為解決反作用飛輪用永磁無刷直流電機的電磁設(shè)計問題,提出了一種采用有限元法與磁路法相結(jié)合方式進行電機電磁設(shè)計的目標(biāo)設(shè)計法。根據(jù)飛輪電機有效電磁氣隙寬、徑長比大的結(jié)構(gòu)特點,推導(dǎo)了電樞尺寸與機械特性、有效電磁氣隙、徑長比等參數(shù)間的關(guān)系表達(dá)式,得到新的電樞尺寸計算公式;利用磁場逆問題求解策略結(jié)合等效氣隙磁通密度方法。給出磁鋼尺寸的計算模型;最后描述了整個電磁設(shè)計過程。與一臺最高轉(zhuǎn)速為6000 r/min、角動量為5 Nms的反作用飛輪驅(qū)動電機的對比驗證表明,該方法最大設(shè)計誤差為2.89%。精度較高。該方法不受傳統(tǒng)方法取值思想的限制,目標(biāo)明確,速度快,適用于大的有效電磁氣隙,大徑長比結(jié)構(gòu)的飛輪電機的電磁設(shè)計。
開關(guān)磁阻電機具有轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單堅固、無勵磁源的優(yōu)點,為實現(xiàn)其全周期工作方式和定子磁鏈的雙極性變化,提出一種電勵磁磁通切換電機拓?fù)?,通過在定子齒開槽,嵌入勵磁繞組,實現(xiàn)電機的全周期工作能力。介紹電機的工作原理、磁通切換方式和基本參數(shù)尺寸設(shè)計,重點與分裂繞組開關(guān)磁阻電機(全周期工作)的電磁性能進行對比研究。有限元仿真結(jié)果和樣機實驗結(jié)果表明:磁通切換電機具有雙極性磁鏈、高正弦度反電勢、適合運行無刷交流場合,兩種電機總銅耗相等時,前者具有更高的轉(zhuǎn)矩(功率)密度。
為了研究具有特殊結(jié)構(gòu)的新型外永磁轉(zhuǎn)子爪極電機的轉(zhuǎn)矩密度和齒槽轉(zhuǎn)矩,在對電機的結(jié)構(gòu)、材料、特點以及運行機理進行分析的基礎(chǔ)上,對轉(zhuǎn)矩密度和齒槽轉(zhuǎn)矩的計算公式進行推導(dǎo),從理論上分析出外永磁轉(zhuǎn)子爪極電機轉(zhuǎn)矩密度和齒槽轉(zhuǎn)矩比常規(guī)交流電機高的本質(zhì)。利用有限元分析軟件,對電機進行三維電磁場分析,運用場的方法計算出齒槽轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩,分析外永磁轉(zhuǎn)子爪極電機極數(shù)對轉(zhuǎn)矩密度和齒槽轉(zhuǎn)矩的影響,通過對樣機的實驗證明公式推導(dǎo)和仿真結(jié)果的正確性。理論分析、仿真計算和實驗結(jié)果表明,外永磁轉(zhuǎn)子爪極電機的轉(zhuǎn)矩密度比傳統(tǒng)電機大,而且具有特有的齒槽轉(zhuǎn)矩特性。
提出了一種新型旋轉(zhuǎn)式壓電慣性電機,利用壓電雙晶片振子作為驅(qū)動元件,用鋸齒波作為激勵電信號產(chǎn)生慣性沖擊力使電機旋轉(zhuǎn)。分析了旋轉(zhuǎn)式壓電慣性電機的驅(qū)動機理,建立了壓電振子的動力學(xué)模型,求解了振子的自由振動固有頻率和模態(tài)函數(shù)。分析了影響壓電振子固有頻率的系統(tǒng)參數(shù)及其影響規(guī)律。計算結(jié)果表明梁端部模態(tài)函數(shù)值與質(zhì)量系數(shù)瑾的值成反比。這些結(jié)論為壓電慣性電機的設(shè)計和進一步的研究提出了新的思路和方法。
全面分析了雙饋型風(fēng)電機組網(wǎng)側(cè)換流器在正常工作和故障情況下的無功調(diào)節(jié)能力,提出了相應(yīng)的網(wǎng)側(cè)換流器無功控制策略來充分利用其無功調(diào)節(jié)能力以改善風(fēng)電場的并網(wǎng)能力。采用DigSILENT/PowerFactory 14.0,搭建詳細(xì)的雙饋型風(fēng)電機組模型,并接入等效弱電網(wǎng)。仿真結(jié)果驗證了提出控制策略的有效性:正常工作情況下,網(wǎng)側(cè)換流器產(chǎn)生的無功功率可以很好地抑制風(fēng)速變化引起的電壓波動;故障情況下,網(wǎng)側(cè)換流器能產(chǎn)生接近自身容量的無功功率,在一定程度上提高故障發(fā)生后電壓的恢復(fù)能力。
該文提出了一種新型12/8極電勵磁雙凸極輪轂電機的結(jié)構(gòu)。采用有限元方法對電機內(nèi)的磁場進行計算,得出了電機空載時的磁場分布,并研究了不同勵磁電流下電機的氣隙磁密特性、磁鏈特性以及反電勢波形,所得結(jié)果為電機負(fù)載時選擇勵磁電流和換相角度提供了依據(jù)。
普通位置傳感器在高轉(zhuǎn)速下無法實現(xiàn)高精度的電機轉(zhuǎn)子位置反饋,嚴(yán)重制約高速電機伺服控制發(fā)展。針對此問題,提出了一種可以在高轉(zhuǎn)速下精確反饋轉(zhuǎn)子位置的單對極磁電編碼器,并針對其反饋滯后的特性提出了可保證控制精度的補償方法。同時設(shè)計了實驗系統(tǒng),對一臺600W、4對極、額定轉(zhuǎn)速20000r/min 的永磁同步電機進行控制實驗。實驗結(jié)果表明,此方法有效地利用位置傳感器實現(xiàn)了高速電機的伺服控制。
電機出廠檢測非常重要。為了確保質(zhì)量控制,目前電機廠多是通過操作者聽電機聲音判定噪聲故障。而該文將研究模式識別技術(shù)在小型電動機生產(chǎn)線上電機故障檢測中的應(yīng)用。由于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境,系統(tǒng)首先采用小波分析對振聲信號進行消噪,提取有用信號。再利用小波技術(shù)多分辨率特點和小波能譜熵提取故障信號的特征信息,最后結(jié)合概率論參數(shù)區(qū)間估計法獲得小波熵帶,對故障電機自動識別。
本文在深入研究抽水蓄能發(fā)電電動機電磁設(shè)計若十系數(shù)計算原理基礎(chǔ)上,建立了數(shù)值模型并對ALQUEVA水輪發(fā)電機,白蓮河、寶泉和廣卅I抽水蓄能發(fā)電電動機的相關(guān)系數(shù)進行了計算,為電機的準(zhǔn)確設(shè)計提供了條件。文中還提出了在電機主要結(jié)構(gòu)保持不變的情況下,通過調(diào)整阻尼條在極靴表面的分布來改善電壓波形的方法,從而有效地拓寬了電機的可選槽數(shù)。此方法已應(yīng)用于哈電發(fā)電電動機以及常規(guī)水輪發(fā)電機的設(shè)計中。
發(fā)電電動機的特點、額定容量、功率因數(shù)、額定轉(zhuǎn)速和電壓、電壓調(diào)壓范圍以及結(jié)構(gòu)型式、冷卻方式、起動和制動方式等方面進行了較全面的總結(jié)和分析,并介紹了黑麋峰和白蓮河抽水蓄能電站發(fā)電電動機的參數(shù),可供參考。
內(nèi)置式永磁同步電動機(IPMSM)弱磁高速運行時,逆變器開關(guān)管的信號突然消失會導(dǎo)致電動機系統(tǒng)處在不可控發(fā)電運行狀態(tài)。此時,逆變器的續(xù)流二極管組成不可控整流橋,電流由電機通過整流橋整流,然后流向直流側(cè)電池。文章首先建立了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,然后通過對系統(tǒng)運行過程進行仿真分析,求得電池吸收能量值和整個過程反饋能量值。接著,為避免不可控發(fā)電對電池、電機、逆變器以及其它系統(tǒng)組成部分的損害和有效地對電池進行充電,對電路提出了改進措施。
介紹了基于物理機理原則開發(fā)的STAR一90仿真支撐平臺。并基于此平臺建立了抽水蓄能機組全范圍仿真系統(tǒng)中的水泵水輪機數(shù)學(xué)模型、發(fā)電電動機數(shù)學(xué)模型、勵磁機數(shù)學(xué)模型以及限時調(diào)節(jié)控制方式和限壓調(diào)節(jié)控制方式下的調(diào)節(jié)控制模型,并介紹了抽水蓄能電站各種運行工況及其相互間的轉(zhuǎn)換;在STAR一90仿真支撐平臺上動態(tài)運行上述模型得出了仿真結(jié)果,仿真結(jié)果與實際機組運行工況一致,完全滿足抽水蓄能電站運行人員的培訓(xùn)要求。
為了更好地反映并網(wǎng)風(fēng)電機組的動暫態(tài)運行特性,提出了考慮變槳系統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機組運行性能研究。在闡述變槳距控制原理的基礎(chǔ)上,建立了以變頻三相感應(yīng)電動機作為驅(qū)動電機的變槳控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型,并對其變槳距控制性能進行仿真。結(jié)合考慮變槳電機驅(qū)動特性的變槳系統(tǒng)控制模型,建立了并網(wǎng)籠型異步發(fā)電機組的動態(tài)數(shù)學(xué)模型。對額定風(fēng)速以下和額定風(fēng)速以上的并網(wǎng)異步風(fēng)力發(fā)電機組動態(tài)運行性能進行仿真,并與不考慮變槳電機驅(qū)動特性時的機組運行性能進行比較。結(jié)果表明,建立的變槳控制系統(tǒng)能實現(xiàn)槳距角的準(zhǔn)確控制;考慮變槳驅(qū)動電機特性的風(fēng)電機組模型更能體現(xiàn)機組的動態(tài)特性,尤其是在額定風(fēng)速以上情況。
基于直流電機驅(qū)動低速永磁同步發(fā)電機的風(fēng)力發(fā)電模擬平臺,提出了一種各種風(fēng)速下最大風(fēng)能捕獲(MPPT)新型實現(xiàn)方法,即由上位機模擬風(fēng)場,基于最佳葉尖速比(TSR)控制永磁發(fā)電機的轉(zhuǎn)速,直接控制直流電動機的功率來模擬風(fēng)力機捕獲的最大風(fēng)能?;谶@種控制策略,對各種風(fēng)速下的永磁發(fā)電機無速度傳感器控制、變槳距控制、最大風(fēng)能的單位功率因數(shù)并網(wǎng)控制進行了仿真;在額定風(fēng)速以下,進行了發(fā)電機側(cè)MPPT實驗。仿真和實驗結(jié)果驗證了這種永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電MPPT新策略的正確性和可行性。
針對發(fā)電機變電動機運行的異常運行方式,分析了常規(guī)火電廠及核電廠的保護設(shè)置,提出了由于核電廠的汽輪機低壓缸的葉片更長,應(yīng)裝設(shè)正向低功率保護。給出了正向低功率保護、逆功率保護的邏輯及建議的整定值。提出了為了保護整定值的正確動作,建議正向低功率保護,逆功率保護使用測量級的電流互感器。
水蓄能機組起動頻繁,轉(zhuǎn)子可以正逆兩個時針方向轉(zhuǎn)動,繞組絕緣反復(fù)經(jīng)受電磁、熱、機械應(yīng)力的沖擊,從而對絕緣系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性提出了比普通水輪發(fā)電機更高的要求。本文對發(fā)電電動機定子鐵心,定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組三個部分中相關(guān)的絕緣問題展開扼要的說明和分析,總結(jié)其絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造工藝特點,為今后國內(nèi)大型發(fā)電電動機的絕緣系統(tǒng)優(yōu)化提供參考依據(jù)。
定子直線振蕩電機采用諧振彈簧式設(shè)計,電機工作特性與運行頻率直接相關(guān)。為了使雙定子直線振蕩電機能夠獲得較好的工作性能,基于氣體力負(fù)載等效線性化,對于電機進行了數(shù)學(xué)建模,從理論上分析了電機運行頻率對于其工作特性的影響,并通過實驗進行了驗證。實驗結(jié)果表明,直線振蕩電機的等效機械諧振頻率不僅與動子質(zhì)量及彈簧剛度有關(guān),還會受負(fù)載影響而變化,隨排氣壓力的增大而增大;而電機功率因數(shù)則在空載狀態(tài)下存在兩個為1的最大值。當(dāng)工作頻率接近機械諧振頻率時,電機達(dá)到同樣的排氣壓力所需的電流及輸入功率最小,效率最高;但此時功率因數(shù)并不為l,其大小與負(fù)載及驅(qū)動頻率有關(guān)。為保證電機高效穩(wěn)定的運行,應(yīng)根據(jù)電機工作特性曲線確定額定負(fù)載所對應(yīng)的機械諧振頻率作為電機的額定運行頻率。
針對目前已有動磁式直線振蕩電機結(jié)構(gòu)復(fù)雜、漏磁較大等問題,提出一種動磁式橫向磁通直線振蕩電機,其具有動子質(zhì)量輕,加工難度小,力特性好等優(yōu)點,適合應(yīng)用于冰箱壓縮機等領(lǐng)域?;诮⒌碾姍C等效磁路模型推導(dǎo)出了電磁推力表達(dá)式,闡述了該電機電磁推力產(chǎn)生的機理。解析公式顯示,電磁力系數(shù)與電機結(jié)構(gòu)參數(shù)及永磁體材料屬性等有關(guān),而與動子位置無關(guān)。為驗證磁路模型并對于電機進行進一步分析,建立電機三維有限元模型,分析了氣隙磁場特性并研究了永磁體與外定子軸向長度配合對于動子有效行程的影響。實驗結(jié)果驗證了模型的正確性,分析結(jié)果為該電機的優(yōu)化設(shè)計提供了依據(jù)。
為探索電機局部放電檢測新方法,分析電機局部放電機理和國內(nèi)外對電機局部放電監(jiān)測研究狀況,提出利用超聲法對電機局部放電進行監(jiān)測。為此,構(gòu)建電機定子繞組存在的幾種典型局部放電模型和實驗硬件系統(tǒng),并進行放電實驗。在局部放電實驗室,采用一種窄帶超聲傳感器對幾種典型局部放電超聲信號進行采集。對相同條件下采集到的各種模型局部放電超聲信號特性進行分析和比較。實驗結(jié)果分析表明,不同類型的局部放電,無論其超聲信號波形還是頻譜特征均存在差異。因此,可以對電機局部放電超聲信號進行特征提取,為實現(xiàn)基于超聲法的電機放電故障模式識別奠定了基礎(chǔ)。
針對雙模式混合驅(qū)動裝置電機的參數(shù)匹配,提出了一種多目標(biāo)優(yōu)化的方法。在研究雙模式混合驅(qū)動裝置動力輸出特性與電機功率間關(guān)系的基礎(chǔ)上,以驅(qū)動功率利用率和電機功率為優(yōu)化目標(biāo),利用Matlab和Isight軟件進行了建模和求解。并根據(jù)計算結(jié)果中電機轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩工作點分布對電機A,B的外特性進行了設(shè)計,有利于進一步降低電機功率,改善系統(tǒng)優(yōu)化匹配設(shè)計。
在介紹三自由度平面電機的結(jié)構(gòu)和工作原理之后,提出執(zhí)行器的電磁力方程和平面電機的運動控制方程,推導(dǎo)合外力和執(zhí)行器水平電磁力的轉(zhuǎn)換方程,提出平面電機的三自由度解耦控制策略。設(shè)計三個自由度的位置伺服控制算法,進行單自由度定位和三自由度同時定位實驗。平移運動的上升時間為0.1s,穩(wěn)態(tài)誤差為10μm,旋轉(zhuǎn)運動的上升時間為0.07s,穩(wěn)態(tài)誤差為0.1mrad。實驗結(jié)果表明:三自由度解耦控制策略可行,系統(tǒng)的動靜態(tài)特性理想。
開關(guān)磁阻電機具有轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單堅固、無勵磁源的優(yōu)點,為實現(xiàn)其全周期工作方式和定子磁鏈的雙極性變化,提出一種電勵磁磁通切換電機拓?fù)?,通過在定子齒開槽,嵌入勵磁繞組,實現(xiàn)電機的全周期工作能力。介紹電機的工作原理、磁通切換方式和基本參數(shù)尺寸設(shè)計,重點與分裂繞組開關(guān)磁阻電機(全周期工作)的電磁性能進行對比研究。有限元仿真結(jié)果和樣機實驗結(jié)果表明:磁通切換電機具有雙極性磁鏈、高正弦度反電勢、適合運行無刷交流場合,兩種電機總銅耗相等時,前者具有更高的轉(zhuǎn)矩(功率)密度。
D-S證據(jù)理論作為一種非精確推理算法具有獨特的優(yōu)勢,非常適用于存在大量不確定性因素的電機故障診斷工作。提取故障電機的狀態(tài)特征量,并將其按時域、頻域、奇異值分解為多個子參數(shù)空間。在此基礎(chǔ)上,采用并行BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及模糊聚類系統(tǒng)對電機故障進行局部診斷。將每個局部診斷結(jié)果作為獨立的證據(jù)體,構(gòu)造相應(yīng)的信度分配函數(shù)。結(jié)合電機故障的信息融合診斷模型,將基于D-S證據(jù)理論的決策融合的方法應(yīng)用于電機故障診斷。通過對案例進行分析,實現(xiàn)了利用多證據(jù)體的融合信息對電機故障狀態(tài)進行診斷,其診斷結(jié)果驗證了D-S證據(jù)理論在提高電機故障診斷的準(zhǔn)確性和靈敏性方面的作用。
為了解決用于低壓大電流電機傳動系統(tǒng)的逆變器并聯(lián)控制問題,對跟蹤參考電流方式的主從式矢量控制系統(tǒng)進行了研究。在建立電機電流和并聯(lián)逆變器環(huán)流等效電路模型的基礎(chǔ)上,分析了電機電流和環(huán)流的控制原理,提出了跟蹤參考電流方式的主從式矢量控制策略,并從電機穩(wěn)定性能角度研究了電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計原則,最后對控制系統(tǒng)性能進行了仿真和實驗分析。研究結(jié)果表明:該控制策略間接引入了均流環(huán)控制,能有效減小并聯(lián)逆變器之間的環(huán)流;通過對電流調(diào)節(jié)器參數(shù)的合理設(shè)計,使得電機具有較好的穩(wěn)定性能和動態(tài)性能。
用靜止電源實現(xiàn)感應(yīng)電機疊頻法等效溫升實驗需要考核靜止電源質(zhì)量和對電機損耗的影響。優(yōu)化設(shè)計的濾波單元使電源輸出電壓的諧渡電壓因數(shù)小于0.015的國家標(biāo)準(zhǔn)要求。通過仿真實驗分析,總結(jié)出實驗過程中疊加電壓和疊加頻率變化對實驗準(zhǔn)確性的影響規(guī)律,給出了使用發(fā)電機組和靜止變頻電源進行疊頻實驗的實現(xiàn)方法和要點。并分析了疊頻實驗時機組電源和靜止電源對電機銅耗、鐵耗、機械損耗和雜散耗量的影響。通過對采用發(fā)電機組疊頻和靜止電源疊頻溫升實驗結(jié)果與直接負(fù)載溫升實驗結(jié)果進行比較分析,鐵心和繞組溫升分別為66.5K、62K,61.3K和66.7K、61.8K,57.6K,因此靜止電源疊頻實驗法能滿足電機溫升實驗的要求。
過分析永磁同步電機d-q坐標(biāo)軸數(shù)學(xué)模型,提出一種交流伺服控制系統(tǒng)閉環(huán)辨識電機交直軸電感、定子電阻、轉(zhuǎn)子磁鏈的方法,分析了非正弦磁通造成的電機模型誤差、功率器件的開關(guān)死區(qū)和編碼器的電機轉(zhuǎn)子位置反饋延時等對參數(shù)辨識精度的影響,并給出了相應(yīng)的補償方法。實驗結(jié)果表明,補償后閉環(huán)辨識得到的電感隨電流的變化曲線與有限元分析結(jié)果基本吻合,辨識出的電阻和磁鏈與實際測量和計算值偏差很小,證明了該文參數(shù)辨識及補償方法的有效性。由于所辨識到的參數(shù)是控制電機運行時的等效參數(shù),因此該文方法對控制器及電機的設(shè)計改進提供了依據(jù)。
針對多電機速度伺服系統(tǒng)的需求,以及現(xiàn)有驅(qū)動控制器的不足,設(shè)計一種基于數(shù)字信號處理器(DSP)和現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的驅(qū)動控制平臺。采用浮點DSP作為主控制器,完成控制算法計算、接收控制指令、處理電機速度同步等功能;采用低成本FPGA作為從控制器,實現(xiàn)雙口RAM、PWM發(fā)生、A/D采樣控制和速度檢測等功能。采用自頂至下的模塊化設(shè)計方法,實現(xiàn)了DSP的程序設(shè)計和FPGA的功能設(shè)計。以2臺無刷直流電動機(BLDCM)為控制對象,對驅(qū)動控制平臺進行了功能驗證。仿真和實驗結(jié)果表明,該平臺能夠有效地同時完成對2臺電機的速度伺服控制功能,并且該平臺結(jié)構(gòu)簡單,具有良好的功能擴展性。
針對一種改進的徑向驅(qū)動式嚙合電機結(jié)構(gòu),采用有限元方法分析了磁場特性,依據(jù)有限元計算結(jié)果建立電機的非線性分析模型,將模型與控制協(xié)同對徑向驅(qū)動式嚙合電機的動態(tài)特性進行仿真分析。研制與仿真模型結(jié)構(gòu)參數(shù)完全相同的物理樣機,采用不同的控制方式和負(fù)載轉(zhuǎn)矩對樣機進行加載實驗。結(jié)果顯示:實測負(fù)載轉(zhuǎn)矩與仿真分析得到的負(fù)裁轉(zhuǎn)矩較為接近,從而驗證了有限元仿真模型的準(zhǔn)確性和有效性;在開環(huán)控制時,細(xì)分磁極換相控制節(jié)拍,并且調(diào)整繞組電壓能夠有效增大輸出轉(zhuǎn)矩和減小脈動。
針對無軸承同步磁阻電機中轉(zhuǎn)矩繞組和徑向懸浮力繞組設(shè)計的特殊性,提出了傳統(tǒng)電機定子繞組的二分法。基于無軸承同步磁阻電機徑向懸浮力產(chǎn)生原理,推導(dǎo)出徑向懸浮力數(shù)學(xué)模型。采用二分法設(shè)計了功率為0.5kW,轉(zhuǎn)矩繞組極對數(shù)PM=2,徑向懸浮力繞組極對數(shù)PB=1的無軸承同步磁阻電機試驗樣機。用ANSYS模擬了無軸承同步磁阻電機的磁場分布,確定徑向懸浮力和定子轉(zhuǎn)矩繞組及懸浮力繞組電流之間的關(guān)系,并得出電機氣隙長度和磁場飽和對徑向懸浮力的影響規(guī)律。結(jié)果表明:采用二分法設(shè)計的樣機,當(dāng)電機轉(zhuǎn)矩繞組電流和徑向懸浮力繞組電流為額定電流2.7A,電機氣隙為0.35mm,轉(zhuǎn)子徑向懸浮力為200N,能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)子懸浮。
按多規(guī)格電機共沖片的設(shè)計原則,以追求各規(guī)格電機的有效材料成本最低和運行效率最高為混合目標(biāo),建立了適用于系列電機優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型。結(jié)合電機設(shè)計的工程實際,對模擬退火算法進行了適應(yīng)性的改進。應(yīng)用所建立的模型和改進算法,對新型YKK系列中型高效高壓電機進行了整體優(yōu)化。計算結(jié)果表明,整個系列內(nèi)各規(guī)格電機的效率都提高了l%以上,達(dá)到或超過高效電機標(biāo)準(zhǔn)。同時新系列型譜中不僅電機的規(guī)格數(shù)和容量有所拓展,與原系列相比相同容量的電機被安置在更低的中心高內(nèi)。電機有效材料的用量也平均減少20%以上。即使考慮到新設(shè)計采用了好的導(dǎo)電、導(dǎo)磁和絕緣材料,優(yōu)化設(shè)計的效果還是顯而易見的。優(yōu)化設(shè)計結(jié)果已經(jīng)用于實際生產(chǎn)。
解決用于大功率電機傳動系統(tǒng)的逆變器并聯(lián)控制問題,就如何改變各逆變器瞬時參考電壓的控制方法進行研究。在建立電機電流和并聯(lián)逆變器環(huán)流等效電路模型的基礎(chǔ)上,分析電機電流和環(huán)流的控制原理,繼而提出基于改變逆變器瞬時參考電壓的主從式矢量控制策略。并給出系統(tǒng)均流控制具體的實現(xiàn)方法,最后對控制系統(tǒng)性能進行仿真分析。結(jié)果表明該控制方法實現(xiàn)了電機電流和并聯(lián)逆變器環(huán)流的獨立控制,不僅能有效減小并聯(lián)逆變器之間的環(huán)流。而且電機的動態(tài)控制性能仍能達(dá)到單個逆變器供電的電機傳動系統(tǒng)的性能水平。
速電機由于體積小、功率密度大和效率高等優(yōu)點,符合節(jié)能減排經(jīng)濟發(fā)展需要,成為電機領(lǐng)域的研究熱點之一。在高速旋轉(zhuǎn)機械中,轉(zhuǎn)子振動將逐漸成為制約電機正常運行的瓶頸。因此,研究電機的振動特性對于電機的高速可靠運行是非常必要的。電機轉(zhuǎn)子振動的來源主要包括偏心產(chǎn)生的離心力和不平衡磁拉力,本文采用有限元及Newmark積分法計算轉(zhuǎn)子在不平衡力作用下非線性不平衡響應(yīng),用樣機振動實驗驗證計算方法的正確性,通過機組振動實驗分析軸系振動產(chǎn)生的原因。研究表明,電機的振動主要為離心力產(chǎn)生基頻振動及由于轉(zhuǎn)子動偏心產(chǎn)生的10倍頻不平衡磁拉力的振動;其次是2倍頻的振動。根據(jù)振動產(chǎn)生的主要原因提出相應(yīng)減小振動的措施。
為提高電機磁鏈觀測器的觀測性能,實現(xiàn)磁鏈的準(zhǔn)確觀測,提出一種RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定子磁鏈觀測器。采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)基于電壓模型的帶幅值和相位補償?shù)淖兘刂诡l率定子磁鏈觀測器,使磁鏈觀測器的截止頻率能跟隨電機定子電信號頻率的變化而變化。RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)磁鏈觀測器實現(xiàn)了變截止頻率,結(jié)構(gòu)簡單,自適應(yīng)能力強,無直流偏移和初始相位問題,可在定子電信號頻率變化和負(fù)載變化情況下實現(xiàn)較為精確的定子磁鏈觀測。實驗結(jié)果證明了方法的有效性。
介紹了倒頻譜分析的基本原理及在電機故障檢測中的應(yīng)用。對于電機運行過程中所形成的耦合故障導(dǎo)致故障類型識別困難的問題,提出了運用倒頻譜分析與小波分解相結(jié)合的電機故障檢測方法。它能將功率譜上成族的邊頻帶譜線簡化為更易于觀察的單根譜線,將兩者優(yōu)勢相結(jié)合,實現(xiàn)電機耦合故障分離和故障特征提取,為電機復(fù)合故障診斷提供了新的途徑和方法。
針對弱混合動力汽車中帶式驅(qū)動啟動發(fā)電機(BSG)的勵磁繞組驅(qū)動電路存在的非線性問題,以及發(fā)動機艙各種外部干擾導(dǎo)致傳統(tǒng)的PWM技術(shù)難以使控制電流輸出達(dá)到最優(yōu)的問題,依據(jù)滑模變結(jié)構(gòu)控制理論,采用電流觀測器的方法,建立BSG電機勵磁繞組驅(qū)動系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,給出電流觀測器的控制算法,利用滑模變結(jié)構(gòu)控制魯棒性好的優(yōu)勢對BSG電機勵磁電流進行在線整定。仿真和試驗結(jié)果表明,該方法的階躍響應(yīng)時間為10ms,跟蹤電流最大超調(diào)小于5%,增強了系統(tǒng)的自適應(yīng)能力,提高了BSG混合動力轎車啟動性能,并且具有較好的電流跟蹤效果,降低了成本。
串激電機特點顯著,在家用電器和電動工具中得到了大量應(yīng)用。該文根據(jù)串激電機的數(shù)學(xué)模型,在Vissim軟件平臺下,對串激電機進行了建模和仿真,研究了電機各物理參數(shù)(包含電阻、摩擦系數(shù)、電動勢系數(shù)等)對電機穩(wěn)態(tài)特性或瞬時響應(yīng)的影響,并得出了比較有價值的結(jié)論,對電機的設(shè)計和使用具有一定的參考意義。
傳統(tǒng)硅鋼電機耗電量大,并且在高頻運轉(zhuǎn)時因鐵損急劇增加、鐵芯溫度迅速升高導(dǎo)致電機故障的問題。采用非晶舍金材料代替硅鋼材料制造新型感應(yīng)電機。闡述運用Ansoft軟件對傳統(tǒng)電機和非晶材料電機的定子和轉(zhuǎn)子進行仿真比較,證實非晶材料制作的電機具有節(jié)能、高效和較高安全性等優(yōu)點。
在對軸向分段式外永磁轉(zhuǎn)子爪極電機的結(jié)構(gòu)特點以及運行機理進行分析的基礎(chǔ)上,建立了其等效磁路模型和電路模型,并編寫了該種電機的電磁設(shè)計仿真程序,對該種電機的運行情況進行深入研究;為了準(zhǔn)確得到電機的各種參數(shù),對該種電機進行了三維電磁場分析,運用有限元工具軟件分析了它的磁通密度分布及空載反電動勢的情況;并提出一種場路耦合仿真方法實現(xiàn)了對該種電機及其控制系統(tǒng)的整體運行情況的仿真;最后在理論研究的基礎(chǔ)上提出了該特種電機的設(shè)計特點和設(shè)計方法,并研制了一臺12極實驗樣機;通過樣機實驗結(jié)果與理論分析的對比,驗證了理論工作的正確性和可行性,為深入研究該種爪極電機奠定了基礎(chǔ)。
對我國電機系統(tǒng)能效現(xiàn)狀和空壓機系統(tǒng)進行介紹的基礎(chǔ)上,對空壓機系統(tǒng)的性能測試和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行了闡述。通過系統(tǒng)分析實例證明了應(yīng)用系統(tǒng)方法對空壓機系統(tǒng)進行性能測試和分析,對于提高空壓機系統(tǒng)能效具有重要意義。
在分析雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機運行特性和傳統(tǒng)最大風(fēng)能追蹤控制策略的基礎(chǔ)上,提出了一種基于約束因子限幅控制的雙饋電機有功功率平滑控制策略,給出了約束因子α的表達(dá)式和取值規(guī)則。在matlab/simulink仿真平臺上,搭建了一個9MW的風(fēng)電場與2臺同步電機的互聯(lián)系統(tǒng)。實驗結(jié)果表明,與傳統(tǒng)的最大風(fēng)能追蹤控制策略相比,所提控制策略能平滑雙饋電機的有功功率輸出,明顯減小同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)速波動,改善了電網(wǎng)的頻率。
針對三相PWM驅(qū)動電機系統(tǒng)難以建立用于預(yù)測干擾的準(zhǔn)確的高頻干擾源數(shù)學(xué)模型這一問題,提出將整流橋和逆變器兩個干擾源分開進行研究的方法。采用傅里葉變換法建立整流橋的干擾源模型,采用雙重傅里葉積分法建立逆變橋產(chǎn)生的共模和差模干擾的干擾源數(shù)學(xué)模型,把PWM載波和基波用兩個獨立周期的時變函數(shù)來描述,將其共同作用的函數(shù)作為被積函數(shù),并詳細(xì)推導(dǎo)了正弦脈寬調(diào)制技術(shù)的內(nèi)外積分線的確定過程。最后通過實驗結(jié)果和仿真結(jié)果的比較,驗證了所建立整流橋和逆變器的干擾源模型的正確性,因此該數(shù)學(xué)模型可作為三相PWM驅(qū)動電機系統(tǒng)的傳導(dǎo)干擾預(yù)測的干擾激勵源。
隨著工業(yè)自動化程度和對產(chǎn)品質(zhì)量要求的逐漸提高需要,這種需求為多臺電機的同步控制提供了發(fā)展的空間。,單臺電機驅(qū)動在某些場合已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代化發(fā)展的目前對多路電機的同步控制主要有非耦合和耦合控制兩種。在傳統(tǒng)耦合控制中當(dāng)從電機負(fù)載突變時,因主電機沒有對從電機運行狀態(tài)的跟蹤,因而造成了主從兩臺電機間的失步?;谀:刂破鲗Χ嚯姍C傳統(tǒng)耦合控制方式進行改進。并以模糊控制器為核心,應(yīng)用Matlab/Simulink進行建模仿真,結(jié)果表明改進后的多電機同步控制系統(tǒng)具有良好的同步性和穩(wěn)定性。
簡述了永磁球形多自由度電機的優(yōu)越性能,首次提出了永磁球形多自由度電機的分類,重點介紹了國內(nèi)外的永磁球形多自由度電機最新研究進展和研究中遇到的問題,并探討了永磁球形多自由度電機的發(fā)展前景和趨勢。最后在三維有限元軟件環(huán)境中對一種永磁球形三自由度電機的轉(zhuǎn)矩特性進行了仿真計算,給出了仿真結(jié)果,對電機轉(zhuǎn)矩特性進行了分析和討論。
合理選擇電機容量具有重要意義,而電機容量可根據(jù)電機轉(zhuǎn)速和負(fù)載轉(zhuǎn)矩確定。此處提出利用級聯(lián)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估計電機轉(zhuǎn)速和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的方法,將兩個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)級聯(lián),第一級網(wǎng)絡(luò)輸入為電機定子電壓,輸出為定子電流和轉(zhuǎn)速;第二級網(wǎng)絡(luò)輸入為第一級網(wǎng)絡(luò)的輸出,輸出為負(fù)載轉(zhuǎn)矩,形成了級聯(lián)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,實現(xiàn)了異步電機轉(zhuǎn)速和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的同時估計。實驗結(jié)果表明,該方法能較準(zhǔn)確地估計出異步電機的轉(zhuǎn)速和負(fù)載轉(zhuǎn)矩。
根據(jù)無軸承電機轉(zhuǎn)子懸浮力產(chǎn)生機理,針對一類表面貼裝式永磁型無軸承電機提出了基于轉(zhuǎn)矩繞組氣隙磁場定向的解耦控制算法,根據(jù)轉(zhuǎn)子磁場定向坐標(biāo)系統(tǒng)中電機數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)出氣隙磁場定向坐標(biāo)系統(tǒng)中電機電磁轉(zhuǎn)矩、氣隙磁鏈以及可控懸浮力數(shù)學(xué)模型,在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了永磁型無軸承電機轉(zhuǎn)矩繞組氣隙磁場定向解耦控制系統(tǒng),有效解決了轉(zhuǎn)子磁場定向控制存在的缺陷.仿真結(jié)果證明了提出的控制算法的正確性與可行性。
針對異步電機形成復(fù)合故障時電流頻譜存在的故障頻率成分難以準(zhǔn)確分離的問題,結(jié)合小波降噪算法與共振解調(diào)技術(shù),提出一種異步電機復(fù)合故障分離方法。依托小波優(yōu)良的時頻局部化特性,有效地區(qū)分信號中的突變部分和噪聲,實現(xiàn)信號的降噪;利用軟件方法實現(xiàn)共振解調(diào),構(gòu)造帶通濾波器提取共振信息。利用Hilbert變換進行解調(diào)分析得到包含故障特征信息的低頻包絡(luò)信號,經(jīng)過低通濾波、頻譜分析后實現(xiàn)異步電機耦合故障分離和故障特征提取。實驗結(jié)果表明,該方法使復(fù)合故障情況下的異步電機電流信號的故障特征頻率更容易識別和分離。
建立高轉(zhuǎn)速振動電機的d-q系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型,指出通過調(diào)整電機鐵心長度、線圈匝數(shù)可優(yōu)化設(shè)計電機的起動過程,控制電機的起動時間。分析了實例電機起動過程的轉(zhuǎn)速特性曲線、轉(zhuǎn)矩特性曲線、電流特性曲線,指出高轉(zhuǎn)速振動電機起動過程中,轉(zhuǎn)速變化存在近似線性特征,不存在“超同步現(xiàn)象”和轉(zhuǎn)矩特性“擺動現(xiàn)象”。
傳統(tǒng)的電動車用輪轂電機采用電機與控制器分離的結(jié)構(gòu),散熱性、抗干擾能力差。該文引入并介紹了一種具有自主專利的控制器與電機~體化新型結(jié)構(gòu)的輪轂電機,在此基礎(chǔ)上,提出了對應(yīng)的控制策略,并在PWM-ON調(diào)制方式下,通過分析上橋換向和下橋換相時對電磁轉(zhuǎn)矩脈動的影響,提出在不同的速度階段通過改變PWM占空比的方式消除和改善轉(zhuǎn)矩脈動的控制方法。文章對硬件電路和軟件設(shè)計進行了介紹,通過實驗以及結(jié)果分析論證了方案的可行性。
概述了無軸承電機的優(yōu)點,總結(jié)了無軸承電機的幾種基本結(jié)構(gòu),詳細(xì)介紹其研究進程。綜述了無軸承電機的應(yīng)用現(xiàn)狀,重點論述了其在生物工程、半導(dǎo)體工業(yè)、食品化工以及飛輪儲能等領(lǐng)域的應(yīng)用概況。最后總結(jié)了無軸承電機及其驅(qū)動控制的相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)。
內(nèi)置式永磁同步電機具有高功率密度,高效率和強弱磁能力的優(yōu)點,在伺服系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。電流控制策略是內(nèi)置式永磁同步電機(IPM電機)矢量控制中的關(guān)鍵問題,目前廣泛應(yīng)用的控制方式有四種,分別是id=0控制,最大力矩電流比控制,cosφ=1控制,恒磁鏈控制。不同的電流控制策略和凸極系數(shù)對IPM電機的影響仍少有研究。但實際上卻很有意義。該文全面分析了在不同凸極系數(shù)下各種電流控制策略對IPM電機的影響,并通過計算及仿真給出了各種特性曲線。從而可根據(jù)特定凸極系數(shù)的IPM電機選用合適的控制策略,以期獲得較佳的控制性能。
為了研究電壓偏差條件下籠型感應(yīng)電機的損耗特性,以一臺Y225M-8型22kW電機為例,利用場一路耦合時步有限元法,在額定電壓±10%范圍內(nèi),定量分析電機帶輕載及額定負(fù)載時各項損耗的變化情況,并進一步針對Y系列3種不同容量電機,得出其在電壓偏差條件下帶不同負(fù)載時總損耗變化的一般規(guī)律。經(jīng)損耗分析發(fā)現(xiàn),無論在欠電壓還是過電壓下,滿載總鐵耗均明顯高于輕裁總鐵耗,而鐵耗中的附加鐵耗通常要高于基本鐵耗。對5.5kW和22kW電機進行實驗研究,通過對比其在額定電壓下滿載運行時實測和計算損耗值,驗證了所提出的損耗計算方法的正確性。
在電機故障診斷技術(shù)中,電機振動信號最能全面反映電機的運行狀態(tài)。由于電機振動信號屬于非平穩(wěn)隨機信號,傳統(tǒng)的傅里葉變換從頻域角度進行信號分析,只能說明信號中某頻率成分幅值的大小和頻率密度,不能檢測奇異信號點的時域信息,而且還可能將含有豐富故障信息的微弱信號作為噪聲濾去。因此,不能完全滿足故障信號特征提取的要求。為解決這一問題,提出一種基于小波分析和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電機故障診斷方法,該方法采用小波時頻分析技術(shù)對電機故障振動信號進行消噪濾波,通過小波包分解系數(shù)求取頻帶能量,根據(jù)各個頻帶能量的變化提取故障特征,應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行故障識別,并采用Matlab仿真軟件予以實現(xiàn)。結(jié)果表明,該方法不需要建立電機的故障診斷模型,能有效提高電機故障診斷的準(zhǔn)確性。
隨著異步電機的不斷發(fā)展,其起動方式不斷得到改進,異步電機的起動方式主要有直接起動、自耦變壓起動、星-三角起動、液阻起動、電子式軟起動和變頻起動等。在高壓直流輸電工程的閥冷控制系統(tǒng)中,主循環(huán)泵電機主要采用直接起動、電子式軟起動、變頻起動工頻運行和變頻起動工頻旁路運行等幾種方式。重點介紹這幾種起動方式的特性,分析其相應(yīng)優(yōu)缺點,并對軟起動內(nèi)置旁路運行起動方式進行詳細(xì)研究。
本文先簡要介紹繞線電機常用的起動方法和存在的主要缺點,后介紹無刷自控電機軟起動器的原理、結(jié)構(gòu)特點、主要性能及典型應(yīng)用效果,說明無刷自控電機軟起動器的優(yōu)勢和代替其它電機起動裝置的必然性。