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电机与控制学报 2009年第06期杂志 文档列表

轴向磁场磁通切换永磁电机齿槽转矩分析787-791

摘要：为了有效削弱轴向磁场磁通切换永磁电机的齿槽转矩，采用能量差分法，建立了该种电机齿槽转矩的解析表达式，针对表达式中的电机结构参数，利用全场域三维有限元法，分析了一台三相12／10极轴向磁场磁通切换永磁电机在不同结构参数下的齿槽转矩，得到当定子齿宽、定子槽口宽与永磁体磁化厚度均占内径圆弧7．5°，转子齿宽占内径圆弧10．5°，且为准扇形齿时，该电机的齿槽转矩最小；在定子轭部铁心不饱和的情况下，齿槽转矩随定子厚度减小而减小，而受转子厚度的影响较小。综合考虑电机不同结构参数对齿槽转矩和感应电势的影响，得到了削弱轴向磁场磁通切换永磁电机齿槽转矩的有效方法，有效地改善了该电机的运行性能。

直驱型永磁同步风力发电机无传感器控制792-797

摘要：在分析直驱型永磁同步风力发电机数学模型的基础上，确定了一种基于滑模观测器和扩展卡尔曼滤波的转子位置和转速估计方法，并给出了系统控制策略。针对内埋式永磁同步电机直轴和交轴电感差别较大的特点，采用两相静止坐标系下的基于扩展反电动势的永磁同步电机滑模观测模型，并将耦合项作为扰动量进行解耦计算。采用卡尔曼滤波器以便滤除估计的扩展反电动势测量噪声分量，并增强其对于系统扰动和参数变化的鲁棒性。采用三相锁相环进行转子位置角和转速的提取。仿真和实验结果表明：该方法可以快速准确地得到转子位置和转速信息并应用于系统控制。

永磁同步电机磁链自适应控制798-803

摘要：针对永磁同步电机磁链变化时会对电机运行产生影响的问题，依据哈密顿反馈耗散理论，在磁场同步旋转坐标系下，选择定子电流和转子转速为系统状态变量，研究转子永磁体磁链变化时对电机转速的影响，并给出了基于哈密顿反馈耗散理论的磁链自适应估算方法。仿真结果表明：该方法能够准确地跟踪永磁体转子磁链变化的真实情况，对电机参数不敏感，鲁棒性强，在磁链发生改变的情况下控制器能够快速估算磁链的改变值，使电机转速实现快速稳定，达到了控制精确度要求。

异向旋转双机械口永磁电机磁路建模与场分析804-810

摘要：为研究单电口输入、双机械口输出异向旋转永磁同步电机的设计方法，对定子铁心中异向旋转磁场的耦合问题进行分析。介绍该电机的特殊结构和运行原理，针对双场耦合的特点，通过引入可变径向磁阻，建立等效磁网络图并化简得到等效磁路模型，并推导了磁阻计算方法，最后利用有限元分析方法验证等效磁路模型的正确性。等效磁路模型将双耦合磁场引起的并联磁路和串联磁路共同问题简化为单一的并联磁路问题。研究结果表明：转子异向旋转对气隙磁场影响小于5％，可以降低定子轭部的平均磁密。因此，设计该类电机时可在满足机械强度的情况下，尽可能地减小定子铁心的厚度。

基于母线电流传感器的相电流重构方法811-816

摘要：针对使用三相电压源型逆变器的直流母线电流传感器信息，重构电机相电流方法中存在非可测量区域的问题，在分析相电流重构基本原则和现有脉冲宽度调制（PWM）信号修整方法的基础上，提出了通过平移桥臂开关状态波形来修整PWM信号的方法，该方法不增加功率器件的开关损耗，且满足非零电压空间矢量最小作用时间的要求。应用空间电压矢量分析方法证明了修整后的PWM信号在一个开关周期内不改变参考电压的幅值及相位，从而保证了电机相电流具有低的谐波畸变率。以交流永磁电机驱动系统为例进行了实验研究，结果表明采用该方法在稳态和瞬态的情况下都能够精确重构电机相电流。

旋转式感应同步器零位误差的自动检测方法817-821

摘要：针对旋转式感应同步器中零位误差的检测和数据处理工作量大的问题，提出一种以高精度光学分度头作为角度基准的自动测量方法，首先对系统的前置放大器和相移电路进行误差分析，通过合理设计二级运放的增益提高输出信号的信噪比，采用移相网络的方法补偿参考信号与输出电势之间的相移，光学分度头的输出信号和感应同步器输出信号进行比较计算后得到误差信号，在感应同步器连续旋转工作时，实现对其零位误差的动态自动检测。实验结果表明，系统的误差检测精确度为峰一峰值1．1″，该方法可以实现旋转式感应同步器零位误差的高精确度检测。

直流侧采用C滤波的改进型低谐波输入三相整流器822-826

摘要：针对传统三相不控整流器接容性负载时网侧电流严重畸变，提出了一种直流侧采用C滤波的改进型低谐波输入三相整流器，该整流器由交流侧电感、三相不控整流桥、整流桥上桥臂并联电容以及直流侧滤波电容组成。分析了该整流器的工作原理，和原有的直流侧采用LC滤波的整流器进行了比较，并针对这两种整流器分别给出了其参数设计。实验结果表明通过增加交流侧辅助电感和电容的办法，可有效改善网侧电流波形；且直流侧采用C滤波的电路结构更加简洁、辅助元件取值较低，因而具有较优的综合性能，提高了该类型整流器的应用潜力。

基于MTPF永磁同步电动机直接磁链控制827-833

摘要：为了提高永磁同步电动机的调速性能，提出了基于最大转矩／磁链的定子磁链直接控制的方法，研究了基于空间矢量脉宽调制的永磁同步电动机过调制技术。在控制过程中磁链比较环节的定子磁链给定不再是一个恒定的值，而是根据负载转矩和给定转速来动态调整，从而通过直接控制定子磁链来实现转矩的控制。实验证明基于最转大转矩／磁链定子磁链直接动态控制方式要明显优于传统恒定磁链的直接转矩控制方式，定子磁链的动态控制减少了转矩建立的时间，无需电流控制器，具有减小磁链和转矩脉动的特点；直接磁链控制算法与过调制技术相结合后，在弱磁控制区也实现了快速的动态转矩响应特性。

变型蔡氏电路的混沌保密通信834-837

摘要：为了产生更复杂的混沌系统，使通信更安全可靠，设计了一种产生丰富混沌行为的变型蔡氏电路，并进行了理论分析和计算机仿真。在此基础上根据驱动一响应同步原理设计了混沌保密通信电路，以方波作为输入信号进行了相应的硬件实验研究，给出了通信系统中各元件的参数和各部分的波形。结果表明：电路实验结果与计算机模拟结果完全符合，并且在响应电路和驱动电路的元件参数一致，其相对误差小于1％的条件下，当输入方波信号频率在约8kHz-9MHz时，该变型蔡氏电路的混沌保密通信系统可以实现保密通信。

考虑分段处电磁影响的潜油电机端部漏抗838-843

摘要：针对隔磁段和扶正轴承处漏抗对潜油电机起动转矩倍数、最大转矩转矩倍数和起动电流倍数等性能指标有较大影响的问题，研究了其有限元求解方法。结合潜油电机特殊结构建立了部分铁心、半个隔磁段和半个扶正轴承电机的三维数学模型，通过求解其磁场储能得到漏磁引起的漏抗并将其计入电机的常规端部漏抗中。采用YQY114P型31kW潜油电机，进行实验验证，数据对比表明考虑分段处电磁影响后的电机性能指标更接近实验结果，相对误差在7％以内。在此基础上，通过大量计算得到潜油电机端部漏抗曲线族。

微小转动惯量永磁同步电机电流环动态特性的研究844-849

摘要：用于伺服系统的永磁同步电机，一般具有较小的转动惯量，可能使得电机的机械时间常数小于电磁时间常数。电流环在动态过程中不能有效抑制反电动势的扰动，电流的动态响应明显变差。为了减小反电势在转速动态过程中对电流环产生的扰动，两对比研究2种不同的补偿方法：改进电流环控制器的方式和在电流调节器输出处对反电动势进行的补偿方式。在仿真研究基础上。确定采用反电动势补偿方式进行实验。实验结果验证了当电机惯量较小时加入补偿措施后可以使电机在恒加速时反馈电流无差的跟随给定电流指令。

一种改进的无轴承开关磁阻电机数学模型850-856

摘要：类似于常规开关磁阻电机，无轴承开关磁阻电机的定、转子极宽并非总是相等，通常转子极宽略大于定子极宽，在建立数学模型时应当考虑这一因素。现有的无轴承开关磁阻电机数学模型都存在电机定、转子极宽相等的约束。考虑无轴承开关磁阻电机定、转子极宽可能存在的不相等因素，采用基于直线磁路和变椭圆系数的椭圆形磁路分割法求取气隙磁导，推导出无轴承开关磁阻电机的通用数学模型，使其不仅适用于定、转子极宽相等，而且适用于转子极宽大于定子极宽的情况。以实验室样机为例，将基于所建模型的分析结果与有限元分析结果进行了对比，验证了所建数学模型的正确性，精确度满足工程要求。应用所建立的无轴承开关磁阻电机数学模型，分析了定、转子极宽不等对悬浮力和转矩的显著影响。

AFIR盘式永磁电机定子系统固有频率及电磁噪声计算857-861

摘要：将盘式电机定子铁心及端盖等效成环形板，利用环形板横向振动固有频率的计算公式并加以适当变形，得到了该结构电机定子系统的固有频率计算公式；运用该公式对样机的定子系统固有频率进行计算，并与实验结果对比，取得了较好的一致性；证明了运用本文的方法计算盘式结构电机定子系统固有频率的可行性，并有助于确定引起电磁噪声的谐波源。

电气双余度无刷直流电动机转子极弧系数研究862-866

摘要：电气双余度是一种常见的无刷直流电动机（Brushless DC motor，BLDCM）的余度形式。极弧系数直接决定着电气双余度BLDCM的电动势（Electromotive force，EMF）的平顸宽度，而EMF波形对电气双余度BLDCM的电磁转矩波动有着直接的影响；并且极弧系数对电气双余度BLDCM的定位转矩也有着显著的影响。本文针对电气双余度BLDCM，研究了极弧系数对其转矩波动的影响。首先分析了由非理想EMF波形引起的电气双余度BLDCM电磁转矩波动；然后，采用电磁场有限元分析，计算和分析了极弧系数对电气双余度BLDCM的EMF波形和定位转矩的影响；进而得到了有助于减小各种转矩波动的极孤系数取值范围。最后通过示例的计算分析给出了电气双余度BLDCM极弧系数选取的参考方法。

粘着控制中的交流永磁同步电机调速控制研究867-873

摘要：交流永磁同步电机的模型参数辨识精度是影响电机矢量控制方法性能的关键。基于此，在交流永磁同步电机同步旋转坐标系的数学模型下，提出了一种交流永磁同步电机模型参数的辨识方法，采用直轴电流阶跃响应实验同时辨识定子电阻和直轴电感，脉冲电压实验检测交轴电感，速度驱动实验检测转子磁通。在电机模型参数辨识结果的基础上，讨论了基于矢量控制的交流永磁同步电机调速控制系统电流环和速度环的设计方法。在基于TMS320F2812DSP的电力机车粘着控制实验平台上进行了实验研究。实验结果表明电机模型参数辨识方法的有效性，调速系统具有良好的动态和稳态性能。

无刷直流电机建模研究874-878

摘要：针对无刷直流电机已有的建模方法过程复杂、计算量大、仿真收敛速度慢等缺点，按照系统电气原理结构进行物理连接的方法，建立了无刷直流电机的模型，在详细分析无刷直流电机5个模块构成的基础上，建立并给出了电机本体、转子位置检测、导通逻辑译码、脉宽调制和三相桥式逆变器的模型及设计原理。不同脉宽调制策略的仿真和实验结果表明：提出的方法建模过程简单直观、操作灵活、类似于实际电路的绘制过程，能快速仿真电机的实际运行特性。

超声电机伺服控制技术研究进展879-885

摘要：超声电机伺服控制技术还不够成熟。对目前超声电机伺服控制使用的各种控制器进行了对比分析，得出用DSP作为控制器构建伺服控制系统，或用FPGA／CPLD开发专用的超声电机控制系统，将是超声电机控制系统的首选。分析了超声电机3种控制变量的控制特点及其与控制目标的关系，并对超声电机现有的各种控制用数学模型和控制策略进行了分析。指出结合调频调相调幅等多种控制方式，综合多种先进控制策略的优点，实现超声电机的速度、位置、能量转换效率和电机寿命等多目标优化控制，将是超声电机伺服控制的发展方向。

矩阵式变换器的空间矢量脉宽调制优化方法886-890

摘要：空间矢量脉宽调制和双向开关多步换流方式是矩阵式变换器的基本控制策略。针对多步换流过程在空间矢量脉宽调制中所引起的最小脉宽限制和输出波形畸变，提出一种优化调节方法。通过调整各个开关状态的脉宽，使整个采样周期内仍保持9段开关状态，并且每段开关状态的持续时间均大于双向开关多步换流过程.在一台2．7kVA的矩阵式变换器样机上进行实验验证。实验结果表明，采用提出的空间矢量脉宽调制优化调节策略，不仅消除了输出电压中的错误脉冲，而且降低了输出电压的总谐波畸变率（THD），在输出频率为15Hz时，THD降低约15％，有效地提高了矩阵式变换器的输出波形质量，保证了系统的安全可靠运行。