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电气化行业的最新科研集锦(二十七)

2024-01-15


01.无电解电容三相永磁同步电机驱动系统控制策略研究

无电解电容三相永磁同步电机驱动系统具有寿命长、功率密度高等优点。本文分析无电解电容三相永磁同步电机驱动系统的基本结构和工作原理;详细分析电网侧输入功率与电机交轴电流关系,提出q轴电流给定控制策略;利用直流母线电压限制电压条件,提出简单有效的d轴电流给定控制策略;为提高电网侧功率因数,提出加入陷波器滤除交直轴给定电压中的特定次谐波分量。仿真结果表明,该控制策略能够有效的降低电网侧输入电流畸变率。

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02.考虑铁损的同步磁阻电机最小损耗控制策略

传统电机模型忽略了转子铁损影响,导致电机在高速运行状态下最大转矩电流比控制(MTPA)效果变差,因此提出了一种考虑转子铁心损耗的同步磁阻电机(SynRMs)模型以及相应基于模型的控制策略。提出的电机模型从能量的角度出发,将产生于铁心上的各类损耗统一等效为一个铁损电阻的发热损耗,兼具了建模的准确性及简洁性。在此基础上,通过对电机运行时产生总损耗进行更为精确的数学分析,提出了考虑铁损的同步磁阻电机最小损耗(ML)控制策略。通过控制输入电流合理分配使稳定运行状态下电机损耗保持在最低,有效提升了运行效率。此外,所提出控制策略可有效降低控制器的计算量。最后,通过仿真和实验结果验证了所提出控制策略的可行性及有效性。

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03.永磁/磁阻混合转子双定子低速大转矩同步电机冷却及热管理技术研究

低速大转矩同步电机(LSHTSM)在诸多领域有着广泛应用,针对现有低速大转矩永磁电机内部空间未得到充分利用,转矩密度较低且永磁体成本高、易发生高温退磁等问题,研究了一种永磁/磁阻混合转子双定子低速大转矩同步电机。首先,介绍了电机的拓扑结构及机械结构,针对电机结构复杂、温度难以快速准确计算问题,建立了电机精确热网络温度计算模型,详细推导了电机各特殊结构件之间的热阻数学模型,解析计算了电机各部件稳态温度,总结了电机温度分布特点。其次,针对电机结构特殊、散热困难问题,设计了一种双水冷方式的冷却系统,研究分析了冷却系统结构参数对电机冷却效果的影响,总结了特殊结构电机冷却系统设计原则。最后,分别采用有限元仿真与实验方法验证了所建立热网络温度计算模型的准确性以及冷却系统的有效性。

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04.基于改进粒子群的开绕组永磁同步电机故障诊断方法

基于改进粒子群优化算法,通过对开绕组永磁同步电机数学模型的建立,对匝间短路故障进行诊断,得到系统的优化目标。利用Matlab/Simulink平台建立模型,对三相不平衡初步诊断方法及基于改进粒子群的优化算法进行仿真验证。仿真结果验证了分析方法和数学模型的正确性,并获得了永磁同步电机匝间短路故障模型的基本信息,从而准确得出出故障所在位置、系统优化的具体目标及故障容错等信息。该理论基础适用性强,可用于包含开绕组永磁同步电机的电动汽车、航天等众多领域。

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05.基于滑模观测器无位置控制的PWM整流技术

传统永磁同步发电机PWM整流技术通常采用机械式传感器获取准确的位置角度信息,但机械式传感器的安装会增加系统成本,其本身性能易受外界环境变化影响,从而导致系统的可靠性降低。在分析永磁同步发电机的双闭环前馈解耦控制方法后,提出了一种基于滑模观测器法的无位置控制策略。通过在每个PWM周期的电压电流值采用滑模观测器法对反电动势进行估计,从而利用锁相环确定其转子位置。仿真与实验结果均证明所提方法能正确有效地估计转子位置角,并使整流系统输出符合标准的电压波形。

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06.低速永磁同步电机转子偏心的抑制措施

为了减小低速永磁电机转子偏心对电机性能及结构强度造成的危害,以一台210 kW低速永磁电机为研究对象,建立低速永磁电机转子偏心下的不平衡磁拉力(UMP)模型,基于对模型的分析,提出辅助槽法及车削法两种抑制措施,并对其抑制效果进行计算分析。首先,依据静偏心与动偏心的特点,对静偏心下在转子偏向侧开定子辅助槽、动偏心下在转子偏向侧开转子辅助槽进行研究,计算分析辅助槽位置、槽高、槽宽、槽数量对偏心下UMP的影响规律,找出辅助槽最佳尺寸参数,并对其抑制效果进行计算分析。其次,对车削法对混合偏心的抑制效果进行计算分析,并校验车削后电机的空载反电动势。结果表明,采用定子辅助槽可将静偏心下UMP减小49.8%,采用转子辅助槽可将动偏心下UMP减小47.2%,采用车削转子法可将混合偏心下UMP减小81.95%,抑制效果显著。

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07.基于不等匝绕组的交替极永磁电机转矩脉动抑制技术
交替极电机的永磁体被凸极铁心替换会形成不对称的空载气隙磁密,导致气隙磁密偶次谐波,进一步在相反电动势中感应出偶次谐波,增加电磁转矩脉动。当交替极永磁电机的极槽配合符合Ns=k(2P±1)(k是正整数,Ns和P分别是定子槽数和转子极对数)时,相反电势中会存在偶次谐波。为此,提出不等匝绕组技术消除交替极永磁电机的低次反电势偶次谐波,抑制电磁转矩脉动。首先推导了消除2次和4次反电势谐波的最优比例,然后以27槽30极电机为例,采用2维有限元方法对比分析了交替极和传统永磁电机的反电势和转矩特性,结果表明,采用不等匝绕组的交替极电机转矩脉动仅为1.2%,与传统电机相比下降了7.84个百分点,最后加工了不等匝绕组27槽30极交替极永磁电机对对理论和有限元分析进行了验证。

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08.基于负载转矩滑模观测器的永磁同步电机转速复合PI控制

针对电动化工程机械用永磁同步电机(PMSM)频繁变转速、变负载扰动运行工况的需求,设计了一种复合PI控制器,以降低转速响应的超调。同时,为减小系统变负载扰动影响,提出一种负载转矩滑膜观测器,将其转矩观测值补偿到电流环的给定,实现对随动负载的快速响应,提升系统抗负载扰动性能。通过仿真与实验证明,设计的转速复合PI控制器能够可靠降低转速响应超调,提升系统抗负载扰动性能;提出的负载转矩观测器与前馈补偿控制算法,能够准确观测实时的负载扰动,补偿至电流环给定的负载扰动,有效减低了转速的波动,改善了动态性能。

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