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提高无刷直流电机转矩电流比的提前换相角研究

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防爆电机 2013年第2期48卷 6-8页

作者：高辉李科解放军电子工程学院安徽合肥230037

介绍了一种计算提前换相角以提高无刷直流电机转矩电流比的方法。无刷直流电机由电角度120°的方波电流所驱动,每转动60°电角度时,电机相电流必须换相一次。由于无刷直流电机绕组中的电感作用,相电流换相时会引起相位滞后且偏离理想方... 详细信息

介绍了一种计算提前换相角以提高无刷直流电机转矩电流比的方法。无刷直流电机由电角度120°的方波电流所驱动,每转动60°电角度时,电机相电流必须换相一次。由于无刷直流电机绕组中的电感作用,相电流换相时会引起相位滞后且偏离理想方波电流,这些非理想特性会减少电机的转矩电流比,改进换相的时间即通过计算提前换相角对电机进行提前换相可以提高转矩电流比。实验中对额定功率20W,额定转速20000r/min的无刷直流电机进行了仿真,结果证明了所提计算方法的有效性。

关键词：无刷直流电机换相转矩电流比提前换相角

基于高转矩电流比的开关磁阻电机DITC优化控制

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电气传动 2021年第5期51卷 64-69页

作者：许爱德黄乐鹏李倩妮商超亿朱景伟大连海事大学信息科学技术学院辽宁大连116026 大连海事大学船舶电气工程学院辽宁大连116026

针对开关磁阻电机在直接瞬时转矩控制(DITC)中电流上升初期峰峰值过高而导致转矩脉动增大和电机效率减小的问题,提出了一种基于脉宽调制(PWM)的DITC优化策略。该策略在传统DITC的基础上,依据最大转矩电流比(MTPA)的思想,分析得到电感斜... 详细信息

针对开关磁阻电机在直接瞬时转矩控制(DITC)中电流上升初期峰峰值过高而导致转矩脉动增大和电机效率减小的问题,提出了一种基于脉宽调制(PWM)的DITC优化策略。该策略在传统DITC的基础上,依据最大转矩电流比(MTPA)的思想,分析得到电感斜率的变化点为转矩电流比最大的点,以此对每相机械角进行扇区划分,在新划分的区间中进行导通规则优化,以此选择相应的电压矢量,并通过分段变占空比调制的方法得到最优的电压矢量,其中占空比-转速-负载函数关系式适用于不同转速、负载条件。将所提算法在一台三相12/8开关磁阻电机上进行了验证,与传统DITC相比,优化后的PWM-DITC不仅减小了转矩脉动,还在相同负载条件下降低了三相定子电流,提高了电机的转矩电流比。

关键词：开关磁阻电机直接瞬时转矩控制转矩电流比转矩脉动脉宽调制

一种优化开关磁阻电机换相区控制策略的高效率转矩分配函数

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电工技术学报 2024年第6期39卷 1671-1683页

作者：杨帆陈昊李晓东 Miguel Pablo Aguirre Muhammad Asghar Saqib 中国矿业大学电气工程学院徐州221116 新能源电动车技术与装备中东欧国家国际联合研究中心徐州221008 江苏省高校新能源发电与电动车国际合作联合实验室徐州221008 徐州市新能源电动车技术与装备重点实验室徐州221008 澳门科技大学创新工程学院中国澳门999078 布宜诺斯艾利斯工学院电子工程系布宜诺斯艾利斯B1636 巴基斯坦工程技术大学电气工程系讷瓦布沙阿44000

转矩分配函数被广泛应用于抑制开关磁阻电机的转矩脉动。然而,输入相转矩跟踪不足或者输出相产生较大的负转矩这两种情况通常会导致电机的转矩脉动难以得到有效抑制,并降低电机的运行效率。因此,为了能够有效降低电机的转矩脉动并提高... 详细信息

转矩分配函数被广泛应用于抑制开关磁阻电机的转矩脉动。然而,输入相转矩跟踪不足或者输出相产生较大的负转矩这两种情况通常会导致电机的转矩脉动难以得到有效抑制,并降低电机的运行效率。因此,为了能够有效降低电机的转矩脉动并提高电机的效率,提出了一种新型的转矩分配函数控制策略。在提出的转矩分配函数控制策略中,电机的换相区域分为两个区域。在前一区域中,通过降低输入相转矩分配的比例,可以实现输入相实际转矩快速跟踪参考转矩,电机的转矩脉动有效降低。同时由于在输入相电感变化率较低时减少输入相分配的转矩,从而输入相的峰值电流随之降低,电机的转矩电流比提高。在后一区域中,将输出相的电流在转子对齐位置附近处减小到0,以避免产生较大的负转矩。因此,在所提出的方案下,电机的转矩脉动得到有效抑制,电机的效率也得到了提高。为了验证该方法的有效性,在一台12/8三相开关磁阻电机上进行了仿真和实验。结果表明,所提出的转矩分配函数控制策略能有效降低开关磁阻电机转矩脉动,也能有效地提高开关磁阻电机的运行效率。

关键词：开关磁阻电机转矩分配函数负转矩转矩电流比效率

电励磁双凸极电机九状态转矩闭环控制策略研究

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中国电机工程学报 2023年第16期43卷 6441-6452页

作者：叶赛周波蒋思远熊磊张义军常青云赵佳琪江苏省新能源发电与电能变换重点实验室(南京航空航天大学) 江苏省南京市210016

针对电励磁双凸极电机(doubly salient electro-magnetic motor,DSEM)运行时存在的转矩脉动问题,提出1种九状态转矩闭环控制策略。该控制策略基于实际非线性电感模型,通过在电机反电势过零点进行状态切换,抑制由电流续流引起的换相转矩... 详细信息

针对电励磁双凸极电机(doubly salient electro-magnetic motor,DSEM)运行时存在的转矩脉动问题,提出1种九状态转矩闭环控制策略。该控制策略基于实际非线性电感模型,通过在电机反电势过零点进行状态切换,抑制由电流续流引起的换相转矩脉动,并在各相反电势负过零点附近区域引入传统的两相导通模态,以增加电机出力。分析DSEM在各个模态下相电流、转矩输出的变化特性,基于占空比分析论证所提控制策略的可行性,并总结换相角度对控制策略的影响。最后,通过实验验证所提控制策略能够有效抑制电机转矩脉动,具有良好的动态性能以及较高的转矩电流比。

关键词：电励磁双凸极电机九状态控制转矩闭环转矩脉动转矩电流比

电励磁双凸极电机基于SPWM的多重正弦叠加驱动研究

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电励磁双凸极电机基于SPWM的多重正弦叠加驱动研究

作者：田清钰南京航空航天大学

学位级别：硕士

电励磁双凸极电机(Doubly Salient Electromagnetic Machine,DSEM)是一种新型无刷直流电机,其结构简单,励磁绕组和电枢绕组均绕制在定子上,无永磁体制作成本较低,转子上无绕组,可直接驱动高速负载。DSEM可靠性高、功率密度高,在多电飞... 详细信息

电励磁双凸极电机(Doubly Salient Electromagnetic Machine,DSEM)是一种新型无刷直流电机,其结构简单,励磁绕组和电枢绕组均绕制在定子上,无永磁体制作成本较低,转子上无绕组,可直接驱动高速负载。DSEM可靠性高、功率密度高,在多电飞机、新能源汽车、风力发电等领域有广阔的应用前景。但DSEM具有较强的非线性特征,且在换相区不可避免地存在转矩跌落的问题,电机在高速运行时,电流脉动大、转矩电流比较小。本文主要研究DSEM的线性化建模方法,并在线性化模型基础上提出了新型驱动策略,实现了输出转矩特性的优化。本文首先介绍了DSEM的驱动系统及电动工作原理,在ANSYS中建立了电机本体有限元仿真模型,分析了电机静态特性和电机基本数学模型,介绍了基于分段线性模型提出的方波型驱动方法及其角度优化策略,并总结了其存在的问题。接着对有限元仿真结果进行傅里叶分析,并介绍了在此基础上的DSEM多域建模方法,包括时域傅里叶电感模型、时域平均转矩模型、复频域瞬时转矩模型和电压-电流高次谐波线性化模型。在此基础上,推导了最大转矩电流比(Most Torque per Ampere,MTPA)下的理想电流波形,提出了基于正弦脉宽调制(Sinusoidal Pulse Width Modulation,SPWM)的多重正弦叠加(Multiple Sine Wave Superposition,MSWS)定频驱动方法及零电流区间桥臂闭锁优化方法。通过将方波提前角驱动与本文提出的驱动方法从电枢电流脉动和电感利用情况两方面进行对比分析,阐述了所提驱动方法在抑制电流脉动、提高转矩电流比和抑制转矩脉动方面的优越性。最后搭建了基于SPWM的MSWS驱动的DSEM电动运行系统仿真模型,对提出的驱动方法在宽转速范围下进行仿真分析,并与方波提前角驱动的仿真结果进行对比,证明了基于SPWM的MSWS驱动的可行性和优越性;设计搭建了DSEM驱动系统实验平台,介绍了系统的软硬件相关设计,并进行了基于SPWM的MSWS驱动和方波提前角驱动的对比实验,验证了本文所提出的驱动方法在提高转矩电流比和抑制转矩脉动方面的有效性。

关键词：电励磁双凸极电机有限元分析线性化模型 SPWM 转矩电流比

电励磁双凸极电机正弦波驱动及控制优化策略研究

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电励磁双凸极电机正弦波驱动及控制优化策略研究

作者：章安璃南京航空航天大学

学位级别：硕士

电励磁双凸极电机(Doubly Salient Electro-magnetic Machine,DSEM)是一种新型高速电机,与开关磁阻电机(switched reluctance motor,SRM)结构相似,其定子和转子呈双凸极结构,转子内无绕组、永磁体,定子有励磁线圈,具有结构简单、成本低... 详细信息

电励磁双凸极电机(Doubly Salient Electro-magnetic Machine,DSEM)是一种新型高速电机,与开关磁阻电机(switched reluctance motor,SRM)结构相似,其定子和转子呈双凸极结构,转子内无绕组、永磁体,定子有励磁线圈,具有结构简单、成本低、可靠性高、转矩密度大的优点,在风力发电、电动汽车、航空航天等高速运行场合具有广阔的应用前景。但双凸极结构同时也带来了较强的非线性和耦合,与正弦电机不同,DSEM传统的驱动方法为方波电流驱动,但方波电流中存在基波与高次谐波之间的耦合,所以电机输出转矩中也存在多次谐波的耦合,导致转矩脉动较大且难以量化计算。而转矩脉动是电机振动噪声和转速波动的主要来源,较大的转矩脉动也限制了DSEM应用领域的进一步扩展。另外,由于在方波驱动下DSEM的电流和电感均为非线性的,所以其无法像正弦电机那样通过简单的帕克变换建立精确的线性模型,加大了控制的难度。基于上述问题,本文首先分析了方波驱动下常见控制方法对输出转矩的影响,并通过对励磁电感和电枢电流进行傅里叶分解,建立了线性的转矩-电流模型,通过该模型阐明了方波电流中大量无法独立控制的高次谐波会造成较大的转矩脉动,对平均转矩的贡献却很小,因此电枢电流中只含有基波的正弦波驱动能在不牺牲转矩电流比的前提下有效抑制转矩脉动。同时以主要次谐波转矩,即三次谐波转矩为对象,建立了正弦波驱动三次谐波转矩脉动计算模型,使得转矩脉动可以进行量化计算。在通过滞环电流控制实现正弦波驱动的基础上,为解决直流输入电压较低时电枢电流畸变的问题,提出了正弦波提前角控制策略;为解决正弦波驱动中上、下桥臂功率管开关频率不均衡问题,提出了频率均衡优化算法。随后,为解决滞环电流控制会给系统进一步引入非线性且电磁兼容设计困难的问题,本文基于高次谐波线性化的理论推导了DSEM相电压-电流表达式,在此基础上提出了正弦波驱动载波交截PWM控制,实现了DSEM的定频控制。最后,在以DSP和FPGA为核心控制单元的DSEM驱动系统实验平台上进行了实验,验证了本文所探讨内容的正确性。

关键词：电励磁双凸极电机转矩脉动正弦波驱动提前角控制转矩电流比

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一种高效率开关磁阻电机转矩脉动抑制方法

电工技术学报 2020年第9期35卷 1912-1920页

作者：卿龙王惠民葛兴来西南交通大学磁浮技术与磁浮列车教育部重点实验室成都611756

开关磁阻电机驱动系统(SRD)具有可靠性高、容错能力强等优点,但在运行过程中存在转矩脉动大的问题。针对此问题,该文研究了一种高效率开关磁阻电机(SRM)转矩脉动抑制方法。首先,基于SRM电感特性曲线构造一种简单的开通角选择函数,使SRM... 详细信息

开关磁阻电机驱动系统(SRD)具有可靠性高、容错能力强等优点,但在运行过程中存在转矩脉动大的问题。针对此问题,该文研究了一种高效率开关磁阻电机(SRM)转矩脉动抑制方法。首先,基于SRM电感特性曲线构造一种简单的开通角选择函数,使SRM后一相在能跟踪转矩给定的同时避免相电流峰值过大。然后,根据前后两相的转矩电流比将换相区分为两个子区间,在相应子区间优先选择转矩电流比较大的相提供转矩,并在换相结束阶段提前关断前一相,避免较大的相电流进入负转矩区域,从而实现高效率转矩脉动抑制。最后,将该方法进行仿真以及硬件在环测试,结果验证了该方案的可行性。

关键词：开关磁阻电机开通角选择直接瞬时转矩控制转矩电流比

扇区实时优化的开关磁阻电机直接转矩控制方法

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电工技术学报 2018年第19期33卷 4526-4534页

作者：曹鑫户红艳颜宁邓智泉南京航空航天大学自动化学院南京211106

基于开关磁阻电机(SRM)传统直接转矩控制方法,根据转子特定的位置信息,对电空间的划分进行重组和实时优化,使得优化后的扇区能够反映电机真实的工作状态,辅助电压矢量选择时也更加准确。同时,通过采用饱和电流解析模型,在线实时优化特... 详细信息

基于开关磁阻电机(SRM)传统直接转矩控制方法,根据转子特定的位置信息,对电空间的划分进行重组和实时优化,使得优化后的扇区能够反映电机真实的工作状态,辅助电压矢量选择时也更加准确。同时,通过采用饱和电流解析模型,在线实时优化特定的扇区宽度,最大程度地减少瞬时负转矩的产生,在实现转矩脉动抑制功能的同时提高电机的转矩电流比。仿真与实验结果均证实了所提方法的有效性。

关键词：开关磁阻电机直接转矩控制扇区优化转矩脉动转矩电流比

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电励磁双凸极电机电动运行策略研究

电励磁双凸极电机电动运行策略研究

作者：成晓宇南京航空航天大学

学位级别：硕士

电励磁双凸极电机(Doubly Salient Electro-magnetic Machine,DSEM)是一种可应用于起动/发电系统、电动汽车等场合的电机,其结构类似于开关磁阻电机,具有结构简单、控制灵活等优点,且转矩电流比和效率也相对较高。但由于双凸极电机显著... 详细信息

电励磁双凸极电机(Doubly Salient Electro-magnetic Machine,DSEM)是一种可应用于起动/发电系统、电动汽车等场合的电机,其结构类似于开关磁阻电机,具有结构简单、控制灵活等优点,且转矩电流比和效率也相对较高。但由于双凸极电机显著的非线性,无法像正弦供电的普通交流电机那样用经典的矢量控制方式,加上其凸极结构导致了不可避免的转矩脉动,且在高速运行时,系统存在电流脉动大,输出转矩小等问题。本文以DSEM驱动系统为研究对象,以优化其输出特性为目标,对其驱动策略做了详细的讨论分析和有针对性的改进,实现驱动系统的优化。双凸极电机作为一种非正弦供电电机,其驱动技术与传统正弦供电的电机存在较大差别。目前,DSEM主要采用提前角控制的驱动技术。本文首先介绍了DSEM的驱动系统组成,给出其有限元仿真模型,并基于仿真结果对电机输出转矩的组成和转矩脉动的产生原因进行了讨论。在此基础上展开分析了提前角度和电流参考值对转矩特性的影响,结合分析结果给出一种通过改变换相期间参考电流提高换相转矩的方法,该方法在提前角控制的基础上进一步抑制转矩脉动。另外,本文还对DSEM电枢电流脉动进行了研究。详细推导一个电周期内导通相的电流变化率,由于提前角区间电流变化率较大加上斩波方式选取不当,在系统延时的影响下会出现较大的电流峰值,对此现象进行了详细分析,并提出了新型的变占空比PWM双管斩波方法,以抑制提前角区间的电流峰值。同时,对提前角度的选取也做了一些讨论。分析提前角度对电枢电流波形的影响,进而影响输出转矩。由于在实际应用中很难通过解析计算得到提前角的精准数值,给出一种基于最大转矩电流比的提前角度自整定方法,使得提前角随工况的改变自动调节,实现电机的高转矩电流比运转以及系统的高效率运行。最后,设计并搭建了以DSP和FPGA为核心控制单元的高性能DSEM驱动系统实验平台,并在此基础上完成本文所探讨内容的实验验证。

关键词：电励磁双凸极电机转矩脉动变占空比PWM 提前角自整定转矩电流比