适用于无轴承开关磁阻电机的功率变换器设计

 无轴承开关磁阻电机不仅具有开关磁阻电机的优点,而且拓宽了无轴承技术的应用范围。而功率变换器是无轴承开关磁阻电机的重要组成部分,其向电机绕组提供电流,以产生所需转矩和悬浮力,对电机旋转和悬浮性能有重要影响。根据无轴承开关磁阻电机电磁转矩和悬浮力控制原理,详细分析了其对功率变换器的要求,提出了主绕组功率变换器和悬浮绕组功率变换器的设计原则,并分析了其各种工作模式和数学模型。最后通过对实验样机的调试,给出了实验结果,实现了无轴承开关磁阻电机的稳定悬浮。     

无轴承开关磁阻电机平均悬浮力控制策略

 无轴承开关磁阻电机是一个复杂的非线性系统,因此其控制策略的研究非常重要。高速时由于反电势的增加,使悬浮绕组开通时刻电流难以跟踪,导致瞬时悬浮力难以控制,因此有必要研究基于平均悬浮力和平均转矩的无轴承开关磁阻电机控制策略。根据无轴承开关磁阻电机的悬浮原理和数学模型,设计平均悬浮力和平均转矩的控制策略。主绕组电流和悬浮绕组电流均采用方波控制。推导了平均悬浮力与绕组电流之间的关系,以及主绕组电流和悬浮绕组电流的计算公式。给出了超前角和绕组电流的计算流程。针对12/8结构的无轴承开关磁阻电机,设计了以数字信号处理器TMS320C2812为核心的控制系统。通过实验给出了绕组电流波形和转子位移波形。实验结果显示了电机的稳定悬浮,验证了此控制策略的可行性。     

新型混合励磁磁悬浮开关磁阻电机基础研究

为了实现磁悬浮开关磁阻电机(BSRM)转矩和悬浮力的自然解耦,提出了一种新型混合励磁磁悬浮开关磁阻电机(HEBSRM)。新型HEBSRM由12/14极BSRM、 环形永磁体和径向磁轴承三部分组成。12/14极BSRM的转矩极和悬浮极之间嵌有隔磁环,使转矩磁通路径完全独立于悬浮磁通路径,从而在结构上实现转矩与悬浮力解耦。此外,详细推导了电机径向悬浮力的数学模型,并且通过有限元分析验证了新型HEBSRM结构的合理性。     

一种航空发动机用双定子无轴承电机研究

为了消除摩擦阻力并简化系统结构,实现多电航空发动机的稳定悬浮运行,本文研究了一种具有独立的转矩和悬浮力极的双定子无轴承开关磁阻电机.推导了电机悬浮力的数学模型,通过与有限元计算结果的对比证明所建立解析表达式的正确性.搭建了实验平台,实验结果证明了电机在运行过程中转子能够稳定地悬浮在中心位置,并且转矩控制与悬浮力控制可以自然解耦,实现独立可控的磁悬浮运行.     

双定子磁悬浮开关磁阻电机直接转矩与直接悬浮力控制

研究一种双定子磁悬浮开关磁阻电机。该电机采用内-外双定子结构,内定子和外定子上分别设置悬浮力绕组和转矩绕组。在结合拓扑结构说明其运行原理的基础上,针对该电机同时存在转矩脉动和悬浮力脉动过大的问题,提出了直接转矩(DT)与直接悬浮力控制(DSFC)策略。比较了传统方波控制策略与所提控制策略下系统的转矩脉动、悬浮力脉动以及转子径向位移波动。仿真结果表明:DT/DSFC不仅能提高系统动态响应速度,而且有效抑制了转矩和悬浮力脉动,削弱了转子径向抖振,验证了所提控制策略的有效性与优越性。     

控制策略对无轴承开关磁阻电机定子振动的影响

 介绍了无轴承开关磁阻电机(BSRM)的基本原理和3种负载控制策略,分析了3种负载控制策略确定控制参数的方法。由于脉动的径向电磁力是开关磁阻电机定子振动和噪声的根源,将麦克斯韦张量法和磁路法结合起来计算了不同控制策略下无轴承开关磁阻电机定子极受到的径向电磁力。3种控制策略求解过程所引入的约束条件不同,即使在相同的负载条件下,计算出的主绕组和悬浮绕组电流及超前角也各不相同,电机定子极径向电磁力特性也各异。通过时域分析和频域分析的方法研究了定子极径向电磁力特性,得到了3种控制策略对定子振动的影响。最后通过实验验证了理论分析所得结论的正确性。     

同步磁阻电机定子电流最优控制

针对磁路饱和对同步磁阻电机运行特性的影响,提出了定子电流最优控制策略。通过有限元法对电感与电流的非线性关系进行拟合,并利用拟合结果得到最优定子电流随转矩变化的运行轨迹,以实现同步磁阻电机最大转矩电流比(MTPA)控制；同时对于交直轴电流环相互耦合的问题,提出磁路饱和补偿的电流环设计,以提高其动静态性能。仿真与试验结果验证了该方案的有效性。     

控制策略对无轴承开关磁阻电机

分析了无轴承开关磁阻电机(BSRM)的3种负载控制策略(方波控制策略、最小磁势控制策略和平均悬浮力控制策略),以及每种策略下由悬浮力方程和转矩方程求解超前角和绕组电流的方法。由于控制对象和求解过程所引入约束条件的不同,即便相同负载状况时,3种控制策略求取的超前角和绕组电流结果也不同。利用瞬态有限元法获得了电机的动态磁密分布,并研究了3种控制策略下电机分别表现出的磁场特性。通过双频法分离铁损,分别计算了3种控制策略在不同转速时的电机涡流损耗和磁滞损耗,给出了电机铁心各部分损耗随转速变化的关系,由此得到了3种控制策略对铁心损耗的影响。     

控制策略对无轴承开关磁阻电机铁心损耗的影响

分析了无轴承开关磁阻电机(BSRM)的3种负载控制策略(方波控制策略、最小磁势控制策略和平均悬浮力控制策略),以及每种策略下由悬浮力方程和转矩方程求解超前角和绕组电流的方法.由于控制对象和求解过程所引入约束条件的不同,即便相同负载状况时,3种控制策略求取的超前角和绕组电流结果也不同.利用瞬态有限元法获得了电机的动态磁密分布,并研究了3种控制策略下电机分别表现出的磁场特性.通过双频法分离铁损,分别计算了3种控制策略在不同转速时的电机涡流损耗和磁滞损耗,给出了电机铁心各部分损耗随转速变化的关系,由此得到了3种控制策略对铁心损耗的影响.     

基于目标状态方程的SRM非线性预测控制

提出了一种基于目标状态方程的开关磁阻电机非线性预测控制方法,根据建立开关磁阻电机的非线性数学模型,按照非线性控制理论,定义转矩偏差和速度偏差为目标状态方程。以此状态方程为基础,结合预测控制理论对开关磁阻电机控制系统进行非线性预测控制设计,得到了以转速和转矩为反馈变量的非线性预测控制规律。根据所设计的控制器,通过软件仿真进行了验证。仿真结果表明,采用基于目标状态方程的开关磁阻电机非线性预测控制方法设计的SRM控制系统具有良好的动态和静态性能,对抑制开关磁阻电机转矩脉动有很好的效果。     

无轴承开关磁阻电机控制系统的设计与实现

介绍了无轴承开关磁阻电机的绕组结构和悬浮力原理,简要推导了数学模型。结合数学模型的复杂性详细分析了控制策略,根据控制策略设计了基于TMS320LF2407A的高速DSP芯片为核心控制器件的数模混合控制电路。样机实验结果不仅验证了理论分析的正确性,也表明了所设计控制电路的有效性和可靠性。     

基于气隙磁场定向的无轴承异步电机非线性解耦控制

无轴承异步电机是一个强耦合的非线性复杂系统，实现了其电磁转矩和径向悬浮力之间的解耦控制是该电机稳定运行的前提。本在研究电机磁悬浮机理的基础上，提出了利用气隙磁场定向控制来实现两之间的动态解耦控制。仿真实验也证明该控制算法不仅能实现电机稳定的悬浮，而且使电机具有良好的调速性能。     

变磁阻可控磁通永磁游标电机电磁性能分析

为了兼顾永磁电机低速、大转矩特性和恒功率区的运行范围,提出一种变磁阻可控磁通永磁游标(RVFCPMV)电机。以1台三相22/2对极RVFCPMV电机为例,介绍了RVFCPMV电机的拓扑结构。基于气隙磁通密度的调制,揭示了该电机具有低速、大转矩特性的实质,突破在电枢绕组中通入直轴去磁电流分量的传统弱磁方式,提出一种利用铁磁材料非线性导磁特性,通过调节励磁电流进而改变磁路磁阻方式实现永磁电机弱磁升速的方法。通过有限元方法对RVFCPMV电机进行了计算和分析,验证了该电机基速以下的低速、大转矩输出特性和基速以上的弱磁调速能力。     

飞轮储能用磁悬浮开关磁阻电机多目标优化设计

研究了一种基于遗传粒子群综合算法(GPSOA)的飞轮储能(FES)用的单绕组磁悬浮开关磁阻电机(SWBSRM)多目标优化设计方案。结合有限元分析(FEA),通过敏感性分析得到SWBSRM悬浮力与效率随主要尺寸参数变化的一般规律。在此基础上,利用GPSOA以悬浮力和效率为目标函数对SWBSRM进行了全局寻优,获得使悬浮力最大和效率最高的参数优化组合。利用FEA对比优化前后电机悬浮力、铁损及磁密的大小,验证了GPSOA多目标优化的有效性。     

基于漏磁与磁阻系数迭代的三自由度混合型磁悬浮轴承的设计

提出一种基于漏磁与磁阻系数迭代计算的参数设计方法,将软磁材料内部磁场的磁通密度非饱和作为约束条件,以满足最大悬浮力条件下的体积最小化为优化设计目标,通过循环迭代的方式计算各部分漏磁系数与磁阻系数,最后得到该三自由度混合型磁悬浮轴承各部分的结构参数.利用有限元电磁场分析软件对其进行三维电磁场建模与仿真分析,仿真结果验证了该参数设计方法及其结果的合理性与正确性.给出了静态起浮、悬浮、冲击、转速为30000r/min时转轴位移与控制电流的波形.实验结果表明:基于该方法设计出的三自由度混合型磁悬浮轴承具有良好的悬浮特性.      

无轴承无刷直流电机悬浮力控制研究

在分析无轴承无刷直流电机径向悬浮力产生机理的基础上,建立了电机径向悬浮力的数学模型,并设计了无轴承无刷直流电机径向悬浮力控制的控制系统。对所设计的控制系统使用MATLAB工具进行建模与仿真。最后,在试验样机上进行了试验验证。结果表明,无轴承无刷直流电机能够稳定运行,且转子能够稳定悬浮于中心。     

直接瞬时转矩控制策略在开关磁阻电机上的应用

从直接瞬时转矩控制原理出发,分析了开关磁阻电机响应速度和转矩脉动的抑制原理,提出了一种基于DITC的改进的滞环策略。从仿真结果可知,该控制策略提高了系统响应速度,更增强了转矩脉动的抑制能力。     

基于新型定子极面结构的开关磁阻电机转矩脉动抑制研究

为抑制开关磁阻电机(SRM)转矩脉动,提出了一种新型定子极面结构,将传统均匀气隙结构改成两段式的非均匀气隙结构。以一台11 kW、1 000 r/min、12/8极SRM为例,通过建立二维场路耦合时步有限元模型,对此类结构进行了验证与优化。结果表明:此类结构能够在保证电机效率基本不变的情况下,有效抑制转矩脉动,为进一步提升SRM的设计与运行水平,提供了有益的参考。     

基于优化BP神经网络的开关磁阻电机定子电阻辨识方法

为解决直接转矩控制下的开关磁阻电机低速运行时磁链计算受电阻变化影响比较大的问题,详细观察分析了电阻对于相电流的影响,通过比对电阻可调的电机模型与实际的电机模型的输出电流,提出了一种基于优化BP神经网络的电阻辨识器。优化BP网络数学理论,结构简单,学习算法清晰明白,基于该网络的算法能够对变化的定子电阻进行辨识。将该方法置于Simulink控制系统上进行仿真,同时比较有无电阻辨识器前后仿真波形。试验表明,该电阻辨识方法可以提高开关磁阻电机低速运行时系统性能。     

无轴承异步电机研究与实现

 对无轴承异步电机中悬浮力产生原理, 以及如何实现电枢转矩和悬浮力解耦控制的工作原理做了简要介绍, 并提出了以功能强大的高速数字信号处理器(TMS320F240) 为控制核心的数模混合控制电路。对原理样机的悬浮实验分析表明, 提出的悬浮系统能够在稳速和变速过程中满足悬浮要求, 并且转轴的径向位移不超过50Lm。