高速列车永磁同步牵引系统研究与应用

介绍了高速列车、轻轨、地铁等轨道交通领域永磁同步牵引系统技术在国内外的研究和产业应用现状,分析说明了永磁同步牵引系统的技术优势、风险分析及预防措施。以CRH5型车为原型,详细说明了永磁同步牵引系统样机设计过程的设计思路、关键技术和分析仿真试验。地面联调试验和装车考核结果表明,牵引控制单元、辅助控制单元、控制算法等系统核心技术安全可靠,系统效率提升3%以上。     

直线电机地铁车辆牵引系统国产化应用研究

为解决国内直线电机(LIM)轨道交通牵引传动系统关键技术及备品备件完全依赖进口、维修维护困难、车辆运营成本高的现状,研究开发了具有完全自主知识产权的大功率强迫风冷式LIM牵引变流器系统。针对LIM特殊结构引起的边端效应等问题对传统间接磁场定向矢量控制方式进行了优化。考虑到LIM次级时间常数发生变化对磁场定向的影响,导致转矩控制性能下降,提出了一种基于最小电流的参数在线辨识方法。所提方法计算简单、不依赖于电机其他参数,试验台测试结果证明了该算法的准确性和有效性。在地铁实际运营线路的试验结果表明,国产化牵引变流器各项性能满足车辆技术要求,而且效率等部分指标优于原车进口牵引系。     

双流制窄轨电力机车用异步牵引电机设计

将牵引电机应用于双流制窄轨电力机车时,由于窄轨机车轨距小,所以牵引电机安装空间异常狭小,比一般牵引电机在安装空间、电机结构、电磁负荷等方面的要求更加苛刻。针对窄轨双流制电力机车的运用特点和特殊要求进行了分析,提出了牵引电机的设计要求和关键技术难点,并对关键技术难点给出了相应的分析和解决措施。对该牵引电机的制造过程及电机试验测试情况进行了论述。试验结果表明,该牵引电机达到了设计预期,完全能满足设计要求。     

永磁同步直线电机建模及混沌搜索优化设计

建立了永磁同步直线电机的电磁场有限元物理模型,以此对气隙磁密波形畸变率进行了深入的分析。通过电机参数样本空间设计,利用正交试验设计方法进行非线性回归建模分析,给出了气隙磁密波形正弦度可行的电磁方案。基于混沌搜索理论和适应函数对永磁同步直线电机结构参数进行优化。仿真结果表明,在此结构参数基础上,电机磁极偏移后其三相反电势依然有较好的对称性,为永磁同步直线电机及其他的电磁工程设计提供了一种新的思路。     

电推进飞机新型高功率密度轴向磁场永磁电机对比与分析

为了实现电推进飞机电机的高功率密度和高效率,提出了一种无槽轴向磁场永磁电机,该电机在继承定子无铁心轴向磁场永磁电机高效率优势的同时,能够实现更高的功率输出能力。首先,阐述了3种轴向磁场永磁电机的拓扑结构,包括定子无铁心轴向磁场永磁电机、无槽轴向磁场永磁电机及无轭分块电枢轴向磁场永磁电机。在此基础上,分别对3种电机的绕组因数、转矩输出能力和损耗分布进行了深入分析,对其损耗产生机理和影响因素进行了研究。针对飞机推进电机应用场合,对3种电机的电磁特性进行了对比。结果表明,提出的无槽轴向磁场永磁电机具有高功率密度和高效率的优势,适合应用于电推进飞机。最后,研制了一台50 kW定子无铁心轴向磁场永磁电机原理样机,试验结果验证了理论和仿真分析方法的正确性。     

少稀土组合励磁永磁无刷电机设计与分析

基于采用稀土永磁和非稀土永磁组合励磁的磁钢结构,提出了一种并联磁路型的少稀土组合励磁永磁无刷电机。介绍了该电机的拓扑结构及运行原理,并在此基础上结合电机功率尺寸方程和励磁源等效方法,给出了电机的初始设计方法并优化确定了相关的设计参数。利用有限元方法深入分析了电机在空载和额定负载条件下的电磁性能。加工了1台5 kW样机,搭建试验平台进行了相关的试验,结果表明了该电机拓扑结构和优化设计方法的有效性。     

一体化大功率电动伺服机构设计技术研究

根据大功率电动伺服机构发展趋势,分别从结构一体化、大功率小时间常数永磁同步电机及空间矢量控制、高性能驱动控制等关键技术进行设计研究,研制出大功率、高频响、高可靠的一体化大功率电动伺服机构工程样机。实验结果表明,该样机具有动态响应快、负载鲁棒性强等特点,可为后续高性能一体化大功率电动伺服机构提供研制思路。     

高速无轴承永磁电机设计与分析

高速电机具有高功率密度、能够减小设备体积与重量,可以直接驱动负载、提高传动效率,在航空航天、新能源、精密制造等领域具有广阔的应用前景。将无轴承永磁电机应用于高速驱动系统,在推导无轴承永磁电机数学模型基础上,提出了高速无轴承永磁电机设计方法。通过对一台额定功率2 300 W、额定转速8 000 r/min、调速范围0~60 000 r/min的高速无轴承永磁电机进行电磁和机械一体化设计,并采用有限元法对样机的电磁性能和动力学性能进行优化。仿真试验结果验证了所采用的设计方法的正确性。     

钕铁硼永磁直流微控电机

阐述Ｎｄ-Ｆｅ-Ｂ永磁直流伺服电机和驱动微电机的设计原则及样机的试验结果。通过对样机的研究和同现有产品的比较,提高了效率,减轻了重量,并使质量／功率比增大。由于电机的温升较低,Ｎｄ-Ｆｅ-Ｂ永磁材料的温度系数大、允许工作温度低的缺点对上述两种电机的性能不会产生重大影响,高性能电机是能够获得的。     

高速永磁电机综合设计与分析

高速非晶合金永磁电机设计受电磁、机械、温升的制约,因此高速非晶合金永磁电机的设计是一个多物理场综合设计的过程。针对高速非晶合金永磁电机设计受多物理场制约的问题,基于多物理场的分析方法,分析了非晶合金材料对高速永磁电机电磁性能的影响;研究了内置式永磁转子在高速运行状态下的应力分布,并分析了轴承支撑刚度对转子系统临界转速的影响;针对高速非晶合金永磁电机损耗分布特点研究了其温度场的分布。基于提出的多物理场综合设计方法,设计并制造了一台额定功率15 kW、最高转速30 000 r/min的高速内置式非晶合金永磁电机,并对样机进行了试验,验证了仿真分析与设计方法的可行性,为高速非晶合金永磁电机的设计提供参考。     

混合动力汽车ISG用混合永磁同步电机转子研究

设计了一款混合动力汽车集成式起动发电机(ISG),用钕铁硼和铁氧体混合永磁的永磁同步电机(PMSM)。分析了两种永磁体的结构参数对电机磁路的影响规律,推导了钕铁硼和铁氧体并联磁路的约束条件;以铁氧体的不可逆退磁量和电机的基本性能为优化目标,通过场-路结合的方法,确定了钕铁硼和铁氧体的结构参数;并与传统的钕铁硼PMSM在电机性能和永磁体成本等方面进行了比较分析。研究结果表明,所提出的ISG混合永磁电机能有效地减少永磁体材料成本和铁氧体退磁风险,电机性能达到了设计要求。     

同步磁阻电机性能分析与研究

针对永磁同步电动机(PMSM)用材多、成本高等问题,开发了成本低、效率高的同步磁阻电机(SRM)产品,在部分工况下替代PMSM,实现高效率电动机的推广。对2.2 kW、4极SRM的结构、电磁参数、控制方式等关键技术展开研究,为产品的系列化设计提供了理论基础,对电机设计人员有一定的参考价值。     

永磁同步曳引机变频调速系统的内模控制

永磁同步曳引机是典型的非线性多变量强耦合系统,在同步旋转坐标系下dq轴电流存在耦合,传统的PI控制器无法实现解耦,提出一种基于内模控制原理和空间矢量算法相结合的高性能永磁同步曳引机解耦控制方法,用内模控制策略控制理想电机模型,对定子电流交叉耦合电势动态解耦,提高系统的动态响应性能,同时在整个电流闭环过程中对参数摄动和外扰动具有良好的鲁棒性,这种方法不需要额外的电机参数和检测硬件,试验结果验证了这种方法有效可行。     

车用液冷机壳电机定子绕组热性能直接设计法

电动汽车驱动电机极力追求高密度轻量小型化,不断推进电机的冷却散热与热传导技术的进步与发展。为此,开展车用驱动电机的电-磁-热一体化设计方法研究,通过构建一种工程化定子热路模型提出了定子绕组热性能直接设计法及其关键热参数,并直接融入电磁设计中,强化热性能设计的同时也弥补了传统电磁设计热负荷AJ值评估热性能的缺陷。通过快速评估电机的热传导能力和绕组温升,可评估比较不同设计方案的热性能,得到电-磁-热一体化设计的最佳解决方案,从而提升电机持续运行的输出转矩。采用定子绕组热性能直接设计法,改进设计了一台液冷机壳车用永磁同步驱动电机样机,显著降低了定子绕组温升。样机温升试验验证了定子绕组热性能直接设计法及其关键热参数评估热性能的有效性。     

永磁同步力矩电机的多领域联合设计与分析

基于Ansys、MATLAB/Simulink等仿真软件,对永磁同步力矩电机的工作特性进行多领域分析。以抑制转矩脉动和振动为目标对电机进行电磁仿真和模态分析;仿真电机空载最高转速的转子离心应力和转子结构形变;校核技术指标要求的最高转速工作点的运行可靠性;基于Ansys Simplorer平台对电机控制系统的转矩特性进行联合仿真;分析电机加工工艺对电机性能的影响。从而从整体系统角度出发,寻求最优的电机设计方案。     

表贴式永磁直线同步电机控制系统参数自动整定方法

针对表贴式永磁直线同步电机矢量控制系统参数设置需反复测量和调试的问题,提出一种自动整定的方法。测量电流控制器输出波形并计算相应的沃尔什一阶系数,反复迭代反电动势常数和定子电感,直至沃尔什一阶系数收敛到零,自动辨识表贴式永磁直线同步电机的电气参数;随后让电机自由运行辨识出机械参数;最后计算出速度和电流控制器的PI参数。样机测试结果验证了提出方法的有效性。     

高过载永磁同步电动机设计研究

永磁同步电动机(PMSM)的过载能力受到铁心饱和、电枢反应的制约,常规设计PMSM无法满足一些高过载应用场合的需求。分析PMSM过载能力的影响因素,研究定子裂比和气隙长度等结构参数对其影响方式,进而分析得出相关结构参数对于PMSM过载能力的影响规律。设计了1台额定功率1 kW的高过载能力PMSM,有限元仿真结果显示该电机可达到5.26倍过载能力。