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电气化行业的最新科研集锦(十五)

2023-05-31


 

01.改进滑模观测器的CSI驱动PMSM无位置传感器控制

由于电流源逆变器的叠流效应以及前级DC-DC控制的母线电流脉动较大,使得扩展反电动势中含有大量谐波,造成较大的位置误差。针对此问题,该文提出一种改进滑模观测器的电流源逆变器驱动永磁同步电机无传感器控制方法。首先,基于传统滑模观测器,设计复系数滤波器代替传统低通滤波器,实现了对估计反电势的准确提取,同时也抑制了估计反电势中的高频抖动和高次谐波。其次,将二阶广义积分器内嵌于锁相环中,用于消除位置误差信号中的低次谐波,提高位置观测精确度。最后,将估算的速度信息反馈回复系数滤波器,实现复系数滤波器的自适应性。实验结果表明,所提方法在不同工况下,能够有效提高估算的转子位置精度,验证了方法的可行性与有效性。

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02.新能源汽车用少稀土/无稀土盘式电机方案研究

少稀土/无稀土盘式电机产业化应用,是实现高效、节能的电机行业发展趋势,其中提高永磁体性能、减少或避免永磁材料的使用已成为现今电机技术方案的热点之一。该方案分析少稀土/无稀土盘式电机的3条路径实施方案,使永磁驱动电机中稀土材料的用量(含轻、重稀土元素)较现有永磁径向电机减少50%,且峰值转矩密度较永磁径向电机提升100%、无稀土盘式电机转矩密度与现有径向电机产品相当,从而降低盘式电机对稀土的依赖,实现技术的迭代。

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03.基于稀土永磁同步电机的线缆挤塑机系统改造

相对于传统的直流电机与异步电机,稀土永磁同步电机的结构更简单、节能更高效、性能更优化。根据可行性分析结果,基于稀土永磁同步电机进行了Φ90规格线缆挤塑机系统升级改造。经过节电和经济效益评估,相对异步电机挤塑机系统,改造后的永磁同步电机挤塑机系统可节电25%~35%,日节电金额56.2元。同时,验证了永磁同步电机在线缆挤塑机系统中应用的可行性,且有较大的经济效益。

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04.定子无铁芯永磁无刷直流电机驱动拓扑设计方案及对比

单级三相全桥驱动拓扑无法保证力矩控制模式的定子无铁芯永磁无刷直流电机,在全电流指令范围内电枢电流连续。采用增加电枢回路等效电气时间常数的思路,选取Buck+半桥、全桥串联电感、Buck+全桥三种驱动拓扑,对三种驱动拓扑保证电机正常运行的条件以及不同驱动拓扑的固有属性进行了理论分析、说明和对比。在基于数字控制器的三种驱动平台上,使用同一台电机进行实验验证。实验结果表明三种驱动拓扑均能保证电机的正常运行,实测电流波形证明了关于拓扑特点的理论分析的合理性。对三种驱动拓扑实测稳态运行性能进行了详细的数学分析,为小功率无铁芯永磁无刷直流电机的工程应用提供参考依据。

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05.永磁同步电机的两种反馈式弱磁控制方法的稳定性比较研究(英文)

对于反馈式弱磁控制,通常有两种方法,即基于dq轴电流的反馈式弱磁控制(DQFFC)和基于电流幅值和角度的反馈式弱磁控制(CAAFFC),被广泛使用并被认为相互等价。本文基于最大扭矩电压比(MTPV)控制,对这两种方法的系统稳定性进行了比较研究。分析结果表明,不稳定既由控制参数设计引起,也与弱磁控制方法本身的特性有关。对于方法本身导致的不稳定,DQFFC和CAAFFC在不同的工作区域中表现出了不同的特性。基于在不同的工作区域内,本文从电流调节方向的角度来说明系统稳定和不稳定的工作机制。此外,针对DQFFC和CAAFFC在不同区域内的稳定性差异,本文给出了MTPV控制器的控制参数设计指南。最后,通过实验结果进行了演示和验证。

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06.分段式双三相永磁直线同步电机的无模型电流预测控制

分段式结构的双三相永磁直线同步电机(PMLSM),动子穿入和穿出定子分段时,传统的无差拍预测电流控制(DPCC)易受反电势动态扰动的影响,无法实现精确的电流跟踪和推力控制。同时,该电机模型的参数失配会增大DPCC电流和推力控制的难度。针对以上问题,本文提出了一种基于无模型电流预测控制(MFPCC)的电流控制策略。首先,构建了分段式双三相PMLSM的超局部模型。其次,基于该超局部模型设计了预测电流控制器,并设计扰动观测器以补偿反电势动态扰动和参数失配的影响。最后,实验验证了本文所提MFPCC能够抑制分段式双三相PMLSM的反电势和参数失配的扰动,有效提升参数鲁棒性、电流跟踪性能和降低推力波动。

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07.车用微型永磁直流电机的齿槽转矩优化

过大的齿槽转矩会造成电机转矩波动、产生噪音和振动,是永磁电机高精度高性能优化设计的关键因素。研究中以某4槽10极汽车座椅永磁有刷直流电机为例,通过建立电机相应的电磁场模型以及理论分析,探究了电磁力、永磁体的极弧系数和偏心距参数对电机振动的影响,提出了减小齿槽转矩的电机结构综合优化方案。通过Ansoft Maxwell电磁仿真与实验测试,验证了所设计方案的有效性;与原设计相比,优化结构后的电机,齿槽转矩降低了85.95%,振动减小了80%,噪音减小了11%。

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08.龙门加工中心定转子驱动机械主轴结构设计

针对现有的龙门加工中心机械主轴存在的转速低、振动噪声大和散热不良的缺点,设计了一种由定转子驱动的机械主轴单元。该定转子单元类似电主轴,外部采用冷却套,并在主轴中心出水,有利于降低温升,带走定转子的热量;轴承采用油脂润滑的方式,不需要任何附加装置和特别维护,降低了成本;机械主轴采用液压打刀缸和碟簧实现拉松刀,轴端采用迷宫密封和气密封相结合的形式,防止切削液和杂质进入轴承内部引起轴承振动或烧伤;联轴器采用碳纤维材料,并在联轴器中间设计连接水管用于中心出水,既降低了两轴偏移引起的附加载荷,又降低了加工时产生的局部高温,延长刀具寿命。测试结果表明,该主轴克服了皮带式主轴在转速高时振动大和直联式机械主轴温升大的缺点,降低了主轴由于高速旋转产生的噪声和振动,提高了主轴的加工精度和稳定性。

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09.永磁同步电机电磁振动噪声优化方法研究

分析了永磁同步电机电磁振动噪声原理,计算了一台4极/6槽内置式永磁同步电机多转速下的电磁振动噪声,并通过二维傅里叶分解分析其径向电磁力谐波分量。提出一种新型定转子结构,建立以噪声和转矩脉动为目标的多目标优化数学模型,并采用响应面算法确定最优的设计参数。对优化前后电机的电磁振动噪声进行了仿真对比。结果显示,电机结构优化后,转速3 500 r/min运行时电磁振动噪声减小较为明显,从62.02 dB削弱至53.53 dB;平均转矩基本无变化,转矩脉动有所减小;多转速运行时,电机振动噪声整体性能亦得到改善,验证了该结构优化对电机电磁振动噪声有较为明显的抑制作用

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10.车用永磁同步电机最大转矩电流比控制研究

基于d,q转子坐标系建立了永磁同步电机的数学模型,对比分析了经典的矢量控制方法。与控制逻辑架构简单、且易于实现的Id=0控制方法相比,最大转矩电流比(MTPA)控制可以充分利用磁阻转矩,减小输出相同转矩下所需电子电流,提高控制系统的效率。弱磁控制通过改变调整交直轴电流来削弱永磁体磁场,使永磁电机能够运行在更高的转速范围。为了实现对交直轴电流的独立控制,提高系统的动态性能,需要进行电流解耦控制,并且分析了反馈解耦的实现方式和特点。将MTPA控制、弱磁控制、电流解耦控制三者结合,可以实现永磁电机在多种工况下的稳定运行。

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