内置式永磁同步电动机无传感器速度控制和转子初始位置估计方法的应用及实验研究

针对内置式永磁同步电动机传动提出了一种新的无速度传感器控制和转子初始位置估计方法.在内置式永磁同步电动机旋转过程中,采用扩展卡尔曼滤波方法,仅需测量电机定子的电压和电流,便可得到转速和转子位置的估计值.对内置式永磁同步电动机,采用扩展卡尔曼滤波方法的主要困难在于在静止坐标系中其动态模型的复杂性.由于磁路的不对称性,在静止坐标系中建内置式永磁同步电动机的模型比建表面式永磁同步电动机模型更复杂.在无传感器的传动系统中,电机的起动过程是一个问题,因为在起动之前没有任何信息可以获得.转子初始位置估计是在电机静止时,在瞬间对定子绕组施加合适的电压脉冲序列,通过测量峰值电流获得转子位置信息.利用磁饱和效应对凸极性的影响来区分南北磁极.给出基于浮点数字信号处理器TMS320C31平台得到的内置式永磁同步电动机实验结果.     

基于光谱观测器的永磁同步直线电机初始相角检测

为解决现有永磁同步直线电机初始相角检测方法存在算法复杂和硬件电路性能要求高等问题,提出了一种基于光谱观测器的PMSLM初始相角检测方法。通过施加直流电压矢量将电机定位在某一指定角度附近,在位置环控制电机位移为0的基础上,对估计角度施加固定幅值的正弦抖动,从而得到交轴电流波形。根据光谱观测器理论,对交轴电流波形进行滤波观测,获取其一阶分式,并利用一阶分式的零点计算得到估计角度偏差。最后,利用RT-LAB仿真平台建立永磁同步直线电机快速控制原型,试验结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

逆变器供电下的永磁同步电动机谐波电流的计算

在分析谐波电流工作机理的基础上,提出了一种永磁同步电动机逆变器供电的谐波等值电路及谐波电流计算公式,介绍了谐波等值电路中电阻、电感参数的计算方法。样机计算值与试验测量数据基本吻合,验证了该谐波模型的可行性。     

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.     

永磁同步风力发电机高性能弱磁控制策略研究

对传统内埋式永磁同步发电机(IPMSG)控制系统中同步PI电流调节器的抗积分饱和策略进行了分析,提出了一种利用参考电压与实际电压之间的偏差进行自适应控制的弱磁控制方案,以提高发电机的最大输出转矩。试验结果验证了该方法的有效性。     

基于最大转矩电流比控制的永磁同步牵引电机电流的精确计算

为提高基于最大转矩电流比控制的永磁同步牵引电机电流的计算精度,对现有的电流计算公式进行研究,找到了现有电流计算公式存在误差的原因,指出内置式凸极永磁同步电机的L_d随i_d的变化较小,而L_q随i_q的变化较大,需要考虑L_q对i_q的偏导,从而提出了一种优化后的最小电流精确计算方法。对数台永磁同步牵引电机进行了试验测试,测试数据与计算数据吻合良好,证明了该最小电流精确计算方法的准确性。     

不同控制目标下的永磁同步风力发电机控制策略分析

永磁同步发电机在风力发电中得到广泛应用,根据控制目标的不同,永磁同步发电机矢量控制方式分别有：零d轴电流控制、最大转矩电流比控制、单位功率因数控制和效率最优控制等。文章建立了永磁同步发电机的数学模型,介绍了几种不同目标下的矢量控制策略,并分析了每种控制策略的优缺点,对几种控制策略进行了对比。     

永磁同步电机离线参数辨识方法研究

通过采用直流伏安法辨识电机定子电阻参数,采用高频注入法和脉冲电压法辨识电机定子电感参数,并对电感参数的2种辨识方法进行了分析和比较,分析永磁同步电机的数学模型,推导出了离线辨识永磁体磁链方法。仿真和试验结果验证了离线辨识定子电阻、定子电感和永磁体磁链方法的有效性。     

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。     

全功率变流器风电机组低电压穿越控制策略研究

基于2.5 MW永磁同步风电机组系统结构及低电压穿越(LVRT)要求,对实现全功率变流器LVRT功能的控制策略进行了研究。针对电网正常及故障工况,详细阐述了电网电压幅值的快速检测算法和基于正序分量提取的锁相环设计,分析并设计了输出三相电流对称控制目标下直流电压、斩波回路、有功电流及无功电流的控制算法。dSPACE半实物仿真及实际试验结果表明,应用该控制策略能达到预期目标,不仅满足了全功率变流器风电机组LVRT运行的要求,而且还保证了并网电流品质,并具有高电压穿越(HVRT)功能。     

永磁同步牵引电机有效磁链观测及转矩控制

建立基于有效磁链的永磁同步牵引电机模型,提出基于有效磁链概念的非奇异终端滑模观测器和精确转矩闭环控制方法。首先,在α-β坐标系中构建龙贝格-滑模自适应滑模观测器,准确估计出定子电阻和q轴电感并作为有效磁链滑模观测器的输入;其次,在α-β坐标系中构建有效磁链非奇异终端滑模观测器,并基于滑模等值控制方法实现了有效磁链观测,进而实现转矩的实时估算,以此和转矩给定值构成精确转矩闭环控制,从而提高轨道交通驱动系统的转矩控制精度,改善了轨道交通控制系统的性能。该方法不仅适用于表贴式永磁同步电机,而且适用于内置式永磁同步电机。仿真结果验证了方法的可行性和有效性。     

基于频域分析的无拍频控制策略研究

动车组牵引传动系统由于单相脉冲整流器的引入,使直流环节存在2倍频脉动电压。该脉动电压会在电机侧产生拍频现象,引起电机转矩和电流脉动。本文分析产生拍频现象的原因,并通过对传动系统进行数学建模,得到电机转矩脉动和电机电流脉动与脉动电压的关系,采用一种基于频域分析的无拍频控制策略,通过加入一个补偿环节,根据脉动电压对电机转差频率进行修正,消除直流电压脉动引起的电机转矩和电流脉动,并通过仿真和实验对该方法进行了验证。     

全封闭永磁同步电机的开发

本文介绍了用于下一代郊区列车的235kw全封闭永磁同步电动机的开发情况。该电动机采用了1种新颖的冷却结构,其效果在温升试验中得到了验证。为增加扭矩磁阻,它优化了内部永磁结构,以降低最大电流。试验结果和计算值表明,这种新型电机能减少列车12％的能耗和降低7dB的噪音。     

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。     

电流谐波对永磁体涡流损耗的影响

永磁同步电机应用于高速铁路牵引领域,要求电机具有高起动加速性能和宽调速范围。驱动电机的牵引逆变器最大开关频率一般为500 Hz,电压波形的畸变导致输出电流谐波含量大,在永磁体中产生涡流损耗,导致永磁体局部过热甚至产生不可逆退磁。文中分析涡流损耗的来源和计算方法,针对电流谐波产生的永磁体涡流损耗,基于实际测量电流波形分析电流谐波涡流路径、各次谐波涡流损耗的大小、永磁体槽口深度hr与涡流损耗的关系及分段与涡流损耗的关系。分析结果表明：电流谐波是产生永磁体涡流损耗的主要原因,主要为2次、5次、7次、11次、13次电流谐波;低速工况涡流损耗高于高速工况,这与低速工况5次、7次电流谐波幅值较大成正相关;采用分段后,电流谐波产生的涡流损耗大大降低,最佳轴向、径向分段数为6～8段。分析结果为牵引逆变器驱动的永磁同步电机降低电流谐波产生的永磁体涡流损耗以保障电机的安全运行提供了参考。     

异步牵引电机定子磁链轨迹跟踪控制技术研究

为解决大功率交流传动系统中因功率器件的低开关频率所导致的PWM波形谐波大的问题,提出了一种基于新型优化同步调制的定子磁链轨迹跟踪控制算法,离线状态下以电机电流谐波总和最小为优化目标求得逆变器在各种分频数下的优化开关角,从而得到定子磁链的运行轨迹;系统正常工作过程中实时计算出定子磁链轨迹的各个特征门槛值,根据观测到的电机定子磁链值与各个特征门槛值进行闭环控制,实现基于定子磁链轨迹跟踪控制的同步调制算法。仿真及试验验证了所提算法的正确性和可行性。     

永磁同步电机不同工况下定转子铁耗分析

永磁电机在不同的工况下产生的铁耗大小不尽相同.采用采样得到的驱动器供电下永磁电机实际电流作为激励,对电机进行二维有限元计算,分别获得了工作于空载、最大转矩电流比控制及弱磁不同工况下的磁密波形,进而计算铁耗.分别计算了12槽8极(分数槽)的试样永磁电机及24槽8极(整数槽)电机工作在不同工况下铁耗.通过二者比较分析铁耗产生的原因,经过与试验对比,结果表明该计算方式有较高的准确性,可以用于分析电机铁耗产生的原因及指导高效率电机的设计.     

一种感应电机定转子互感参数离线辨识的方法

文章利用模型参考自适应系统(Model Reference Adaptive System,MRAS)在恒压频比起动的基础上进行电机转速辨识,并根据电机转子磁链的电压和电流模型,提出一种感应电机定转子互感参数Lm离线辨识方法,以便电机未完全空载时,也能离线辨识出其互感参数。对无速度传感器转速辨识原理以及实现方法进行了介绍,并利用Matlab进行系统仿真,验证了算法的有效性。     

永磁同步牵引电动机在铁路机车中的应用

在介绍永磁同步牵引电机特点及其在铁路机车中应用现状的基础上,重点探讨了永磁同步牵引电机的关键技术,并展望了其在铁路机车应用中的发展趋势,以积极推动我国永磁同步牵引电机的技术发展.     

地铁列车电机最大转矩电流比控制

针对地铁列车牵引系统中的交流牵引电机最小能耗问题,提出了一种最大转矩电流比控制目标下的励磁电流给定策略,该策略可使电机高效平稳运行于恒转矩区、恒功率区和恒电压区。根据牵引电机在不同转速下的牵引特性曲线,充分考虑电机本体的最大电压、最大电流的限制和磁场电流对互感的影响,设计出优化的励磁电流给定,使得输出最小的电机电流获得同样的转矩性能。仿真和试验结果证明电机在全速范围内可稳定运行,并且电机在各速度点给定转矩的情况下,输出电流比设计值小。