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中国电机工程学报 2018年第3期38卷 899-908页

作者：董震于泳王勃张旭徐殿国哈尔滨工业大学电气工程与自动化学院

充分利用直流母线电压是提升感应电机输出转矩的有效途径。传统电压闭环方法在进行电压极限圆拓宽时,必然会出现windup问题,这将导致系统动态响应变差并影响转矩输出。该文提出一种基于Anti-Windup的感应电机高速弱磁最大转矩提升策略,... 详细信息

充分利用直流母线电压是提升感应电机输出转矩的有效途径。传统电压闭环方法在进行电压极限圆拓宽时,必然会出现windup问题,这将导致系统动态响应变差并影响转矩输出。该文提出一种基于Anti-Windup的感应电机高速弱磁最大转矩提升策略,通过空间矢量脉宽调制算法过调制前后矢量合成的作用时间进行闭环弱磁,运用梯度下降法校正励磁电流给定。在提高直流母线电压利用率的同时,缓解了电流调节器的失控问题。仿真和对比实验结果表明,该文方法实现了最大转矩的提升,加快了电机升速过程。

关键词：感应电机转矩提升电压拓宽 windup现象高速弱磁控制

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转矩提升包括手动提升和自动提升，本质上改变的是V／F曲线

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电气应用 2010年第4期29卷 16-17页

作者：李明才希望森兰科技股份有限公司

变频器V／F控制的转矩提升包括手动提升和自动提升，也有在加减速阶段的提升功能，转矩提升本质上改变的是V／F线。一般变频器预置有一些V／F曲线，例如降转矩负载用的V／F曲线、多段折线形式的V／F曲线、恒转矩V／F曲线等。

关键词： V/F曲线转矩提升自动提升手动 V/F控制变频器加减速折线形

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基于定子电压矢量定向的转矩提升方法研究

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微电机 2010年第1期43卷 26-28,37页

作者：于泳熊文凯陈伟徐殿国哈尔滨工业大学电气工程系哈尔滨150001

感应电动机定子电阻压降导致V/F控制系统低速时的输出转矩下降,严重影响了V/F控制系统的低速性能。在分析现有转矩提升方案的基础上,提出了一种新颖的转矩提升方法。通过基于定子电压矢量定向的旋转坐标变换,可以实现定子电流的解耦,从... 详细信息

感应电动机定子电阻压降导致V/F控制系统低速时的输出转矩下降,严重影响了V/F控制系统的低速性能。在分析现有转矩提升方案的基础上,提出了一种新颖的转矩提升方法。通过基于定子电压矢量定向的旋转坐标变换,可以实现定子电流的解耦,从而方便地得到定子电阻压降补偿量。该方法只需知道定子电阻值,实现简单。实验结果表明:采用补偿方案后,电机起动性能良好,电机能在1 Hz满载平稳运行。实验结果验证了该转矩提升方案的有效性。

关键词：恒压频比控制转矩提升定子电压矢量定向定子电流解耦

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LCI驱动同步电机转矩提升控制策略研究

LCI驱动同步电机转矩提升控制策略研究

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作者：张婉莹哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

在抽水蓄能电站等大功率电气传动应用中,电励磁同步电机相比其他电机具有带载能力强、可弱磁调速和单机容量大等突出优势。目前电励磁同步电机一般采用变频起动方式以降低直接起动电机对电网的冲击,负载换流逆变器(Load Commutated Inve... 详细信息

在抽水蓄能电站等大功率电气传动应用中,电励磁同步电机相比其他电机具有带载能力强、可弱磁调速和单机容量大等突出优势。目前电励磁同步电机一般采用变频起动方式以降低直接起动电机对电网的冲击,负载换流逆变器(Load Commutated Inverter,LCI)由于采用晶闸管作为开关器件具有高性价比、功率容量大的特点,尤其适用于大功率交流传动调速系统。六脉动LCI拓扑是最为常见的结构,在这种拓扑结构下,LCI驱动装置中含有丰富的谐波成分,且电机转矩脉动也较大,采用多脉波LCI拓扑可有效改善上述问题。此外,在很多传动场合电机需要带负载起动,电机必须具有一定的带载能力,因此研究在电机启动过程中提高转矩输出十分具有意义和价值。本文首先分析了LCI驱动电机时产生电磁转矩的原理,给出了不同LCI拓扑下的电机转矩特性,并进行了比较分析。在Matlab/Simulink中建立了不同拓扑LCI驱动电励磁同步电机的模型,比较了电机的转矩特性及谐波等其他性能,充分证明理论分析的正确性,得出了采用多脉波LCI驱动控制策略可以提高电机平均电磁转矩,并减小转矩脉动率和网侧谐波含量的结论。其次,从LCI的逆变桥换流控制层面研究了改善电机转矩特性的控制策略。分析了负载换流逆变器的换流原理,推导了换相重叠角与电机功角数学模型,并提出了一种恒定换流剩余角控制方式,对恒e?控制下电机的电磁转矩特性进行了理论分析,与恒定换相超前角控制进行比较分析。为了分析验证该控制策略的可行性,在Matlab/Simulink中搭建相应的仿真模型。在恒定换流剩余角控制下,保证了LCI逆变桥换相可靠性,且改善了电机的转矩特性。最后,搭建了可变换多种拓扑结构的15KW电励磁同步电机驱动装置平台,进行了实验相关的硬件电路设计,包括直流母线电流检测电路、反电势深度滤波电路等。并基于DSP(TMS320F2812)控制平台设计了相关的软件控制算法。以此为基础,在多脉波LCI拓扑下对提出的LCI换流控制策略进行不同负载条件下的实验分析。实验结果验证了提出的控制策略的可行性与控制效果,改善了电机转矩特性。

关键词：恒定换流剩余角多脉波LCI控制转矩提升负载换流逆变器

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无轴承异步电机无速度传感器控制及其弱磁区域转矩提升研究

无轴承异步电机无速度传感器控制及其弱磁区域转矩提升研究

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作者：方文昕江苏大学

学位级别：硕士

随着现代农业装备和高端生产工艺在高速、高精方面要求不断提高,传统异步电机在实际运转状态下会因机械磨损和液体腐蚀而改变原有性能,降低运行效率。无轴承异步电机(A bearingless induction motor,BL-IM)将径向悬浮力绕组叠加到定子... 详细信息

随着现代农业装备和高端生产工艺在高速、高精方面要求不断提高,传统异步电机在实际运转状态下会因机械磨损和液体腐蚀而改变原有性能,降低运行效率。无轴承异步电机(A bearingless induction motor,BL-IM)将径向悬浮力绕组叠加到定子绕组中,可同时实现悬浮与旋转功能。具有无摩擦磨损、气隙均匀、无需润滑、转矩脉动小和使用寿命长等优点,在半导体工业、飞轮储能、农用发电机以及磁悬浮离心泵等领域有着广阔应用前景。本文就围绕BL-IM数学模型、无速度传感器运行、弱磁区域转矩提升和数字控制系统等方面开展研究,其主要内容与创新成果如下:1.在综述BL-IM研究背景、研究现状和国内外发展趋势的基础上,着重阐述了无速度传感器控制和弱磁区域转矩提升策略,分析了BL-IM运行原理并建立其数学模型。基于该模型,搭建了气隙磁场定向解耦控制系统,为BL-IM平稳运行奠定了基础。2.为实现BL-IM低成本无传感器运行控制,提出了一种转速自适应磁链观测器的无速度传感器控制策略。该策略采用小信号线性化方法来分析观测器的稳定性,其次,在构建被控对象全阶模型的基础上,设计出含被测对象变量的反馈环,构成降阶速度观测器以实现电机转速自辨识。3.为实现BL-IM定子磁场定向的矢量控制系统在弱磁区域最大转矩输出(Maximum Torque Output,MTO),提出一种磁通前馈弱磁控制策略。该策略基于BL-IM在弱磁区域运行时定子磁场定向的限制条件和电流的动态特性,将弱磁区域划分为两个部分,并根据转差率的变化规律得出了电机最优磁通数学模型。从而实现了在超过额定转速时BL-IM在整个弱磁区域输出的转矩提升。4.构建了以数字信号处理器为核心的BL-IM数字控制系统实验平台。对电机转矩和悬浮力进行实验,并且对实验波形进行了分析比较。结果表明该数字控制系统能实现BL-IM稳定运行,同时具有优良的悬浮特性。

关键词：无轴承异步电机无速度传感器转矩提升弱磁控制数字控制

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基于过调制的永磁同步电机弱磁区转矩提升控制策略研究

基于过调制的永磁同步电机弱磁区转矩提升控制策略研究

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作者：王林之哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

永磁同步电机具有高效率和高功重比的优点,被广泛应用于航空航天、轨道交通、电动汽车等应用领域。这些现代工业应用场景对电机的高运行转速提出了要求,电机转速若要突破基速的限制,需要对电机进行弱磁控制,使其能够从恒转矩区运行到恒... 详细信息

永磁同步电机具有高效率和高功重比的优点,被广泛应用于航空航天、轨道交通、电动汽车等应用领域。这些现代工业应用场景对电机的高运行转速提出了要求,电机转速若要突破基速的限制,需要对电机进行弱磁控制,使其能够从恒转矩区运行到恒功率区。此外,在实际工业需求中电机控制系统的转矩输出能力也备受关注。为了保证安全,实际工作电流不能超过最大电流,因此为了提升弱磁区内的最大转矩就需要采用电压拓展的方式。将过调制算法引入到PMSM高速弱磁控制系统中,以提升电机的极限转矩输出能力,但是传统过调制算法会引入以六次谐波为主的严重电流谐波。针对过调制引入的电流与转矩谐波问题,本文对永磁同步电机弱磁区的转矩提升进行了深入研究,从实际工作需求的角度出发,设计了新的过调制弱磁控制框架,在保持系统高动态性的同时,实现了电流控制性能的实质性提升。论文具体内容如下:根据永磁同步电机高速运行时的约束条件设计了基于电压闭环的永磁同步电机弱磁控制系统,初步拓宽了转矩输出能力与转速范围。为了进一步提升转矩的极限输出能力,设计了从内切圆电压到六拍运行的完整过调制算法,搭建了具有六拍弱磁能力的永磁同步电机驱动系统。通过实验证明了固定的以六拍电压基波幅值作为参考电压的过调制弱磁算法在提升转矩能力的同时,也会引入严重的转矩谐波。其原因在于,传统的过调制算法电压闭环回路中参考电压设置为六拍电压基波幅值,导致不论实际工作情况如何逆变器始终输出六拍电压。从这一角度考虑,冗余的过调制是造成转矩谐波进一步增大的根本原因。为了减小冗余过调制,降低传统过调制弱磁算法的转矩谐波,通过弱磁环参考电压调整的方式对调制度进行控制,设计了基于参考电压调整的永磁同步电机过调制策略与基于工作象限匹配的过调制区转矩提升策略。基于减小调制度的思想,本文首先设计了六拍电压-内切圆电压切换法,通过逻辑模块输出内切圆参考电压或者六拍参考电压,初步实现了参考电压的动态调整。为了使得参考电压可以实现从内切圆电压到六拍电压基波幅值的连续变化,又设计了三种参考电压,然后通过转速误差或者定子电流的状况进行判断后输出,得到基于参考电压调整的过调制控制策略,分为转速优先方式与电流优先方式。所提算法可以在保证动态过程参考电压给定最大的前提下降低稳态时由多余过调制引入的转矩谐波,其有效性通过仿真与实验得到了证明。这种控制方式存在的问题在于,由于判断优先级的存在,导致不论转速优先方式还是电流优先方式均不能实现某些工作情况下的最优参考电压给定。为了解决参考电压无法与实际工况进行精确匹配的问题,提出了基于工作象限匹配的过调制区转矩提升策略。定量分析了所设计的三种参考电压的转矩范围,结合其设计过程可以得到这三种参考电压的特点。为了同时利用三种参考电压并将其应用到最合适的工作情况,根据转速误差与定子电流的不同情况将工作情况分为四个区间,即为本文提出的工作象限的概念,再根据三种参考电压的特点将它们运用到最合适的工作象限中,设计逻辑模块进行判断与输出,从而得到基于工作象限匹配的过调制区转矩提升策略。所提出的方法可以根据实际工作象限动态调整参考电压,在保证动态过程快速性的同时降低稳态时的转矩谐波。在2.2k W永磁同步电机对拖实验平台上验证了所提算法的有效性。

关键词：永磁同步电机驱动弱磁控制过调制控制参考电压调整工作象限匹配转矩提升

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