无轴承开关磁阻电机拓扑及解耦机理分析

无轴承开关 磁阻电机（Bearingless switched reluctance motor ，BSRM）是一个多变量、非线性且强 耦合的复杂系统。为提高悬浮精度和发挥电机性能，需提升悬浮电流的跟踪及斩波控制水平 ，以及实现转矩与悬浮力的解耦控制，发展结构上具有自解耦功能的新型BSRM拓扑是解决该 问题的有效手段之一。根据现有BSRM转矩与悬浮力的解耦机理和构造特点，对结构上可解耦 的BSRM拓扑进行了归纳与分类，并对每种电机的结构、运行机理及优缺点进行了解析。有别 于现有电机结构，分别提出了双凸定子齿BSRM、宽转子齿BSRM、复合结构BSRM、锥形结构BS RM等4类具有自解耦特性的新型拓扑，并衍生出了每类结构下的不同实现形式，从而进一步 拓展无轴承电机的悬浮理论与应用范围。结合每类结构自身特点，构建与之相适应的运行模 式，以实现旋转和悬浮功能的解耦，从而强化其解耦应用特色。简要分析每种电机转矩和悬 浮力在结构上自解耦的机理，并利用有限元仿真验证其可行性。     

基于形貌优化法的无轴承开关磁阻电机减振降噪

脉振的径向电磁力作为激励源作用于12/8极单绕组宽转子齿无轴承开关磁阻电机(Bearingless switched reluctance motor with wider rotor teeth,BSRMWR)的定子齿面并传送至定子轭部及机壳,会引发较大的振动噪声,阻碍其推广应用.针对这一问题,本文从本体结构的角度入...     

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。     

增强能量增量法求解无轴承开关磁阻电机电感

有别于磁链法和需要求解二阶偏导数的能量增量法,本文采用一种称作增强能量增量法计算非线性系统的磁链、静态电感(割线电感)和动态电感(差分电感).该法首先给定各回路的工作点,其次在工作点附近给予一较小的扰动电流,则系统的磁场也随之扰动.结合磁性材料的B-H曲线,磁场能量增量可以通过对磁场强度H、磁感应强度B增量的积分获得.由此,在不需要微分的条件下,各回路的磁链、静态电感和动态电感可以分别求得.本文以12/8 7.5 kW无轴承开关磁阻电机为例,在认为三相绕组完全分时导通时,可忽略相间互感;以线性铁芯材料为例,说明了主、悬浮绕组间互感在合适的连接下也可以忽略.因此,仅需求解一相主绕组、悬浮绕组的静态、动态自感即可.求解这些电感随位置角和工作电流的变化,取得了与实验一致的结果.     

稳定悬浮状态下无轴承开关磁阻电机电感特性

针对二维有限元和磁链法计算无轴承开关磁阻电机(Bearingless switched reluctance motor,BSRM)电感特性的局限性,建立了BSRM稳定悬浮时的三维有限元模型,采用双标量磁位法计算得到其磁场分布,应用一种仅需计算非线性系统能量增量即可计算电感的增强型能量增量法,计算其绕组电感.以-7.5 kW,12/8结构的BSRM为例,简单比较了双标量磁位法与二维有限元法、矢量磁位法和棱边有限元法分别求解BSRM磁场时的计算规模和平均计算时间,说明了双标量磁位法在大规模计算场合的优越性;研究了电感与转子径向位移的关系;计算获得了样机处于稳定悬浮状态下的主、悬浮绕组电感;研究了端部效应对电机磁场分布和绕组电感的影响.通过实验验证了电感计算的准确性,为优化设计和精确控制该类电机奠定了基础.     

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。     

双向间接耦合有限元法预估电力电缆载流量

建立了多导体电力电缆置于具有散热孔的托架上时3D有限元时谐磁场模型,在计及各金属涡流效应的条件下,得到所有导体单元的功率损耗密度.以此功率体密度损耗为栽荷,建立了电缆系统的"热-流体"直接耦合场模型,求解了电缆系统各导体的温升,由此完成一次完整的"磁场"与"热-流体"场间接耦舍的求解.由于电缆导体电阻率与温度密切相关,形成"磁场"与"热-流体"场间接耦合的双向耦合.反复迭代,可求解得到当热点为90℃时导体的电流,即为电缆的载流量.以无铠装单载流和有铠装三并联栽流电缆为例,采用间接耦合法计算和测量了系统的总功率、电流分布、导体热点温度.计算和测量一致性说明了双向间接耦合有限元模型建立的正确性和计算结果的准确性,为进一步分析电力电缆系统的磁、热特性奠定了基础.     

12/8极无轴承开关磁阻电机定子振动特性分析

开关磁阻电机(Switched reluctance motor, SRM)由于径向磁拉力导致的振动和噪声问题阻碍了其推广应用;电机定转子偏心时出现的单边磁拉力使振动和噪声更加恶化.本文基于定子周向振动理论和无轴承开关磁阻电机(Bearingless-SRM, BSRM)的径向力特点,分析了将无轴承技术引入SRM后对不平衡径向力起到的补偿作用;给出了同时适用于SRM和BSRM的定子极径向力数学模型,建立了SRM和BSRM的系统仿真模型,分析了两种电机定子极所受的径向力.谐波分析发现:BSRM定子单边磁拉力直流分量及低次谐波含量幅值较SRM大幅减小,因而由此引起的振动和噪声小,更适合于应用在要求低噪声的领域.     

电动车开关磁阻电机驱动和保护控制策略研究

传统开关磁阻电机(SRM)起动时采用电流斩波控制(CCC),中高速阶段采用角度位置控制(APC)对转速进行调节。但在电动车领域的SRM驱动控制中,通常采用基于脉宽调制(PWM)控制的方式来实现电机的开环调速。在传统SRM控制方式的基础上,提出了一种动态斩波的起动方式以及一种PWM控制与APC控制相结合的中高速运行的综合控制策略,可确保电机在不同负载下平稳起动、瞬间提速和稳定运行。与此同时,对控制器保护环节中最为关键的过流保护和堵转保护进行了设计,提升了整个驱动系统的可靠性。为了验证所提驱动控制策略和保护方法的可行性,在以STM32F103处理器为控制核心的控制器和1台12/8结构电动车SRM上进行了系统的试验。试验结果表明在该控制算法下,电机能够快速起动和稳定运行,且能检测到故障并及时保护,证明了该算法的正确性。