Behavior and functional modeling methods of doubly salient electromagnetic generators for aircraft electrical power system applications

The Doubly Salient Electromagnetic Generator(DSEG) is a promising candidate in aircraft generator application due to the simplicity, robustness and reliability. However, the field windings and the armature windings are strongly coupled, which makes the inductance characteristics non-linear and too complex to model. The complex model with low precision also leads to difficulties in modeling and analysis of the entire aircraft Electrical Power System(EPS). A behavior level modeling method based on modified inductance Support Vector Machine(SVM) is proposed. The Finite Element Analysis(FEA) inductance data are modified based on the experiment results to improve the precision. A functional level modeling method based on input–output characteristics SVM is also proposed. The two modeling methods are applied to a 9 kW DSEG prototype. The steady state and transient process precision of the proposed methods are proved by comparing with the experiment results. Meanwhile, the modeling time consumption, the application time consumption and the calculation resource demand are compared. The DSEG behavior and functional modeling methods provide precious results with high efficiency, which accelerates theoretical analysis and expands the application foreground of the DSEG in the aircraft EPS.     

分数槽集中绕组永磁同步电机设计与分析

分数槽集中绕组永磁同步电机由于转矩密度高、弱磁性能好、齿槽转矩小和效率高等特点,广泛应用于航空航天、电动汽车等领域。本文研究了机载雷达伺服系统用分数槽集中绕组永磁同步电机,建立了电机的解析模型,分析了长径比、裂比、磁密系数等设计参数对电机性能的影响规律。结果表明,电机的输出转矩和质量分别与定子外径D3os,D2os成正比,绕组端部比重与长径比λ成反比,综合转矩密度和绕组端部比重两个因素,λ宜在0.2~0.4范围内选择。当定子裂比γ增加时,转矩密度先增大后减小,为使转矩密度最大,γ宜在0.6~0.8范围内选择。当磁密系数χ增加时,输出转矩先增大后减小,为使输出转矩最大,χ宜设计在1.75附近。基于理论分析和仿真计算,文中设计并加工了一台45槽38极分数槽集中绕组永磁同步电机,最后通过实验测试了其性能。     

永磁无刷直流发电机的工作特性研究

建立了永磁同步发电机和二极管整流器构成的永磁无刷直流发电机的数学模型。采用数字仿真方法分析了该电机的静态和动态工作特性。分析表明，永磁式无刷直流发电机具有较硬的外特性和快速的动态响应过程。在分析含该类电机的电源系统的特性时，可以采用其稳态工作特性。     

新型切向磁钢混合励磁同步电机结构与原理

混合励磁电机兼具永磁电机高效率和电励磁电机励磁可调的优点。文中提出两种全新的具有轴向磁分路的混合励磁电机:两端轴向磁分路和单端轴向磁分路混合励磁同步电机。它们都是在切向磁钢永磁同步电机的基础上,将转子极靴沿轴向延伸,利用附加气隙及导磁桥形成轴向磁分路。阐述了两种新型电机的结构及原理,分析了两种电机的磁路特点,并给出其等效磁路。对比研究表明:单端轴向磁分路混合励磁电机轴向磁路短,电励磁效率高,是一种性能优越的混合励磁电机结构拓扑。     

切向结构永磁同步电机辅助磁极的优化

为了减少切向结构永磁同步电机转轴侧永磁体的漏磁，提高气隙磁密，在切向结构永磁同步电机中合理引入辅助永磁体。辅助永磁体相对于切向永磁体的位置有3种．其中以模型b，c较为合理，永磁材料用量适中，对气隙磁通的贡献大。随着辅助磁极永磁体厚度的增加，气隙磁密增加，当永磁体厚度增加到一定值时气隙磁密开始减小（模型b）或几乎恒定（模型c），即辅助永磁体存在一个合理的厚度，该厚度与电机的极对数有关。     

永磁同步伺服电动机的分析

本文首先讨论了气隙磁场、电势、电流波形不同的永磁同步伺服电动机的电磁转矩,并进行了理论和实验分析。结果表明,与变换器联合运行的方波电机具有用材省、出力大、控制简单、优于正弦电机的特点。同时,又指出方波电机具有同有刷直流电机完全一样的电势、转矩表达式和控制特性。文中还讨论了方波电机的结构参数(包括气隙磁场分布的波顶宽、每极每相槽数和电势电流间的相位差)对电磁转矩的影响,为该电机的优化设计提供了依据。最后,为进一步提高性能,使之具有线性的控制特性和大的过载能力,文中提出了一种电枢反应小的不对称转子磁路结构的方波电机。样机实验表明,设计合理,效果好。     

不确定伺服系统的模糊自适应 NTSM控制

针对永磁同步电机伺服系统内因结构参数变化和末端负载变化带来的控制问题,提出了 1种结合模糊控制理论的新型自适应非奇异终端滑模控制策略。首先,在传统滑模控制理论基础上设计结构参数自适应律,消除系统结构参数变化的影响;然后,利用模糊控制理论估计负载扰动的上界,减小了滑模控制的抖动问题,进而通过构造非奇异终端滑模面,提高了伺服系统的响应能力;最后,为了缩小系统的跟踪误差,设计了基于误差积分的非奇异终端滑模面。离散化仿真结果表明,所提出控制算法对系统结构参数变化和负载变化具有良好的鲁棒性。     

飞行控制用无刷直流电动机的结构设计

飞行控制中机电作动系统的发展是全电飞机的重要技术之一,而高速大功率密度的无刷直流电动机是其中的关键部件.为得到这种高速大功率密度的无刷直流电动机的高的机械可靠性、电气可靠性和热可靠性,提出了采用特殊转子护套、双重绕组、旋转变压器和冷却风道等技术措施,达到了预期的效果.最后展示样机的试验结果.      

多电飞机容错作动系统拓扑结构分析

针对多电飞机电力作动系统,提出永磁容错电机及其容错驱动控制的拓扑结构,探讨系统的电气故障模式,研究防止故障传播的电、磁、热隔离设计,在理论上给出了容错电机相数的选取方法,采用独立的同轴电机组件实现高冗余系统。研究结果表明:电机、功率变换器和供电通道均采用以相为基本单位的模块化拓扑结构可实现多电飞机对作动系统的高容错要求。     

高性能抗氧化SmCo高温永磁材料

航空航天及现代工业高技术领域对使用温度达到500℃的永磁材料提出了明确需求。SmCo永磁材料因其高的居里温度、强的磁晶各向异性和高的饱和磁化强度成为现有永磁材料中高温永磁材料的首选。然而,商用的2∶17型SmCo合金因其高的矫顽力温度系数使其最大工作温度不超过300℃。本文重点研究了2∶17型SmCo高温永磁材料、1∶7型纳米晶SmCo高温永磁材料以及SmCo高温永磁材料的抗氧化行为;研制出了可以在500℃及550℃应用的2∶17型SmCo高温永磁体;获得了具有各向异性的1∶7型纳米晶SmCo磁体;1∶7型纳米晶SmCo永磁材料在500℃具有良好的结构和磁性能时效稳定性;合金化和表面改性显著提高了SmCo磁体的高温抗氧化能力。