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双定子电励磁双凸极电机的起动控制

中国电机工程学报 2010年第24期30卷 88-94页

作者：官文锋陈志辉陈明严仰光航空电源航空科技重点实验室(南京航空航天大学) 江苏省南京市210016

研究双定子电励磁双凸极电机的起动控制,改进电机结构,降低了起动时的转矩脉动。在理论分析的基础上利用基于转速变化的阶段性角度控制方法:低速采用标准角度控制;中高速采用角度随转速变化的提前角度控制,可提高电机在该速段的输出转... 详细信息

研究双定子电励磁双凸极电机的起动控制,改进电机结构,降低了起动时的转矩脉动。在理论分析的基础上利用基于转速变化的阶段性角度控制方法:低速采用标准角度控制;中高速采用角度随转速变化的提前角度控制,可提高电机在该速段的输出转矩。完成了18kW电励磁双凸极起动/发电系统的样机制作,对系统进行了相关的前期实验及配套航空发动机对发动机进行冷热开车实验。实验表明:该系统的起动控制策略正确有效,起动转矩平滑,所需电源容量小,效率高,具有良好的起动性能。

关键词：电励磁双凸极电机起动/发电系统标准角度控制提前角度控制

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无刷直流起动/发电系统的起动控制

南京航空航天大学学报 2007年第4期39卷 423-428页

作者：戴卫力王慧贞严仰光南京航空航天大学航空科技航空电源重点实验室南京210016

介绍了用于某型飞机的无刷直流机载起动/发电系统。该系统的起动/发电机采用电励磁双凸极电机,文中通过改进电机结构降低了起动时的转矩脉动,在理论分析的基础上提出了基于转速变化的阶段性角度控制:低速采用标准位置查询起动,中高速采... 详细信息

介绍了用于某型飞机的无刷直流机载起动/发电系统。该系统的起动/发电机采用电励磁双凸极电机,文中通过改进电机结构降低了起动时的转矩脉动,在理论分析的基础上提出了基于转速变化的阶段性角度控制:低速采用标准位置查询起动,中高速采用随转速变化自动改变提前角的角度控制方式,使起动机工作在最佳状态。最后,完成了18 kW无刷起动/发电系统的样机制作及航空发动机的冷开车试验。试验表明:该系统的起动控制策略正确有效,起动转矩平滑,所需电源容量小,效率高,具有良好的起动性能。

关键词：起动/发电系统双凸极电励磁电机标准角度控制提前角度控制

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72V电励磁双凸极起动系统的研究

72V电励磁双凸极起动系统的研究

作者：陆凯成南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着电力电子技术和电机控制技术的飞速发展，飞机低压直流起动/发电系统实现无刷化以取代目前广泛使用的有刷直流起动/发电系统成为可能。直流无刷系统用电子换向代替机械换向，有效避免了直流有刷系统碳刷磨损、高空换向困难、散热困... 详细信息

随着电力电子技术和电机控制技术的飞速发展，飞机低压直流起动/发电系统实现无刷化以取代目前广泛使用的有刷直流起动/发电系统成为可能。直流无刷系统用电子换向代替机械换向，有效避免了直流有刷系统碳刷磨损、高空换向困难、散热困难等缺陷。本文首先阐述了起动/发电系统进行无刷化改造的重要意义，然后介绍了国内外无刷起动/发电系统的发展和研究现状，重点介绍了国内双凸极起动/发电系统的发展。电励磁双凸极电机是一种新型的双凸极电机，具有结构简单、可靠性高、功率密度大、控制灵活等特点。本文对三相12/8极电励磁双凸极电机的结构进行了分析，介绍了采用双定子结构的优点;接着对电励磁双凸极电机的输出转矩进行了数学分析，推导了线性电感模型下的转矩公式;为了找出提前角度控制下的最优提前角度大小，使用有限元分析软件Ansoft对电机进行了起动仿真，得出了不同转速和不同斩波限时最佳提前角度的大小。接着详细介绍了以电励磁双凸极电机为电机本体的72V起动系统的硬件电路和控制软件流程。硬件部分主要介绍了控制电路、驱动电路和功率主电路;软件部分介绍了整个起动流程以及标准角度控制和提前角度控制策略的流程。本系统在完成力矩台模拟起动实验后，进行了某型国产飞机发动机的冷、热开车试验，获得了成功，验证了系统具有足够的起动能力。

关键词：电励磁双凸极电机无刷起动系统标准角度控制提前角度控制冷、热开车

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电励磁双凸极电机转矩性能优化策略研究

电励磁双凸极电机转矩性能优化策略研究

作者：廖带莲南京信息工程大学

学位级别：硕士

电励磁双凸极电机(Doubly Salient Electro-magnetic Machine,DSEM)具有结构简单、成本低、可靠性高和高速运行能力强等诸多优点,在航空航天、工业驱动等领域有着潜在的优势。但特殊的定转子结构使得电机呈显著的非线性、强耦合特征,在... 详细信息

电励磁双凸极电机(Doubly Salient Electro-magnetic Machine,DSEM)具有结构简单、成本低、可靠性高和高速运行能力强等诸多优点,在航空航天、工业驱动等领域有着潜在的优势。但特殊的定转子结构使得电机呈显著的非线性、强耦合特征,在高速运行时存在响应速度慢、输出转矩小、转矩脉动较大等问题,阻碍了双凸极电机的发展。鉴于此,本文以优化双凸极电机驱动系统输出转矩性能为研究目标,对电机控制策略进行了详细的分析,并研究了改进方法,有效的提升了电机驱动系统的转矩性能。首先,讨论了电励磁双凸极电机常用的角度控制策略,包括三状态、六状态和九状态角度控制策略。考虑到前两种控制策略是九状态角度控制策略的特殊情况,本文详细分析了九状态角度控制策略的运行模态。另外,分析了方波控制和多重正弦叠加控制的工作原理,并搭建了Maxwell+Simplorer仿真模型,为后续转矩优化策略研究提供基础。其次,为了降低提前角度选取难度,提升电机输出转矩,本文研究了一种提前角度自寻优控制方法。在采用方波控制下,探讨了提前角度的选取对电机输出转矩的影响,发现提前角度偏大或偏小都会降低电机转矩输出能力,并且在全局范围内提前角度存在最优数值。进一步,建立了电机输出转矩、电枢电流包围面积和提前角度三者的关系。在此基础上,对提前角度实施固定步长的扰动,对比不同提前角下电机输出转矩的相对大小,以此寻得电机输出转矩最大时对应的提前角度。通过仿真验证了提前角自寻优控制方法能有效简化提前角度的选取,提升电机输出转矩。再次,针对多重正弦叠加控制电机输出转矩存在较大的3次脉动问题,本文研究了一种基于励磁电流注入的转矩脉动抑制方法。采用傅里叶级数推导了电机时域转矩模型和转矩脉动模型,该模型可量化分析电机驱动系统输出转矩和3次转矩脉动产生机理。在此基础上,推导了励磁电流注入的幅值和相位,并设计了具体实现方案。通过仿真验证了励磁电流注入方法有效的减小了电机转矩脉动。最后,基于12/8电励磁双凸极电机实验平台,分别验证了所研究的提前角自寻优控制方法和基于励磁电流注入转矩脉动抑制方法的可行性和有效性。

关键词：电励磁双凸极电机提前角度控制输出转矩转矩脉动励磁电流注入

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电励磁双凸极电机转矩脉动抑制策略研究

电励磁双凸极电机转矩脉动抑制策略研究

作者：葛文璟南京航空航天大学

学位级别：硕士

电励磁双凸极电机是一种高可靠性的新型无刷直流电机,转子上无绕组和永磁体,具有结构简单、功率密度高、调速范围宽、适合高温条件运行等特点,因而有广阔的应用前景。然而因为双凸极电机存在较为剧烈的转矩脉动,其在高精度或噪声敏感场... 详细信息

电励磁双凸极电机是一种高可靠性的新型无刷直流电机,转子上无绕组和永磁体,具有结构简单、功率密度高、调速范围宽、适合高温条件运行等特点,因而有广阔的应用前景。然而因为双凸极电机存在较为剧烈的转矩脉动,其在高精度或噪声敏感场合中的应用受到限制。目前,研究人员针对电励磁双凸极电机的换相转矩脉动抑制策略已经取得一些研究成果,但对其非换相转矩脉动的抑制方法很少展开研究。无论是换相转矩脉动还是非换相转矩脉动,都会造成电机振动,使电机产生噪声和速度波动,因此对电励磁双凸极电机的转矩脉动抑制策略进行研究具有重要的实际意义。本文首先回顾了电励磁双凸极电机的发展历程及其在本体、电动及发电方面的研究现状,着重介绍了电励磁双凸极电机在转矩脉动抑制技术方面的研究成果,阐述了三相电励磁双凸极电动机的数学模型与工作原理。然后详细分析了电励磁双凸极电机产生转矩脉动的原因,针对由反电势畸变造成的非换相转矩脉动,提出了一种基于平均输入功率控制的系统控制方法,同时将所提控制方法与提前角度控制策略相结合来抑制电机的换相转矩脉动,并研究了其换相时的电流与转矩特性。最后本文搭建了基于平均输入功率控制的电励磁双凸极电机电动系统MATLAB仿真模型,仿真结果表明了理论分析的正确性与所提系统控制方法的有效性;并且根据控制原理搭建了电励磁双凸极电机电动运行硬件实验平台,设计了相应的电动运行程序,对平均输入功率控制进行实验验证,并与转速、电流双闭环控制进行对比,实验对比结果表明平均输入功率控制可以有效消除电励磁双凸极电机的非换相转矩脉动,并对提前角度控制下换相时单相出力造成的转矩缺口进行补偿,同时可以降低提前角度选取难度。

关键词：电励磁双凸极电机转矩脉动抑制反电势畸变平均输入功率控制提前角度控制

18kW电励磁双凸极电机起动/发电一体化系统的研究

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18kW电励磁双凸极电机起动/发电一体化系统的研究

作者：陈明南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着飞机的飞行高度和速度的不断提升,起动/发电系统的无刷化、高速化和高功率密度将成为未来飞机起动/发电系统的发展方向。电励磁双凸极电机作为一种新型无刷电机,具有结构简单、可靠性高和控制灵活等优点,尤其是作为发电机运行时,只... 详细信息

随着飞机的飞行高度和速度的不断提升,起动/发电系统的无刷化、高速化和高功率密度将成为未来飞机起动/发电系统的发展方向。电励磁双凸极电机作为一种新型无刷电机,具有结构简单、可靠性高和控制灵活等优点,尤其是作为发电机运行时,只需把三相绕组外接整流电路,通过调节励磁电流就能输出需要的直流电压值,这些特点使电励磁双凸极电机成为未来起动/发电机的重要选择。以航空应用为背景,为实现对某型国产起动/发电机的无刷化和增容改造,本文研制了一套电励磁双凸极无刷起动/发电机系统。文中首先介绍了飞机无刷起动/发电机的发展历程和趋势,然后分析了电励磁双凸极电机的结构特点,建立了数学模型,分别阐述了电励磁双凸极电机作为电动机和发电机的工作原理,并应用ANSOFT软件分析了样机在空载和加载时的磁场分布、磁链和反电势的变化规律。为了减小整个系统的体积和重量,对起动、发电系统的硬件电路进行了一体化集成设计。起动时利用DSP实现数字电路控制,根据电机转速不同,分阶段采用标准角度和提前角度控制;发电时使用了模拟调压器,采用电压负反馈和励磁电流补偿双闭环的控制策略,励磁电流主电路采用不对称半桥结构,这些策略保证了调压系统具有较好的稳态和动态特性。完成系统的设计后,对样机进行了地面模拟起动和发电实验,实验结果表明起动效果达到原有有刷电机的起动能力,调压电路具有良好的动态和静态性能。最后,成功进行了发动机的冷、热开车试验,为系统的进一步深入研究和开发奠定了坚实的基础。

关键词：电励磁双凸极电机起动/发电一体化系统标准角度控制提前角度控制不对称半桥冷、热开车

电励磁双凸极电机起动/发电系统关键技术研究

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电励磁双凸极电机起动/发电系统关键技术研究

作者：杨红军南京航空航天大学

学位级别：硕士

为国产某型飞机的技术改造,实现飞机起动/发电机的增容和无刷化,需要研制新型的电机。电励磁双凸极电机是一种新型的无刷直流电机,它具有结构简单、高可靠性、较高的能量密度和高速运行能力等优点。电励磁双凸极电机应用于起动/发电系... 详细信息

为国产某型飞机的技术改造,实现飞机起动/发电机的增容和无刷化,需要研制新型的电机。电励磁双凸极电机是一种新型的无刷直流电机,它具有结构简单、高可靠性、较高的能量密度和高速运行能力等优点。电励磁双凸极电机应用于起动/发电系统具有良好的前景。本文首先阐述了电励磁双凸极电机的结构、工作原理及其数学模型。接着应用有限元分析法和MATLAB数学工具,分析比较不同转子结构的电励磁双凸极电机的静态特性。为了减少系统的体积、重量及简化控制电路,本文对起动/发电系统的主功率变换器、励磁功率电路进行了一体化设计。重点介绍了起动控制系统的硬件设计以及软件设计思想和设计流程,及实现起动过程中的自动提前角度控制方法。然后针对发电系统低压、大电流特点,设计新的调压器。建立了调压系统的频域模型,又进行了仿真。最后,对起动/发电系统进行调试,考察起动控制策略合理性和发电系统静态、动态性能。通过了某型航空发动机的热开车试验,验证了该系统的各项性能指标已经达到基本要求。

关键词：电励磁双凸极电机起动/发电系统有限元提前角度控制调压器热开车