双凸极永磁电机转矩脉动抑制策略研究
发布时间：2022-01-10 06:28
双凸极永磁电机（Doubly Salient Permanent Magnet Motor,DSPM）有结构简单、易于维护,调速范围广,功率密度高等优势。因而在工业生产、航空航天、汽车制造领域得到广泛应用。但DSPM处于低速工作状态时会产生较大的转矩脉动从而影响电机运行性能。一方面,由于DSPM属于双凸极结构,当电机定、转子凸极面相互进入重合区域时,此时电机气隙长度瞬间变短,造成边缘磁场效应产生,导致气隙磁场能量突变,从而使电机的矩角特性在该阶段中产生骤变,使合成转矩输出波形波动较大;另一方面,在传统控制策略作用下,DSPM受非线性因素的影响势必会导致电机正常稳态运行转矩脉动大。尤其当电机换相时,前一相关断后电磁转矩不再产生,而后一相开通未能立刻产生转矩而造成其波形上下波动。究其两方面本文提出以下设计方案:（1）针对DSPM定、转子凸极结构周期性重合产生的边缘磁通效应导致的电机转矩脉动问题,提出改变转子极弧宽度和定子气隙侧齿极面结构的方法,通过优化结构参数并分析电机定转子重合齿极边缘的电机气隙磁密的分布,阐明削弱DSPM转矩脉动方案的可行性。（2）采用定子齿两侧楔形冲槽的方法来改善电机...
【文章来源】：上海电机学院上海市
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-1双凸极永磁电机示意图
上海电机学院硕士学位论文-3-铜耗减小，使得DSPM能够投入实际生产环节。类比SRM，有学者针对不同极、相数配合的DSPM。有学者提出一种单相双凸极结构的永磁式电机，如图1-2所示，该电机在其中一对极下磁密增强，在另一对极下的磁密会削弱。其中定子齿采用与转子形成阶梯式气隙有利用单相电机可靠自启动并能实现双向转动，但也会造成电机气隙不均匀，增加气隙磁导及漏磁通[10]。图1-2单相双凸极永磁电机示意图Fig.1-2DiagramofSingle-phaseDoubleSalientPermanentMagnetMotor1.2.2国内发展概况对DSPM的研究工作国内主要研究高校有山东大学，南京航空航天大学等，他们针对DSPM的研究获得了一系列的突破，孟小利等人针对DSPM的发展状况和研究现状，深入探讨电机模型构建、控制策略及分析方法，通过研究DSPM与其他感应式电机在设计与控制方面的异同，进一步阐明电机具有的特质和应用领域[11]。詹琼华等人提出一种具有阶梯气隙的单相DSPM，实验证明电机能够可靠启动，实现双向转动，铜耗降低，损耗分布更合理，可用于要求调速性能好的场合[12-13]。相蓉、周波等就DSPM定、转子特殊结构及激励方式带来电机输出转矩不稳定性和换相转矩波动问题。针对该问题学者首先研究电机稳定运行时转矩涟波形成原因，提出通过控制参数修正、控制脉冲类型及电机励磁电流大小与相位等方法来优化DSPM转矩特性，从而修正电机转矩脉动率[14]。其中程明教授在DSPM研究上做出大量贡献:1)首先阐明DSPM的基本工作原理和控制过程，建立8/6极DSPM仿真模型后分析其工作性能。然后在保证电机的基本几何外形的基础上，将8/6极电机与6/4极电机进行比较，得到前者的调速性能更好和转矩脉动率更低[15-16]；2)阐述了电机分裂绕组的定义。就传统永磁电机绕组一旦成型，其电机磁场无
?模控制来选择合适的相电压，以便为每个相产生预先定义的参考转矩。文中通过仿真分析不同滑模函数选择下电机的性能，说明选择合适的误差函数导数可以有效地消除转矩脉动。文献[29]本文针对SRM提出了一种基于滑模变结构法的转矩脉动最小化方法，先通过控制器并依据转速误差得到电机总参考转矩获得期望转矩。通过转矩分配函数，计算出期望相转矩与实际电磁转矩之间的偏差，然后经PI调节器得到期望电流，最后在电流滞环控制下，实际相电流可以精确地跟踪期望相电流。仿真结果表明，电机低速、高速运行时转矩脉动系数均降低。图1-3DSPM变结构控制系统Fig1-3VariableStructureControlSystemforDSPM(3)转矩分配策略转矩分配策略的原理是依据转矩分配函数(TorqueSharingFunction,TSF)与电机相电流相互合理分配得到与之匹配的转矩分量，同时保持每相转矩总和为定值。
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型磁通切换机械调磁永磁电机设计分析[J]. 张志轩,刘雨锋,钟清伟,罗振华. 微特电机. 2019(07)
[2]开关磁阻电机转子径向电磁合力的解析建模[J]. 王峰,吴志强,李亚杰,王远岑. 电工技术学报. 2019(05)
[3]不均匀气隙齿顶对外转子轮边直驱电机性能影响[J]. 王道麟,张炳义,冯桂宏. 防爆电机. 2019(02)
[4]轴向线圈辅助磁阻型双凸极电机控制策略研究[J]. 刘爱民,娄家川,孙鹏. 电机与控制学报. 2018(11)
[5]基于有限元法的开关磁阻电机转矩脉动优化[J]. 成佳,井立兵,孙威,柳霖. 微特电机. 2018(05)
[6]复合励磁稀土永磁同步发电机的设计及应用分析[J]. 刘晓燕,赵静. 内燃机与配件. 2018(02)
[7]基于果蝇算法的开关磁阻电机多目标优化研究[J]. 饶盛华,张小平,张铸,赵轩. 电子测量与仪器学报. 2017(07)
[8]开关磁阻电机转矩脉动减小方法综述[J]. 尹磊,蔡燕,姜文涛. 科技创新与应用. 2017(06)
[9]开关磁阻电机新型转子齿形对转矩脉动抑制的仿真研究[J]. 蔡燕,张东学. 电工技术学报. 2015(S2)
[10]新型轴向磁通双凸极永磁发电机的设计与分析[J]. 彭鹏,张广明,梅磊,王德明. 微电机. 2015(06)
博士论文
[1]基于电流信号提取技术的SRD故障检测方法的研究[D]. 肖丽.河北工业大学 2014
硕士论文
[1]开关磁阻电机的高性能直接瞬时转矩控制研究[D]. 钟启濠.大连理工大学 2018
[2]四相开关磁阻电机非线性建模与转矩脉动抑制的研究[D]. 孙彦成.哈尔滨理工大学 2017
[3]空气压缩储能用高速电励磁双凸极电机的设计与特性研究[D]. 侯丽钢.南京航空航天大学 2017
[4]基于脉冲注入法的SRM无位置传感器控制系统研究[D]. 张斌.浙江大学 2017
[5]基于自适应模糊PID控制器的BLSRM的悬浮控制策略[D]. 何英杰.沈阳工业大学 2016
[6]基于BELBIC和FNN的球磨机解耦控制系统研究[D]. 钱亮.江西理工大学 2016
[7]基于大脑情感学习模型的球磨机控制策略研究[D]. 余嘉玮.江西理工大学 2015
[8]电动汽车用铁氧体永磁同步电机的研究[D]. 王子安.哈尔滨工业大学 2014
[9]新型双凸极永磁风力发电机的设计[D]. 李陶波.山东大学 2011
本文编号：3580215
【文章来源】：上海电机学院上海市
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-1双凸极永磁电机示意图
上海电机学院硕士学位论文-3-铜耗减小，使得DSPM能够投入实际生产环节。类比SRM，有学者针对不同极、相数配合的DSPM。有学者提出一种单相双凸极结构的永磁式电机，如图1-2所示，该电机在其中一对极下磁密增强，在另一对极下的磁密会削弱。其中定子齿采用与转子形成阶梯式气隙有利用单相电机可靠自启动并能实现双向转动，但也会造成电机气隙不均匀，增加气隙磁导及漏磁通[10]。图1-2单相双凸极永磁电机示意图Fig.1-2DiagramofSingle-phaseDoubleSalientPermanentMagnetMotor1.2.2国内发展概况对DSPM的研究工作国内主要研究高校有山东大学，南京航空航天大学等，他们针对DSPM的研究获得了一系列的突破，孟小利等人针对DSPM的发展状况和研究现状，深入探讨电机模型构建、控制策略及分析方法，通过研究DSPM与其他感应式电机在设计与控制方面的异同，进一步阐明电机具有的特质和应用领域[11]。詹琼华等人提出一种具有阶梯气隙的单相DSPM，实验证明电机能够可靠启动，实现双向转动，铜耗降低，损耗分布更合理，可用于要求调速性能好的场合[12-13]。相蓉、周波等就DSPM定、转子特殊结构及激励方式带来电机输出转矩不稳定性和换相转矩波动问题。针对该问题学者首先研究电机稳定运行时转矩涟波形成原因，提出通过控制参数修正、控制脉冲类型及电机励磁电流大小与相位等方法来优化DSPM转矩特性，从而修正电机转矩脉动率[14]。其中程明教授在DSPM研究上做出大量贡献:1)首先阐明DSPM的基本工作原理和控制过程，建立8/6极DSPM仿真模型后分析其工作性能。然后在保证电机的基本几何外形的基础上，将8/6极电机与6/4极电机进行比较，得到前者的调速性能更好和转矩脉动率更低[15-16]；2)阐述了电机分裂绕组的定义。就传统永磁电机绕组一旦成型，其电机磁场无
?模控制来选择合适的相电压，以便为每个相产生预先定义的参考转矩。文中通过仿真分析不同滑模函数选择下电机的性能，说明选择合适的误差函数导数可以有效地消除转矩脉动。文献[29]本文针对SRM提出了一种基于滑模变结构法的转矩脉动最小化方法，先通过控制器并依据转速误差得到电机总参考转矩获得期望转矩。通过转矩分配函数，计算出期望相转矩与实际电磁转矩之间的偏差，然后经PI调节器得到期望电流，最后在电流滞环控制下，实际相电流可以精确地跟踪期望相电流。仿真结果表明，电机低速、高速运行时转矩脉动系数均降低。图1-3DSPM变结构控制系统Fig1-3VariableStructureControlSystemforDSPM(3)转矩分配策略转矩分配策略的原理是依据转矩分配函数(TorqueSharingFunction,TSF)与电机相电流相互合理分配得到与之匹配的转矩分量，同时保持每相转矩总和为定值。
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型磁通切换机械调磁永磁电机设计分析[J]. 张志轩,刘雨锋,钟清伟,罗振华. 微特电机. 2019(07)
[2]开关磁阻电机转子径向电磁合力的解析建模[J]. 王峰,吴志强,李亚杰,王远岑. 电工技术学报. 2019(05)
[3]不均匀气隙齿顶对外转子轮边直驱电机性能影响[J]. 王道麟,张炳义,冯桂宏. 防爆电机. 2019(02)
[4]轴向线圈辅助磁阻型双凸极电机控制策略研究[J]. 刘爱民,娄家川,孙鹏. 电机与控制学报. 2018(11)
[5]基于有限元法的开关磁阻电机转矩脉动优化[J]. 成佳,井立兵,孙威,柳霖. 微特电机. 2018(05)
[6]复合励磁稀土永磁同步发电机的设计及应用分析[J]. 刘晓燕,赵静. 内燃机与配件. 2018(02)
[7]基于果蝇算法的开关磁阻电机多目标优化研究[J]. 饶盛华,张小平,张铸,赵轩. 电子测量与仪器学报. 2017(07)
[8]开关磁阻电机转矩脉动减小方法综述[J]. 尹磊,蔡燕,姜文涛. 科技创新与应用. 2017(06)
[9]开关磁阻电机新型转子齿形对转矩脉动抑制的仿真研究[J]. 蔡燕,张东学. 电工技术学报. 2015(S2)
[10]新型轴向磁通双凸极永磁发电机的设计与分析[J]. 彭鹏,张广明,梅磊,王德明. 微电机. 2015(06)
博士论文
[1]基于电流信号提取技术的SRD故障检测方法的研究[D]. 肖丽.河北工业大学 2014
硕士论文
[1]开关磁阻电机的高性能直接瞬时转矩控制研究[D]. 钟启濠.大连理工大学 2018
[2]四相开关磁阻电机非线性建模与转矩脉动抑制的研究[D]. 孙彦成.哈尔滨理工大学 2017
[3]空气压缩储能用高速电励磁双凸极电机的设计与特性研究[D]. 侯丽钢.南京航空航天大学 2017
[4]基于脉冲注入法的SRM无位置传感器控制系统研究[D]. 张斌.浙江大学 2017
[5]基于自适应模糊PID控制器的BLSRM的悬浮控制策略[D]. 何英杰.沈阳工业大学 2016
[6]基于BELBIC和FNN的球磨机解耦控制系统研究[D]. 钱亮.江西理工大学 2016
[7]基于大脑情感学习模型的球磨机控制策略研究[D]. 余嘉玮.江西理工大学 2015
[8]电动汽车用铁氧体永磁同步电机的研究[D]. 王子安.哈尔滨工业大学 2014
[9]新型双凸极永磁风力发电机的设计[D]. 李陶波.山东大学 2011
本文编号：3580215
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