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电气化行业的最新科研集锦(二十六)

2023-12-29


01.基于超螺旋观测器的SPMSM无传感器控制

提出一种基于超螺旋观测器的无传感器控制方案。设计了超螺旋观测器并使用锁相环提取转子位置和转速信息,对反电动势滤波并补偿估计转子位置以减小相位滞后。仿真和实验表明,该方法较传统滑模观测器观测反电动势正弦度更高、观测转子位置和转速抖动更小,具有一定的抗外部扰动能力。

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01.高速永磁同步电机调速系统扰动抑制策略

为了提高高速离心压缩机驱动电机调速系统的抗扰性能,提出自适应非奇异终端滑模控制的无模型控制方法。设计自适应非奇异终端滑模控制律,引入速度误差变量,采用非奇异终端滑模面,使系统状态变量根据距离平衡点自适应调节,建立无模型超局部模型,设计速度控制器。以额定功率60 kW、额定转速45 000 r·min-1的高速离心压缩机系统为对象,对方案的控制效果进行了验证。仿真结果表明:在电机参数发生摄动、负载产生扰动时,该方法可以有效提高系统抗干扰性,减小电机转速波动。

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02.新能源车永磁同步电机定子振动分析与结构优化

采用电磁振动联合仿真分析的方法,对新能源车8极48槽永磁同步电机振动进行研究,利用Maxwell电磁分析软件建立电机2D模型,得到引起电机振动的主要来源——径向电磁力的时空变化曲线.利用ANSYS有限元分析软件将计算得到的电磁力作为激励源耦合到电机的定子齿表面进行振动仿真分析,发现定子在受到4 300 Hz的激励频率时,振动加速度幅值明显高于其他频率;利用计算模态分析法求解对电机定子的前8阶模态参数,发现引起定子振动幅值最大处的激励频率恰好与定子第7阶模态频率相近;对定子进行结构优化,结果表明,定子表面加速度幅值明显减小.分析结果可以为后续的电机磁路设计和结构优化设计提供数据参考。

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03.降低永磁同步电机滞环控制电流波动的方法研究

针对PMSM滞环电流控制(Hysteresis Current Control, HCC)电流波动问题,提出了一种采用电压计算来降低电流波动的方法。当电流在磁滞的误差范围内时,输出不连续积分的d,q轴电压,仅在不需要电流变化时积分器进行积分。经过适当的计算,电机电流将在误差范围内直接跟踪给定值,电流的稳态波动较小,不受误差大小的影响。同时指出了数字迟滞计算方法中的PWM输出延迟问题,根据三相电压的耦合关系和PWM波形的中心对称性,提出了一种执行延迟补偿策略,该补偿方法对系统参数和测量噪声不敏感。仿真和试验测试验证了所提出的控制策略。

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04.航空永磁电驱动系统比例谐振型自抗扰速度控制器设计

襟缝翼机电作动器是飞机高升力系统中的关键运动部件,其速度控制对襟缝翼的姿态调节十分重要。然而,襟缝翼机电作动器易受到翼面周期性或非周期性气动载荷干扰,传统的比例积分型速度控制器性能实现受限。为此,本文提出一种基于比例谐振自抗扰控制器(ADRC),在抑制非周期性干扰基础上还可抑制特定次周期性干扰。周期性干扰通过采用比例谐振控制的扩展状态观测器来估计。通过试验,比较了比例积分型控制器、传统线性自抗扰控制器和比例谐振型自抗扰控制器的控制性能,验证了本文所提出的方法可以显著抑制干扰、提高机电作动器的速度控制精度,为飞机平稳起降提供技术支撑。

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05.双并列转子永磁同步电机转矩脉动产生机理及抑制

 绕组损耗是高频变压器总体损耗的重要组成部分,是影响磁性元件体积、效率和温升的关键性参数。利兹线由于高频损耗小而广泛应用于高频变压器绕组,但其复杂的三维扭转结构导致绕组损耗的准确、快速计算十分困难。解析方法需要进行简化和近似处理,难以准确表征绕组的高频涡流特性,有限元数值方法需要对每匝绕组精细化建模,导致计算资源耗费严重。采用具有等效复值材料特性的区域替代绕组区域的均匀化技术,能够实现二维磁场对涡流效应的表征,降低了精细化建模的计算成本。但等效区域的材料特性需要利用数值方法获得,增加了计算的复杂性。因此本文通过分析利兹线损耗机理,考虑利兹线截面形状对等效区域材料特性的影响,实现了圆形利兹线绕组等效复数磁导率的明确解析描述。建立了圆形利兹线绕组损耗计算模型,验证了等效复数磁导率计算邻近效应的准确性,实现了较宽频率范围内绕组损耗的准确预测。

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06.基于极弧系数和转子相对偏转角的并列双转子电机齿槽转矩削弱方法研究

为削弱并列双转子电机的齿槽转矩,提高电机性能,提出一种优化极弧系数和转子相对偏转角的方法.通过能量法推导解析齿槽转矩的产生原理,分别探讨了极弧系数和转子相对偏转角对电机齿槽转矩的影响;以三相8极36槽并列双转子电机为例,利用有限元软件对不同极弧系数和转子相对偏转角的电机进行建模仿真分析,最终得到最佳极弧系数和转子相对偏转角度.结果表明:选择合适的极弧系数和转子相对偏转角度,能够有效削弱齿槽转矩;优化后的电机齿槽转矩幅值降低了72.2%,空载反电势的3次和5次谐波幅值下降明显,电机的输出品质显著提高.该方法为同类型电机齿槽转矩的优化提供参考。

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07.非对称V形内置式永磁同步电机电磁特性分析

非对称磁极内置式永磁同步电机可以在不降低电磁转矩的情况下有效降低齿槽转矩和转矩脉动,拓宽调速范围,电机结构可靠,制作难度低,在转矩性能要求高的场合具有广泛的应用前景。为研究非对称磁极转子磁场偏转后引起的电机电磁特性的变化,建立了新的数学分析模型,结合有限元分析方法对不同磁极结构永磁同步电机的电磁性能展开分析。仿真结果表明:非对称磁极结构可有效降低内置式永磁同步电机的转矩脉动和齿槽转矩;磁极正向偏移后在最大转矩电流比控制策略下具有更宽的恒功率区调速范围。最后,给出了非对称磁极永磁同步电机在实际工程应用时控制策略的实现方法。

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08.机泵一体外转子潜油永磁同步电机设计与优化
设计机泵一体外转子潜油永磁同步电机,将螺杆泵整体嵌入电机内部,缩短系统长度,提高井下通过性。确定机泵一体采油系统方案,开展电机电磁及结构参数设计。针对电机,开展参数优化设计研究。基于传统田口法,提出田口迭代法,通过与遗传算法全局寻优结果对比,验证田口迭代法快速、准确的优化方法的合理性。对优化后的电机,开展有限元分析,计算其磁密、空载反电动势、转矩等性能,并进行了验证。

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