鼠笼式同心磁齿轮结构设计与有限元分析

针对同心式永磁齿轮机械强度低、振荡严重以及生产成本高等问题,基于磁力传动原理及电磁感应定律,提出一种鼠笼式同心磁齿轮结构,将鼠笼替换内磁圈不仅节约了成本、提高了机械强度,而且增大机构磁阻,降低了运行时振荡幅度;根据静磁场理论,阐述了鼠笼式同心式永磁齿轮的运行机理,建立了转速及转矩模型,并经有限元算例证明了所建模型的正确性;基于动量矩定理,分析了转动惯量与负载能力的影响关系,越大,CPMG负载能力越弱,鼠笼式CPMG减小了内磁圈转矩惯量,可有效提高负载能力;通过对鼠笼导条数与运行稳定性的数理分析,得出当增大鼠笼导条数时,即增大磁阻k可有效减小转速波动的幅值;通过对转矩数理分析,鼠笼式CPMG通过电磁感应产生耦合磁场,与内、外磁圈相对位置无关,降低了CPMG启动难度.     

基于笼型转子的同心式永磁齿轮研究

基于同心式永磁齿轮(Concentric Permanent Magnetic Gear,CPMG)的运行机理,提出了一种新型磁齿轮结构,即基于异步电机鼠笼转子的FMPMG结构.利用内、外参考圆周,分析了所提结构的气隙磁密波形及其频谱图,认为这种新型结构可与传统的FMPMG等效;采用Ansoft电磁仿真软件,得到转速及转矩曲线,验证了所提结构的正确性.     

级联式同心磁齿轮结构设计与分析

针对单级同心式永磁齿轮传动比及传递功率较小等问题,基于机械行星减速器差动轮系结构及其功率分流原理,提出一种级联式结构,可在较小尺寸空间内将低速大转矩的输入,转换成高速低转矩的输出;根据单级同心式永磁齿轮的运行机理,建立了将其级联起来的传动比及转矩模型,并经有限元算例证明了所建模型的正确性;对组成级联式结构的各单级永磁齿轮的转速特性及损耗特性进行了详细分析与研究,给出了减小转速波动的方法;通过优化调磁环及永磁体结构尺寸,达到了降低损耗提高效率的目的.     

磁场调制式永磁齿轮齿槽转矩分析

基于磁场能量法,给出磁场调制式永磁齿轮(Field Modulated Permanent Magnetic Gear,FMPMG)的齿槽转矩数理模型,进而得出与齿槽转矩相关的结构参数;提出了不同结构参数的优化修型方法,并借助有限元仿真(FEM)验证其有效性;通过仿真结果比对获得FMPMG的最优修型方法,有效减小齿槽转矩,并使FMPMG的动力学特性最优.     

未知负载和转子电阻的交流感应电机自适应控制

基于自适应观测控制器设计了三相交流感应电机调速系统,该控制器在未知电机转子电阻和负载及不需要测量磁链情况下,可同时且不受限制地单独控制电机转速(转矩)和磁链.控制器只测量转速、电压和电流信号自适应估计磁链和未知参数.用该控制方法设计了两相坐标轴磁场定向电机模型,系统不存在非线性,因此适合离散化和DSP系统的数字实现.     

基于电磁转矩的城轨列车电机-齿轮传动耦合系统故障诊断方法研究

针对城轨列车电机-齿轮传动系统中电气、机械部分难以耦合而导致各自独立研究问题,综合考虑电机非线性磁导和齿轮时变啮合刚度,建立基于电机等效磁路网络模型(PNM)的城轨列车牵引传动系统机电耦合动力学模型.在此模型上,考虑定子匝间绕组短路故障及鼠笼转子导条断裂故障,求得故障下机电耦合系统的动态响应;基于电磁转矩进行故障诊断,并与矢量控制单电机模型的诊断结果进行对比研究.研究成果表明:在低频域,PNM的电磁转矩频谱比矢量控制单电机模型的频谱在故障频率处幅值更大,更易于识别故障;在高频域,PNM电磁转矩诊断方法能识别到更为明显的电源频率的高次谐波分量,在机电耦合系统的故障诊断中更有优势;基于电磁转矩的故障诊断方法可以有效诊断城轨列车机电耦合系统故障,为无传感器的故障检测技术提供理论支持.     

一种永磁有限转角电机的磁场分析

针对用于有限转角机阀开关的有限转角电动机难以采用传统磁路方法设计与分析的问题。基于电磁场理论,分析了一种定子永磁式有限转角电机的工作原理,并利用有限元分析软件Ansoft对其进行了磁场模拟。在永磁体气隙磁密与定子绕组气隙磁密大小相同的情况下,分析电机的电磁转矩随电流及转子位置角变化的关系。仿真结果表明:该种电机定子绕组电流与起动转矩、转矩变化与转子位置角之间在磁路线性区呈线性关系。起动转矩随绕组电流的增大而增大,电磁转矩值则随转子位置角的增大而减小。     

基于负载转矩观测器的PMSM鲁棒无源控制

从能量角度出发,将永磁同步电机看作是有能量输入和输出端口的装置.按照端口受控耗散哈密顿系统对其建模,利用互联和阻尼配置的能量配置方法,设计无源控制器.针对无源控制下的系统受到干扰时稳定性较弱,结合鲁棒控制技术,设计鲁棒无源控制器,以提高控制品质.系统转速调节采用滑模控制器,同时由负载转矩观测器估计实际转矩,增强系统抗负载扰动能力.仿真结果表明了该控制方法的有效性.     

基于ESO的PMSG风力发电系统无源自抗扰控制

为实现直驱式永磁同步风力发电系统在低风速下的最大功率追踪,提高风能的利用率,提出了无源自抗扰转速控制策略.利用基于能量成形、PCHD的原理以及扩张状态观测器(ESO)技术,设计出基于ESO的无源电流控制器,同时通过基于反双曲正弦函数的ESO对系统扰动项进行实时性观测并补偿.针对速度调节器响应速度慢、抗负载能力差的问题,设计了基于反双曲正弦函数的速度控制器并得到期望的定子电流.仿真结果表明,该控制方法能保证系统稳定运行,具有较强的转速跟踪性、抗负载能力以及鲁棒性,同时具有较小的电磁转矩脉动.     

起重机电机拖动系统负载跟踪控制

为了使起重机电机拖动系统的电机以给定转速实时跟踪突变的负载转矩,通过等效折算得到了起升机构电机转子侧的等效转动惯量、等效负载转矩和电机拖动系统动力学方程;建立了按转子磁链定向同步旋转坐标系;应用转差角频率设计了跟踪负载转矩的矢量变频控制系统.实例计算表明:闭环系统的空载起动时间比开环系统快0.34 s,电机平稳起动,起动阶段开环和闭环系统的峰值电磁转矩差值达148 Nm;闭环系统电机消耗的电功率(综合节能的百分比)小于开环系统;在起动阶段,开环系统的峰值功率是闭环系统峰值功率的2.5倍.电机在空载起动阶段约节能50%,平稳运行阶段约节能30%.      

混合励磁同步发电机电压控制原理分析与实现

为解决永磁发电机输出电压不可控的问题,研究了一种新型结构的混合励磁同步发电机.利用有限元方法计算了电机中永磁和电励磁的磁场分布.根据对永磁发电机输出电压的要求,制定了励磁调节系统的控制策略,讨论了调节过程.为验证混合励磁同步发电机的电压调节能力,设计制造了2.5 kW实验样机及励磁调节系统,并进行实验测试.结果表明:空载运行时,混合励磁同步发电机输出电压为永磁与电励磁部分的合成电势;负载运行时,随着负载的增加,通过调节励磁电流的大小改变了气隙磁通,输出电压稳定在135 V.