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电气化行业的最新科研集锦(十七)

2023-06-30


01.船舶用表贴式永磁同步电机的电磁振动分析与抑制

船舶用永磁同步电机的电磁振动水平直接影响船舶的综合性能。该文针对一台50kW船舶用表贴式永磁同步电机,首先基于理论推导详细分析了该电机产生的电磁激振力来源及谐波特征,并利用有限元法进行了验证;其次,分别采用解析法和有限元法求解定子固有频率,并结合电磁激振力的频率特征,验证电机设计的合理性;然后,建立电机的磁-固耦合模型,对其振动响应进行有限元计算,得到监测点的振动频响特性及特征频率;最后,在保持原电机输出平均转矩的前提下,提出一种混合磁极转子结构来削弱低阶电磁激振力谐波分量进而抑制电磁振动。结果表明,优化后的电机在保持良好转矩性能的同时,电磁振动得到了有效抑制,并通过样机实验验证了仿真结果的有效性。

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02.考虑磁桥非线性的内置式永磁同步电机空载电磁性能通用解析模型

提出一种将子域法及等效磁路法相结合的新型解析模型,可在计及磁桥饱和的情况下,计算具有任意极槽配合的V型/U型/一字型内置式永磁电机的空载电磁性能。建模时首先根据转子结构将永磁体进行等效,以便于各子域的建立;为了考虑转子磁桥处的饱和,采用等效磁路法来计算磁桥处的磁导率,以便于相应子域边界条件方程的建立。电机无槽时的空载气隙磁通密度分布可以通过求解各子域交界面处边界条件方程组得到,然后通过保角映射的方法可考虑定子开槽的影响。该文所提模型可用于计算内置电机的空载气隙磁通密度分布、反电动势及齿槽转矩。将模型计算结果与实验测试及有限元计算结果进行对比,验证了所提出模型的有效性。与有限元法相比,该文所提模型具有建模速度快、耗时短,同时可达到近似精度的优点,这为相关电机的初始设计及优化带来了方便。

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03.随机频率三角波注入永磁同步电机无位置传感器降噪控制

对于永磁同步电机(PMSM)而言,高频信号注入法是一种有效的零低速无位置传感器控制方法。然而,注入的高频信号会带来严重的可听噪声问题,无法满足舰船推进等高端领域的应用要求。为此,该文提出随机频率三角波电压注入无位置传感器控制方法,解决了PMSM的噪声问题。以两个不同频率的三角波电压信号为基础,遵循伏秒面积相等原则,通过线性同余法生成随机数进行选择,合成随机频率的三角波电压信号。同时,将该随机频率信号注入到估计的转子参考系中,可以有效降低注入频率处的最大噪声,并拓展高频电流的功率谱密度(PSD),从而降低高频电流引起的可听噪声。此外,为了从感应电流中获取转子位置信息,提出了一种对应的信号解调方法。实验验证了该方法的可行性和有效性。

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04.永磁同步电机自构式模糊神经网络控制器设计

针对传统PID控制方法不能对电机在工况状态变化时做出快速反应的问题,结合模糊控制和神经网络的特点提出一种智能控制方法。依据模糊神经网络算法组成新的速度控制器代替传统的PID速度控制器。通过RBF神经网络辨识器给出永磁同步电机的Jacobian信息,传递给模糊神经网络控制器,以此解决算法中转速对网络输出的偏导项无法计算的问题。通过自构式反馈来修正网络的拓扑结构,确定模糊神经网络中隐含层的神经元个数,避免因隐含层神经元个数设定不当引起欠拟合或过拟合。仿真和实验的结果表明,电机在启动时能够快速平稳地达到给定转速,超调量和稳态误差小,转矩脉动小、响应迅速。突加负载时速度变化量小且能快速回归平稳运行,突变转速时能快速稳定在变化后的给定转速。

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05.基于神经网络和粒子群算法的永磁同步电机运行与振动性能优化

为了兼顾新能源驱动电机的运行性能和振动性能,对该型号驱动电机进行综合优化。采用数值计算方法分析8极48槽永磁同步电机的主要结构参数对电机运行性能和振动性能的影响,建立神经网络模型拟合电机结构参数与性能表现之间的映射关系,并基于测试数据集进行验证;使用粒子群算法优化电机的结构参数,从而获得驱动电机振动性能和运行性能之间的非劣最优解。优化后的电机与初始样机相比在驱动性能基本保持不变的基础上,转矩脉动和振动位移方面都有了明显的优化。

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06.考虑功率分配的混合供电型开绕组永磁同步电机过调制算法

针对混合供电型开绕组永磁同步电机系统因功率分配约束难以执行过调制的问题,提出一种考虑功率分配的新型过调制方法。首先分析了传统过调制方法对系统功率平衡的影响,定义了有功电压调制度,使过调制区在考虑功率分配的情况下得到更清晰的界定。为了平衡过调制区的功率分配以及保障不同调制区的平滑切换,基于重新界定的过调制区分别提出定子电压矢量和有功电压的过调制方法。实验结果验证了所提新型过调制方法的有效性和优越性。

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07.采用多级负载评估电梯永磁同步电机的退磁

为了研究电梯永磁同步电机的退磁状态评估,提出一种基于参数自调节滑模算法的永磁同步电机退磁故障检测方法,通过获取电机多级负载状态下的电压与电流数据,对电机的空载反电动势进行估算,并作为退磁评估依据。方法在使用传统滑模观测器(SMO)估算电机扩展反电动势的基础上,将不同负载下的永磁体的工作点变动及定子电阻、电感参数的变化纳入考虑,构建了电机空载反电动势估算误差方程。通过对滑模算法中的电阻、电感参数进行调节,来抵消上述因素的影响,进而实现对电机空载反电动势的获取,并根据电阻、电感参数对估算结果的不同影响特性,实现了电阻与电感参数的自调节。经过仿真分析与实验验证,该方法能够在无须测量编码器数据的前提下,对电机内部永磁体的性能进行量化分析,方法适用于局部退磁与均匀退磁两种故障类型,且准确度高,可用于电梯永磁同步电机外置退磁检测。

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08.基于改进迭代田口法的双余度永磁同步电机优化设计

针对双余度永磁同步电机(DRPMSM)的多目标优化设计问题,该文采用Pearson相关系数分析法,在参数敏感度分析的基础上,提出一种改进迭代田口法的多目标优化设计方法。该方法利用单余度模式下的田口法优化设计结果作为双余度模式下优化因子水平取值的依据,对优化因子的水平取值进行了优化选择。既考虑了各工作模式下的优化设计,又解决了不同水平值之间无法寻优的问题。以800 W双余度永磁同步电机为例,利用有限元仿真,对比分析了优化前后的效率、转矩等关键性能参数,验证了所提优化方法的有效性。最后,制作了实验样机,实验测试结果与优化设计结果有较高的吻合度,证明该文所提出方法可有效解决多余度电机的多目标优化设计问题,拓宽了对于该类电机的优化设计思路。

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