

正定子斜槽对永磁电机轴承的影响/何思源,符敏利,杨金霞//大功率变流技术.-2012(2).-59～62.基于矢量控制的兆瓦级永磁同步电机能量互馈系统/南永辉,罗仁俊,彭勃,等//大功率变流技术.-2012(1).-54～58.永磁同步电机转子分段斜极的分析研究/彭俊,符敏利,陈致初,等//大功率变流技术.-2012(1).-50～53,58.     

新型永磁同步电动机离线电感测量方法

提出了一种永磁同步电动机电感离线测量新方法,通过对电机电压、电流和转子位置进行同步实时采样,并将所采集的电压和电流信息进行傅立叶变换,提取其基波信息;利用永磁同步电机电压稳态数学模型推导出电机电感计算公式,并利用Matlab软件离线计算电感,将电感计算值代入转矩方程计算。通过转矩计算值与实际测量值的比较,验证了本方案的有效性。     

转子电阻变化对异步电机直接转矩控制影响的仿真分析

使用MATLAB/SIMULINK语言建立三相异步电机直接转矩控制仿真模型。通过对不同转子电阻在直接转矩控制下得到的电机转速和定子磁链图形的分析比较，得出了转子电阻变化对交流异步电机直接转矩控制没有影响的结论。     

考虑转子磁通谐波的永磁同步电机控制性能分析

对于考虑转子永磁磁链d,q轴6,12次谐波的三相正弦波永磁同步电机,根据其数学模型推导了基于最大转矩／电流控制、单位功率因数控制的控制公式,指出转子永磁磁通谐波的存在不可避免地产生了与转子位置角相关的转矩脉动。在此基础上引入内模电流控制思想,将由永磁磁链产生的引起转矩纹渡的反电动势作为负载扰动,通过衰减因子和系统动态响应速度参数的合理选择来抑制电机永磁磁链谐波对电机电流跟踪性能和转矩波动的影响。仿真分析表明,永磁同步电机转矩脉动的大小与特子磁通谐波中低次谐波分量的大小有关,并且其低速转矩脉动严重;若根据不同转速范围来自适应调整转速控制器、内模电流控制器参数可以在一定程度上抑制这种转矩脉动。     

永磁同步电机的气隙磁场研究及电机特性仿真

提出了一种永磁同步电机特性的计算方法,并以2004 Toyota Prius驱动电机系统永磁同步电机为例,通过有限元方法计算静态气隙磁场、对比空载状态和负载状态气隙磁场的分布情况,确认负载状态时气隙磁场由定子电流主导,据此进行特性仿真。根据定子和转子的相对位置影响电机输出转矩的特点,采用瞬态场计算一个周期的堵转转矩曲线和电磁转矩曲线,通过后处理得到电机的时空矢量图和其它参数。结果表明,采用该方法能大大提高永磁电机特性和参数的计算精度。     

基于高阶滑模控制的异步牵引电动机可变损耗最小化

异步牵引电动机的工作效率和电能消耗率与其电动机的可变损耗有关,针对可变损耗即定转子铁损和铜损的最小化,需要计算出最佳的转子磁链模量。基于铁损的非线性数学模型和最佳效率下最优转子磁链数学模型,依托高阶滑模控制器以及超螺旋算法,转子磁链模量采用具备期望速度的异步牵引电动机实时跟踪监测。利用二次李雅普诺夫函数保证闭环跟踪监测系统的稳定性,为估算不可测的转子磁链和励磁电流变量,故设计滑模观测器,针对负载转矩来设计状态观测器。通过仿真和试验分析所提出的控制器及观测器,结果显示在同样负载转矩条件下,最优磁链相比固定磁链的可变损耗明显降低。     

基于分布式发电的单相双凸极直流发电机原理和时步有限元分析

分布式发电(DG)是指在公共电力系统中的关键部位或在用电负载处使用小型发电机(组)供电的模式,合理发展分布式供电有利于节约能源和保护环境。文章提出单相双凸极直流发电机作为小型清洁能源分布式直流电源系统的主发电机,其结构简单、功率重量比高、转速高,可以起到简化系统、降低成本、提高可靠性的作用。首先介绍了该型电机的原理和构成方法,然后运用时步有限元法对发电机进行电磁计算,分析、比较了电励磁、永磁单相4极/6极(定子极数/转子极数)双凸极直流发电机和三相电励磁6极/4极双凸极直流发电机的外特性和功率曲线,以及电励磁单相4极/6极双凸极直流发电机的3种发电方式的外特性和功率曲线,最后分析并仿真验证了减小输出电压脉动的方法。     

基于Matlab的某型动车组再生制动发电工况分析与仿真

Matlab软件包含的SimPowerSystem模块库是电力电子与电气传动领域仿真的一种优秀工具软件。对于普通发电机而言,可以直接通过电机轴输入转速,这时的转子转速就和发电机的机械部分无关而只与拖动电机运行的原动机转速有关。也可以从电机轴输入转矩,这时发电机转速由转子自身转动惯量、机械摩擦以及电磁转矩等因素共同决定。由于动车组再生制动过程需要输入包含了一定速度下最大的转矩与随时间变化的转速,故建立了可同时输入转速和转矩的牵引电机制动发电工况数学模型,分析再生制动中的发电过程。     

轨道交通新型永磁同步牵引电机的设计与比较

在满足轨道交通使用的原有异步电机的外特性和结构约束的条件下,基于一种新型永磁同步牵引电机的转子磁路的拓扑结构,设计了一款新型少磁化永磁同步电机.通过对电机转子结构、转矩特性、损耗和线路能耗进行比较和综合评价表明,通过合理设计电机的磁路,可以充分利用永磁转矩和磁阻转矩实现更宽的工作区,同时对比现轨道交通运行的电机耗能.该新型少磁化永磁同步牵引电机节能效果显著.     

轨道交通门机系统驱动控制器关键问题的研究

针对轨道交通门机系统驱动控制器关键问题提出了解决方案。(1)对于无刷直流电机固有的低速时换相转矩脉动问题,从工程应用角度出发,考虑电流调节带来的误差,换相方法上采用定时扫描转子位置的方法,提高了电机的动态响应速度和低速时动态性能,抑制转矩脉动,同时解决了无刷直流电机启动问题。(2)针对实际系统门体的非同一性和各种因素造成的阻力变化,提出利用位置定位生成门体运动速度曲线的方法,对比实验表明其优于传统利用时间分段的方法。提出检测位置偏差的方法解决障碍物检测问题,降低了系统的硬件成本并提高了系统稳定性。实验结果表明选择方法合理,满足门机系统要求,已应用到实际系统中。     

基于新型过渡控制策略的分段直接转矩控制

针对现有城轨车辆变流器功率大、启制动频繁、全速范围稳定运行的需求与特点,采用分段改进直接转矩控制,可以改善车辆的运行品质。在低速段采用圆形磁链轨迹控制,可以减小电机转矩脉动,根据过渡控制策略,在中高速段则切换成六边形控制,以降低变流器开关频率和损耗。通过分析现有分段直接转矩控制存在的无法平滑过渡甚至过渡失败的风险,采用综合速度、磁链位置和电压矢量多重判据,解决特殊情况下无法过渡以及平滑过渡的问题,可以降低过渡时的冲击电流。对提出的理论进行仿真验证,结果表明采用多重综合判据的分段直接转矩控制可以更好地满足异步电机全速范围稳定运行的需求。     

永磁同步电机直接转矩控制系统仿真

在以转子速度旋转的坐标系中建立永磁同步电机(PMSM)的数学模型,且针对整个直接转矩(DTC)控制系统进行建模。详细介绍了一些关键环节的SIMULINK实现方法,并借助S函数进行仿真。结果表明,直接转矩控制策略具有优良的控制性能。     

城市轨道交通配电变低压侧中性点接地方案探讨

变压器中性点接地方式分为中性点直接接地及在低压配电柜内单点接地两种,具体采用何种方案,需根据低压配电系统的接地形式、低压进线及母联断路器的开关的极数决定。接地形式和进线及母联开关极数的选择又会影响低压进线断路器接地保护的配置形式以及PC级ATSE的断路器的极数选择,若ATSE断路器极数选择不当,可能会造成电气火灾装置的误报警。分析目前轨道交通常用的配电形式所存在的问题,并提出推荐方案:对于轨道交通低压侧采用单母线分段的接线形式,建议变压器中性点采用在低压柜内单点接地方案,进线和母联断路器的开关极数采用三极,进线断路器接地保护采用零序过电流保护原理,PC级ATSE的断路器采用四极形式或ATSE采用四极形式。     

电力牵引系统异步电动机直接转矩控制仿真

基于电力牵引系统中异步电动机直接转矩控制的基本数学模型，建立了该种异步电动机直接转矩控制系统的MATLAB／SIMULINK仿真模型，并进行了仿真。仿真结果表明：采用直接转矩控制的异步电动机具有响应速度快、暂态时间短，负载给定及转速给定突然变化时波动小、磁链幅值保持恒定、系统性能受转子参数影响小等优点，充分证明了直接转矩控制的优越性和有效性。     

大功率永磁直驱电力机车牵引电机散热研究

文章介绍了大功率永磁直驱电力机车牵引电机直驱传动结构和电机风路结构设计,对永磁电机散热仿真和温升试验进行对比分析,在有无联轴器的试验条件下对电机进行温升试验,以证明联轴器传动结构对电机散热具有向好改善;重点对试验中轴承温升偏高的问题进行研究和试验验证,开展不同转速和有无联轴器条件下电机温升试验,经过分析研究给出电机轴承温升与转子永磁体发热的关系;通过转子永磁体磁钢分段技术减少转子磁损耗,经过理论分析和试验证明磁钢分段电机轴承温升比非磁钢分段电机明显下降。通过对永磁直驱电机散热技术研究,证明大功率永磁直驱电力机车电机转子采用磁钢分段技术能够有效降低电机损耗,采用直驱电机连接联轴器传递结构可进一步降低电机温升,为后续轨道交通行业大功率永磁直驱电机散热设计和大功率永磁直驱技术的可靠应用奠定基础,提供有益的设计经验。     

铁路集装箱起重机异步电动机调压节能的优化方法

铁路集装箱起重机异步电动机具有恒转矩运行和变工况负载的特性,基于异步电动机T型和Γ型等效电路,将定子的铜耗和铁耗看作是仅与定子电压有关的不变损耗,将转子的铜耗看作随负载转矩变化的可变损耗,推导出异步电动机电气总损耗计算式和最优调节电压计算式,并通过实例进行验证。研究结果表明:当转差率为0.01～0.03、起重机电机稳定运行时,按照近似转差率计算的起重机负载转矩误差不超过1.8N.m;在起重机的工作电压高于220V时,电气总损耗的计算误差几乎为零;最优调节电压及其误差随着起重机负载转矩的增加而增大,但在起重机的工作电压范围之内,最优调节电压误差不超过7V;电动机按照起重机负载转矩的变化适时调压时,其电气总损耗小于380和220V恒压驱动的电气总损耗,尤其是在起重机空载运行时,具有显著的节能效果。     

调磁块连接方式对磁场调制型磁性齿轮传动性能的影响

针对径向磁场调制型磁性齿轮,分析无调磁块和引入调磁块时气隙磁感应强度分布;根据磁场调制原理,提出加装外连接桥、内连接桥、中间连接桥3种调磁块连接方式,利用Ansoft有限元分析采用3种调磁块连接方式时磁力线分布、内外转子气隙磁感应强度径向和切向分量以及外转子转矩,并与无调磁块时进行对比,研究不同连接方式对磁性齿轮传动性能的影响。结果表明:加装于同侧的连接桥对该气隙的磁感应强度分量影响较大;与无连接桥相比,加装连接桥将使磁性齿轮的传动性能降低,其中加装内连接桥对磁性齿轮峰值转矩影响较小,而加装外连接桥对其影响则较大;以无连接桥的外转子峰值转矩为基准,加装外连接桥、中间连接桥和内连接桥的峰值转矩分别为基准值的58.1%,68.3%和83.3%。     

问与答

异步牵引电动机控制技术的发展经历了哪几个阶段 ?答 :异步牵引电动机控制技术的发展大致经历了转差 -电流控制、矢量控制和直接转矩控制3个发展阶段。早期的转差 -电流控制基于异步电动机的稳态数学模型 ,动态性能差 ,调速不理想。 70年代初提出了矢量控制 (又称转子磁场定向控制 ) ,它基于直流调速系统的控制思想对异步电动机进行矢量解耦 ,实现了磁链、转矩的独立调节 ,且动态响应性能好 ,但同时也带来了新的难题 ,即转子参数及变化规律难以测定。 80年代中期提出了直接转矩控制 (又称定子磁场定向控制 ) ,它基于定子磁场定向 ,数学模型…