电励磁双凸极电机两种电动控制策略的分析和比较
胡勤丰;孟小利;严仰光
【期刊名称】《南京航空航天大学学报》
【年(卷),期】2004(036)002
【摘要】讨论了QFW-18电励磁双凸极起动/发电系统在电动运行时的两种控制策略,对其进行了理论上的分析,并在QFW-18 kW样机上进行了实验研究.结果表明,双凸极起动/发电系统在电动运行时通过对两种控制策略的结合,能较好地解决航空发动机在起动过程中双凸极电机与发动机的转速及转矩的匹配问题.
【总页数】5页(P215-219)
【作者】胡勤丰;孟小利;严仰光
【作者单位】南京航空航天大学航空电源航空科技重点实验室,南京,210016;南京航空航天大学航空电源航空科技重点实验室,南京,210016;南京航空航天大学航空电源航空科技重点实验室,南京,210016
【正文语种】中文
【中图分类】TM464;TN86
【相关文献】
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异步电机几种主要控制方法的对比分析 近些年来，随着电力电子、计算机控制以及矢量控制等技术的不断发展，交流调速获得了巨大的技术支持，交流调速系统已经取代了直流调速系统。交流异步电机调速控制系统大致可分为两大类，一类是标量控制系统，主要是变频调速系统，包括恒压频比控制（V/F 控制）和转差频率控制。另一类是矢量控制系统，包括转子磁场定向矢量控制（VC ）、转差频率矢量控制、直接转矩控制（DTC ）和无速度传感器矢量控制。 1 标量控制 1.1 恒压频比控制( V/F) 交流异步电机调速时，总是希望保持每极磁通量m Φ为额定值不变，这样铁芯才能工作在最经济状态。电源频率和电机极对数决定异步电动机的同步转速，即在改变电源频率时，可以改变电机的同步转速，这时只有控制电源电压与变化的频率的比值为恒定( V/F 恒定) ，才能确保电动机的磁通m Φ基本恒定。电动机定子的感应电动势： m N 111K 44.4Φ=N f E g （1） 式中Eg —气隙磁通在定子每相绕组中感应电动势有效值; 1f —电源频率; 1N —定子每相绕组串联匝数; 1N K —基波绕组系数; m Φ—每极气隙磁通量。 由式(1)可知，在控制电动机频率时，保持1/f E g 1恒定，就可以维持磁通恒定。有三种不同方式的电压—频率协调控制。 (1) 恒压频比=11/f U 控制,1U 为定子端电压，这种方式最容易实现，能够满足一般调速要求，其缺点是低速带载能力差，需要对定子压降进行补偿。 (2) 恒1/f E g 控制，g E 是气隙磁通在定子每相绕组中感应电动势，它以对恒压频比实行电压补偿为目标，稳态调速性能优于恒压频比11/f U 控制。这种控制方式的缺点是机械特性非线性，产生转矩的能力不强。 (3) 恒1/f E r 控制，r E 是气隙磁通在转子每相绕组中感应电动势，这种控制方式可以得到和直流励电动机一样的机械特性，从而使高性能调速得以实现。但是它的控制系统比较复杂。
混合励磁双凸极电机控制方式综述 刘奕杉 电气15级研究生，331501000020 摘要：本文介绍了混合励磁双凸极电机的发展历史跟研究现状，分析了混合励磁双凸极电机的各种控制方式，介绍了在分区控制的思想下，励磁系统的弱磁控制、增磁控制。以及半桥功率变换器供电方式下的标准角控，针对标准角控制时高速段下电机输出转矩不足的问题又介绍了提前角控制。最后总结展望了混合励磁双凸极电机控制方式研究中存在的问题以及解决方法。 关键词：混合励磁；双凸极电机；控制方式 0 引言 上个世纪90 年代美国电机专家T . A. L i p o 提出了永磁双凸极电机[1]，双凸极永磁(Doubly Sallent Permanent Magnet，DSPM)电机是近年来在开关磁阻电机基础上发展出来的一种新型高效节能电机。混合励磁双凸极电机( Hybrid Excited Doubly SalientMachine，HEDS)[2]是在永磁双凸极电机的基础上演变而来的，它将永磁体励磁与电励磁[3]进行了有机结合，继承了永磁双凸极电机的全部优点，而且具有电机磁场可灵活调节的特点，因此成为双凸极电机的研究热点。目前对混合励磁电机的研究，主要围绕着对电机不同混合励磁结构、混合励磁原理分析等方面，而对混合励磁电机的控制策略研究则相对较少，HEDS电机继承了DSPM 电机凸极永磁的优点，具有功率密度高、结构简单、容错性能好、控制灵活等优点。它在工业驱动、航空航天、汽车、舰船以及诸如电动汽车等需宽调速驱动应用场合具有前景[4]。HEDS电机的控制策略包含 2 种基本控制模式[5]即低速时的电流斩波控制和高速时的角度位置控制。根据该电机的运行原理提出采取分区控制策略，对电机进行弱磁控制，增磁控制。以及HEDS在半桥功率变换器供电方式下，标准角控制策略对电机输出转矩的影响，并在此基础上，介绍了提前角控制。 1 双凸极电机的发展历史及研究现状 开关磁阻电机（简称SRM）是上个世纪60 年代国外推出的一种交流调速电动机的新品种，随着电力电子技术的发展，出现了开关磁阻电机调速驱动系统。开关磁阻电机结构非常简单，定、转子都为凸极齿槽结构，定子上装有集中绕组，转子上没有绕组和磁钢，这使得定、转子的结构坚固，制造成本低，装配工艺简单，冷却方便。 永磁双凸极电机的设计思想最早可以追溯到1955 年Rauch和Johnson对永磁双凸极电机的研究[6]，但是由于当时永磁材料性能等问题的限制，这种原型机体积较大、力能指标相对较低，并没有得到多大的重视。 直到上个世纪90 年代初，美国Wisconsin大学Lipo教授领导的科研小组，进行了大量永磁双凸极电机的研究工作，取得了丰硕的研究成果。其中，Liao于1993 年发表了关于DSPM主要尺寸确定的论文[7]，表明DSPM电机具有较高的功率密度，随后Liao又于1995 年在IEEE上系统阐述了DSPM电机工作原理及其控制特点[8]，文献成为DSPM电机的经典作品。图1.1为美国Wisconsin 大学Lipo教授领导的科研小组于1992 年提出的DSPM电机结构示意图，电机定转子结构外形与开关磁阻电机相似，呈双凸极结构，但它在定子（或转子）上放有永磁体，从而使运行原理和控制策略与开关磁阻电机有本质区别。概括地讲，DSPM电机系统的主要优点是结构简单、控制灵活、动态响应快、调速性能好、转矩/电流比大，可实现各种特殊要求的转矩/转速特性，功率因数接近于1，效率高。Lipo.T.A等人提出的混合励磁双凸极电机不同之处在于永磁体旁边附加了一条并联磁分路，为直流励磁磁通提供了一个通路，避免了直流励磁磁势直接作用于永磁体，减小了永磁体产生不可逆退磁的风险，并且通过磁分路磁阻的适当设计，能达到用较小的直流励磁磁势获得较大气隙磁通调节范围的目的[9]。 东南大学程明教授所领导的课题组提出了磁桥式混合励磁双凸极电机[10]，电机结构如图1.2所示，其特点是在电机永磁体与直流励磁绕组之间设置了一定尺寸的导磁桥，使电机定子铁芯保持一个整体，南京航空航天大学的严仰光教授等在双凸极电机方面作了很多研究工作，他在文献[11]中提出了一种新型的12/8 极磁路独立式的混合励磁双凸极电机结构，这种并列结构混合励磁双凸极电机定子有两并列的电枢铁芯，一段为永磁励磁，另一段为
电励磁双凸极电机的建模与仿真方法研究 目录 摘要 (3) Abstract (4) 第一章绪论 (5) 1.1电励磁双凸极电机的发展 (5) 1.2飞机发电系统的发展 (6) 1.3课题研究的目的和内容 (6) 第二章电励磁双凸极电机 (7) 2.1 电励磁双凸极电机的结构 (7) 2.2 电励磁双凸极发电机的数学模型 (7) 2.3 发电运行工作原理 (8) 第三章电磁场有限元分析简介 (11) 3.1 电磁场基本理论 (11) 3.1.1 麦克斯韦方程 (11) 3.1.2 一般形式的电磁场微分方程 (12) 3.1.3 电磁场中常见的边界条件 (13) 3.2 电磁场求解的有限元法 (14) 3.2.1 一维有限元法 (14) 3.2.2 电磁场解后处理 (16) 第四章电励磁双凸极电机模型的建立 (17) 4.1 建模工具的探讨 (17) 4.2 电机模型的建立 (17) 4.2.1 定转子模型 (17) 4.2.2 绕组模型 (18) 4.2.3 电机材料的分配 (19) 4.2.4 励磁电流方向和大小的判定 (19) 4.2.5 相绕组电流方向和大小的判定 (20)
4.2.6 给定边界条件 (21) 4.2.7 其它条件的设定 (22) 第五章电励磁双凸极电机的静态特性 (23) 5.1 双凸极电机的空载磁链与电势 (24) 5.2 空载特性 (25) 5.3 负载特性 (27) 第六章总结与展望 (28) 致谢 (29) 参考文献 (30) 附录 (31)
电励磁双凸极电机的建模与仿真方法研究 摘要 电励磁双凸极电机是一种较为新型的电机，本文研究的是12/8极电励磁双凸极电机，首先简要介绍了电机的基本结构、工作原理和数学模型，并给出了电磁场有限元分析的理论依据，在此基础上建立了Ansoft模型，利用二维电磁场有限元的方法分析了其静态特性，得出了其空载和负载特性。 本文在研究电机性能的同时，对Ansoft仿真软件也进行了比较详细的探讨，在没有具体资料的情况下，对该软件有了初步的认识。 关键词：电励磁双凸极电机，有限元，Ansoft
开关磁阻电机的原理及其控制系统 开关磁阻电机80年代初随着电力电子、微电脑和控制理论的迅速发展而发展起来的一种新型调速驱动系统。具有结构简单、运行可靠、成本低、效率高等突出优点，目前已成为交流电机调速系统、直流电机调速系统、无刷直流电机调速系统的强有力的竞争者。 一、开关磁阻电机的工作原理 开关磁阻电机的工作原理遵循磁磁阻最小原理，即磁通总是要沿着磁阻最小路径闭合。因此，它的结构原则是转子旋转时磁路的磁阻要有尽可能大的变化。所以开关磁阻电动机采用凸极定子和凸极转子的双凸极结构，并且定转子极数不同。 开关磁阻电机的定子和转子都是凸极式齿槽结构。定、转子铁芯均由硅钢片冲成一定形状的齿槽，然后叠压而成，其定、转子冲片的结构如图1所示。
图1：开关磁阻电机定、转子结构图 图1所示为12/8极三相开关磁阻电动机，S1. S2是电子开关，VD1, VD2是二极管，是直流电源。 电机定子和转子呈凸极形状，极数互不相等，转子由叠片构成，定子绕组可根据需要采用串联、并联或串并联结合的形式在相应的极上得到径向磁场，转子带有位置检测器以提供转子位置信号，使定子绕组按一定的顺序通断，保持电机的连续运行。电机磁阻随着转子磁极与定子磁极的中心线对准或错开而变化，因 为电感与磁阻成反比，当转子磁极在定子磁极中心线位置时，相绕组电感最大，
当转子极间中心线对准定子磁极中心线时，相绕组电感最小。 当定子A相磁极轴线OA与转子磁极轴线O1不重合时，开关S1, S2合上，A相绕组通电，电动机内建立起以OA为轴线的径向磁场，磁通通过定子扼、定子极、气隙、转子极、转子扼等处闭合。通过气隙的磁力线是弯曲的，此时磁路的磁导小于定、转子磁极轴线重合时的磁导，因此，转子将受到气隙中弯曲磁力线的切向磁拉力产生的转矩的作用，使转子逆时针方向转动，转子磁极的轴线O1向定子A相磁极轴线OA趋近。当OA和O1轴线重合时，转子己达到平衡位置，即当A相定、转子极对极时，切向磁拉力消失。此时打开A相开关S1, S2，合上B相开关，即在A相断电的同时B相通电，建立以B相定子磁极为轴线的磁场，电动机内磁场沿顺时针方向转过300，转子在磁场磁拉力的作用下继续沿着逆时针方向转过15,。依此类推，定子绕组A-B-C三相轮流通电一次，转子逆时针转动了一个转子极距Tr(T.=2π/N,)，对于三相12/8极开关磁阻电机，45，定子磁极产生的磁场轴线则顺时针移动了3×30'=90'空间角。可T=3600/8=o 见，连续不断地按A-B-C-A的顺序分别给定子各相绕组通电，电动机内磁场轴线沿A-B-C-A的方向不断移动，转子沿A-C-B-A的方向逆时针旋转。如果按 A-C-B-A的顺序给定子各相绕组轮流通电，则磁场沿着A-C-B-A的方向转动，转子则沿着与之相反的A-B-C-A方向顺时针旋转。 二、开关磁阻电机的控制原理 传统的PID控制一方面参数的整定没有实现自动化，另一方面这种控制必须精确地确定对象模型。而开关磁阻电动机( SRM) 得不到精确的数学模型, 控制参数变化和非线性, 使得固定参数的PID 控制不能使开关磁阻电动机控制系统在各种工况下保持设计时的性能指标。
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一、直流电机原理与控制方法 1直流电机简介 直流电机（DM）是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能 （直流发电机）的旋转电机。 它是能实现直流电能和机械 能互相转换的电机。当它作电 动机运行时是直流电动机，将 电能转换为机械能；作发电机 运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。 直流电机由转子（电枢）、定子（励磁绕组或者永磁体）、换向器、电刷等部分构成，以其良好的调速性能以至于在矢量控制出现以前基本占据了电机控制领域的整座江山。但随着交流电机控制技术的发展，直流电机的弊端也逐渐显现，在很多领域都逐渐被交流电机所取代。但如今直流电机仍然占据着不可忽视的地位，广泛用于对调速要求较高的生产机械上，如轧钢机、电力牵引、挖掘机械、纺织机械，龙门刨床等等，所以对直流电机的了解和研究仍然意义重大。
2 直流电动机基本结构与工作原理 2.1 直流电机结构 如下图，是直流电机结构图，电枢绕组通过换向器流过直流电流与定子绕组磁场发生作用，产生转矩。定子按照励磁可分为直励，他励，复励。电枢产生的磁场会叠加在定子磁场上使得气隙主磁通产生一个偏角，称为电枢反应，通常加补偿绕组使磁通畸变得以修正。 2.2 直流电机工作原理 如图所示给两个电刷加上直流电源，如上图（a）所示，则有直流电流从电刷A 流入，经过线圈abcd，从电刷B 流出，根据电磁力定律，载流导体ab和 cd收到电磁力的作用， 其方向可由左手定则判 定，两段导体受到的力 形成了一个转矩，使得 转子逆时针转动。如果
转子转到如上图（b）所示的位置，电刷A 和换向片2接触，电刷B 和换向片1接触，直流电流从电刷A 流入，在线圈中的流动方向是dcba，从电刷B 流出。 此时载流导体ab和cd受到电磁力的作用方向同样可由左手定则判定，它们产生的转矩仍然使得转子逆时针转动。这就是直流电动机的工作原理。外加的电源是直流的，但由于电刷和换向片的作用，在线圈中流过的电流是交流的，其产生的转矩的方向却是不变的。 发电机的原理则是电机的逆过程：原动机提供转矩，利用法拉第电磁感应产生直流电流。 如下图，比较清晰的说明了直流电动机的原理。 3直流电机重要特性 如下图，更加清晰的揭示了直流电机电流电压与转速转矩之间的关系。 我们可以得到直流电机的四个基本方程：
双凸极电动机的原理和控制 1. 引言 双凸极电动机作为一种常见的电机类型，具有结构简单、体积小、转矩大等优点，在各个领域得到了广泛应用。本文将对双凸极电动机的原理和控制进行深入探讨。 2. 双凸极电动机的结构和工作原理 2.1 结构 双凸极电动机的结构主要包括定子、转子和电刷。定子由磁极环、定子线圈和焊接铁芯组成，转子由铁芯和绕组组成，电刷用于与转子接触并传递电能。 2.2 工作原理 双凸极电动机的工作原理基于电磁感应定律。当定子线圈通电时，产生磁场。转子内的绕组由于与定子的磁场相互作用而产生转矩，使转子转动。 3. 双凸极电动机的控制方法 3.1 直流电枢控制方法 直流电枢控制方法是一种常见的双凸极电动机控制方法。该方法通过控制直流电源电压的大小和方向，来控制电机的转速和转向。具体控制方法包括调节电源电压、反向电源电压等。 3.2 PWM控制方法 PWM控制方法是一种通过周期性改变占空比的方式来控制电机的转速的方法。通过控制PWM信号的占空比，可以改变电机转子每个周期内的导通时间，从而实现对电机转速的控制。
3.3 反馈控制方法 反馈控制方法是一种通过测量电机转子位置和速度，并将测量结果与期望值进行比较，从而调整电机控制信号的方法。常见的反馈控制方法包括位置反馈控制和速度反馈控制，可以实现更精准的电机控制。 3.4 其他控制方法 除了上述常见的控制方法外，还有一些其他的电机控制方法，如模糊控制、神经网络控制等。这些方法可以根据具体应用场景和需求进行选择和应用。 4. 双凸极电动机的应用领域 双凸极电动机由于其结构简单、体积小、转矩大等特点，在各个领域都有广泛的应用。以下是双凸极电动机的一些常见应用领域： 1.家用电器：如洗衣机、吸尘器等。 2.机械设备：如打印机、数控机床等。 3.汽车行业：如电动汽车、电动自行车等。 4.机器人技术：如工业机器人、家庭机器人等。 5.医疗设备：如电动轮椅、手术机器人等。 6.空调设备：如空气净化器、风扇等。 5. 双凸极电动机的优缺点 5.1 优点 •结构简单，体积小，适应性强。 •转矩大，启动和加速性能好。 •效率高，能耗低。 5.2 缺点 •转速范围窄，难以实现高速运动。 •需要外部电刷与转子接触，存在损耗和磨损问题。
有关“电励磁双凸极电机”的介绍 电励磁双凸极电机是一种特殊类型的电机，其结构和工作原理都有一定的特点。有关“电励磁双凸极电机”的介绍如下： 1.结构特点： ●电励磁双凸极电机主要由定子和转子组成。定子包括两个极芯和励磁绕组，而转子则 由永磁体构成。 ●定子的极芯上绕有励磁绕组，通常采用直流电源进行励磁。 ●转子由多个永磁体组成，这些永磁体在电机转动时产生磁场。 2.工作原理： ●当励磁绕组中通入直流电流时，会在定子极芯上产生磁场。这个磁场与转子上的永磁 体产生的磁场相互作用，从而产生转矩，使电机转动。 ●电励磁双凸极电机的转矩方向取决于励磁电流的方向。通过改变励磁电流的方向，可 以改变电机的旋转方向。 ●由于电励磁双凸极电机采用永磁体作为转子，因此其具有较高的效率和较小的体积。 3.应用： ●电励磁双凸极电机主要应用于汽车、摩托车、电动车等领域，作为驱动电机使用。 ●此外，由于其具有较高的效率和较小的体积，电励磁双凸极电机也被用于一些需要高 性能、小体积电机的场合。 4.优点： ●效率高：由于采用了永磁体作为转子，电励磁双凸极电机具有较高的效率。 ●体积小：相对于其他类型的电机，电励磁双凸极电机具有较小的体积，更适合于紧凑 型设备的驱动。 ●易于控制：通过改变励磁电流的方向，可以方便地改变电机的旋转方向。 5.缺点：
●成本高：由于采用了永磁体和励磁绕组等材料，电励磁双凸极电机的制造成本较高。 ●对温度敏感：永磁体的磁性能受温度影响较大，因此电励磁双凸极电机在高温环境下 可能会出现性能下降的情况。 总的来说，电励磁双凸极电机是一种高效、紧凑且易于控制的电机类型，适用于多种应用场景。
开关磁阻电机控制策略研究 摘要：开关磁阻电机驱动系统（SRD）是近20年得到迅速发展的一种交流调速系统。其结构简单、工作可靠、效率高和成本较低等优点而具有相当的竞争力。本文首先介绍了开关磁阻电机控制策略的研究现状和趋势，推导了开关磁阻电机的数学模型，然后详细介绍了两步换相控制、基于转矩分配函数的转矩控制、智能控制、直接瞬时转矩控制等控制策略。又基于Matlab/Simulink仿真验证了开通角、关断角对电机电流转矩的影响，最后得出以转矩为控制对象的新型控制策略仍将进一步发展。 关键词：开关磁阻电机；转矩分配函数;直接瞬时转矩控制； Control Method of Switch Reluctant Motor ‘ Abstract：Switched reluctance motor drive system (SRD) is a kind of ac speed regulating system with nearly 20 years rapid development 。Its simple structure，reliable operation, high efficiency and low cost advantages are quite competitive.This dissertation first introduces the research status and the control strategy of the switched reluctance motor trend, the mathematical model of the switch magneto is deduced，and then introduced the two—step commutation control，based on the torque distribution function of torque control, intelligent control，direct instantaneous torque control and so on.And based on the Matlab/Simulink ，the influence of the opening Angle, shut off the Angle to the motor torque were verified，finally concluded that the new control strategy will continue to develop further with the torque as the object. Key words: switched reluctant motor; torque share function ；direct instantaneous torque control(DITC)
实验报告 课程名称： 电力系统分析综合实验 指导老师： 成绩：__________________ 实验名称： 同步发电机励磁控制实验 实验类型：________________同组学生姓名：__________ 一、实验目的 1.加深理解同步发电机励磁调节原理和励磁控制系统的基本任务； 2.了解自并励励磁方式和它励励磁方式的特点； 3.熟悉三相全控桥整流、逆变的工作波形；观察触发脉冲及其相位移动； 4.了解微机励磁调节器的基本控制方式； 5.掌握励磁调节器的基本使用方法； 6.了解电力系统稳定器的作用；观察强励现象及其对稳定的影响。 二、原理与说明 同步发电机的励磁系统由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成，它们和同步发电机结合在一起就构成一个闭环反馈控制系统，称为励磁控制系统。励磁控制系统的三大基本任务是：稳定电压，合理分配无功功率和提高电力系统稳定性。 图1 励磁控制系统示意图 实验用的励磁控制系统示意图如图l 所示。可供选择的励磁方式有两种：自并励和它励。当三相全控 专业： 电气工程及其自动化 姓名： 学号： 日期： 地点：教2-105
桥的交流励磁电源取自发电机机端时，构成自并励励磁系统。而当交流励磁电源取自380V市电时，构成它励励磁系统。两种励磁方式的可控整流桥均是由微机自动励磁调节器控制的，触发脉冲为双脉冲，具有最大最小α角限制。 微机励磁调节器的控制方式有四种：恒U F (保持机端电压稳定)、恒I L(保持励磁电流稳定)、恒Q(保持发电机输出无功功率稳定)和恒α(保持控制角稳定)。其中，恒α方式是一种开环控制方式，只限于它励方式下使用。 同步发电机并入电力系统之前，励磁调节装置能维持机端电压在给定水平。当操作励磁调节器的增减磁按钮，可以升高或降低发电机电压；当发电机并网运行时，操作励磁调节器的增减磁按钮，可以增加或减少发电机的无功输出，其机端电压按调差特性曲线变化。 发电机正常运行时，三相全控桥处于整流状态，控制角α小于90︒；当正常停机或事故停机时，调节器使控制角α大于90︒，实现逆变灭磁。 三、实验项目和方法 (一) 不同α角(控制角)对应的励磁电压波形观测 (1)合上操作电源开关，检查实验台上各开关状态：各开关信号灯应绿灯亮、红灯熄； (2)励磁系统选择它励励磁方式：操作“励磁方式开关”切到“微机它励”方式，调节器 面板“它励”指示灯亮； (3)励磁调节器选择恒α运行方式：操作调节器面板上的“恒α”按钮选择为恒α方式，面 板上的“恒α”指示灯亮； (4)合上励磁开关，合上原动机开关； (5)在不启动机组的状态下，松开微机励磁调节器的灭磁按钮，操作增磁按钮或减磁按钮 即可逐渐减小或增加控制角α，从而改变三相全控桥的电压输出及其波形。 注意：微机自动励磁调节器上的增减磁按钮键只持续5秒内有效，过了5秒后如还需
永磁同步电机弱磁控制的控制策略研究 摘要 永磁同步电机是数控机床、机器人控制等的主要执行元件，随着稀土永磁材料、永磁电机设计制造技术、电力电子技术、微处理器技术的不断发展和进步，永磁同步电机控制技术成为了交流电机控制技术的一个新的发展方向。基于它的优越性，永磁同步电机获得了广泛的研究和应用.本文对永磁同步电机的弱磁控制策略进行了综述，并着重对电压极限椭圆梯度下降法弱磁控制、采用改进的超前角控制弱磁增速、内置式永磁同步电动机弱磁控制方面进行了调查、研究。 关键词：永磁同步电机、弱磁控制、电压极限椭圆梯度下降法、超前角控制、内置式永磁同步电动机 一、永磁同步电机弱磁控制研究现状 1．永磁同步电机及其控制技术的发展 任何电机的电磁转矩都是由主磁场和电枢磁场相互作用产生的。直流电机的主磁场和电枢磁场在空间互差90°电角度，因此可以独立调节;而交流电机的主磁场和电枢磁场互不垂直，互相影响。因此，交流电机的转矩控制性能不佳。经过长期的研究，目前交流电机的控制方案有:矢量控制、恒压频比控制、直接转矩控制等[1]。 1．1 矢量控制 1971年德国西门子公司F．Blaschke等与美国P．C．Custman等几乎同时提出了交流电机磁场定向控制的原理,经过不断的研究与实践，形成了现在获得广泛应用的矢量控制系统。矢量控制系统是通过坐标变换，把交流电机在按照磁链定向的旋转坐标系上等效成直流电机,从而模仿直流电机进行控制，使交流电机的调速性能达到或超过直流电机的性能。 1．2 恒压频比控制 恒压频比控制是一种开环控制,它根据系统的给定，利用空间矢量脉宽调制转化为期望的输出进行控制，使电机以一定的转速运转。但是它依据电机的稳态模型，从而得不到理想的动态控制性能。要获得很高的动态性能，必须依据电机的动态数学模型，永磁同步电机的动态数学模型是非线性、多变量，它含有角速度与电流或的乘积项，因此要得到精确控制性能必须对角速度和电流进行解耦。近年来，研究了各种非线性控制器，来解决永磁同步电机非线性的特性。 1．3 直接转矩控制 矢量控制方案是一种很有效的交流伺服电机控制方案,但是由于该方案需要进行矢量旋转变换，坐标变换比较复杂。此外，由于电机的机械常数慢于电磁常数，矢量控制中转矩响应的速度不够迅速.针对矢量控制的上述缺点，德国学者
_永磁同步电机控制策略比较研究 永磁同步电机是一种新型高效率、高性能的电机，广泛应用于工业、 交通和航空航天等领域。在永磁同步电机的控制中，有多种不同的策略可 供选择，本文将对其中的几种常见的控制策略进行比较研究。 首先，矢量控制是永磁同步电机最常用的控制策略之一、矢量控制通 过精确地控制电机的转子位置和电磁矢量的方向和大小，实现对电机的精 确控制。这种控制策略具有响应速度快、转矩平稳等优点，适用于需要高 精度控制和快速动态响应的应用。 其次，直接转矩控制是一种特殊的矢量控制策略。直接转矩控制通过 根据电机的状态变量来直接计算和控制电机的转矩，而无需使用传统的速 度环。这种控制策略具有响应速度快、鲁棒性强等优点，适用于对电机转 矩要求严格的应用。 另外，模型预测控制是近年来发展起来的一种新型的永磁同步电机控 制策略。模型预测控制通过建立电机的数学模型，并基于该模型预测未来 时刻的电机状态，以优化控制策略来改善电机的性能。这种控制策略具有 快速响应、适应性强等优点，适用于变化较大的负载和环境条件下的应用。 最后，无感知向量控制是一种基于无位置传感器的永磁同步电机控制 策略。该控制策略通过基于电机的电流响应来追踪电机转子位置，从而实 现对电机的控制。这种控制策略具有结构简单、成本低等优点，适用于对 成本要求较高的应用场景。 综上所述，不同的永磁同步电机控制策略具有各自的特点和适用范围。在实际应用中，需要综合考虑电机性能要求、成本、复杂度等因素，选择 合适的控制策略。随着电机控制技术的不断发展，相信在未来会出现更多
的新型控制策略，为永磁同步电机的性能提升和应用拓展提供更多的可能性。
电机控制策略比较与优化研究 1. 引言 电机控制策略是电机系统中至关重要的一部分，它直接影响到电机的性能和效率。不同的控制策略可以在不同的应用场景下进行选择和应用。本研究旨在比较和优化不同的电机控制策略，以提高电机系统的性能和效率。 2. 传统控制策略比较 2.1PID控制策略 PID控制是一种常用且经典的控制策略，它通过不断地调节控制器的参数来实现对电机系统的控制。然而，PID控制策略在应对非线性、时变和多变量控制等复杂问题时存在一定的局限性。 2.2 FOC控制策略 磁场定向控制（Field-Oriented Control，FOC）是一种广泛应用于交流电机控制的策略。它通过将电机的电流控制分解为直轴和交轴两个分量，并结合采样和反馈控制实现了对电机的精确控制。尽管FOC控制策略提供了更好的动态性能和控制精度，但其复杂的数学模型和计算要求限制了其在实际应用中的推广和应用。 3. 先进控制策略比较 3.1 模型预测控制（Model Predictive Control，MPC） MPC是一种基于模型的控制策略，它通过利用预测模型对未来状态进行建模和优化，以在每个时间步骤上选择最优控制输入。MPC具有较强的鲁棒性和适应性，但由于其较高的计算复杂度，限制了其在实时应用中的应用。 3.2 直接扭矩控制（Direct Torque Control，DTC）
DTC是一种应用于交流电机控制的先进控制策略，它通过直接控制电机的电流和转矩来实现快速响应和高效率。相比于传统控制策略，DTC具有更好的响应速 度和控制精度，但由于其高频开关和电流纹波问题，同时也对控制算法的设计和实现提出了更高的要求。 4. 控制策略优化方法 4.1 参数调节算法 参数调节算法是优化控制策略的常用方法，通过不断调整控制器的参数来优化 电机控制系统的性能。常用的参数调节算法包括遗传算法、粒子群算法和模拟退火算法等。这些算法能够在一定程度上提高控制系统的响应速度和稳定性。 4.2 智能优化算法 智能优化算法是近年来兴起的一种优化方法，通过模拟自然界的进化和智能行 为来寻找最优解。常用的智能优化算法包括人工神经网络、模糊逻辑和遗传算法等。这些算法能够在不同的问题领域中寻找到更优的解决方案。 5. 实验验证与结果分析 本研究设计了一系列实验来比较和优化不同的电机控制策略。通过实验数据的 收集和分析，我们能够评估不同策略在控制性能、响应速度和效率等方面的优劣，并选择最合适的控制策略进行应用。 6. 结论 本研究综合比较了传统控制策略和先进控制策略，并探讨了控制策略优化的方法。通过实验验证和结果分析，我们得出了结论：根据具体应用场景和需求选择合适的电机控制策略是提高电机系统性能和效率的关键。进一步的研究可以探索新的控制策略和优化方法，以满足不同应用场景的需求。
同步电动机三相半控桥与全控桥晶闸管励磁装置对比分析 摘要：随着科学技术不断发展，同步电动机装置也在随着科技变化在不断的优 化创新，各个厂家也在随着时代的变化对其进行不断的升级换代，本文就同步电 动机三相半控桥与全控桥晶闸管励磁装置的优缺点进行对比分析，为励磁技术的 应用和发展提供强有力的支撑。 关键词：同步电动机；半控桥晶闸管励磁装置；全控桥晶闸管励磁装置 前言： 由于近几年来，广大用户对三相半控桥励磁技术和三相全控桥励磁技术的应 用存在较大的疑虑，这对励磁技术的应用和发展产生了重大的影响，为了解开广 大用户对三相半控桥励磁技术和三相全控桥励磁技术的疑惑，本文对三相半控桥 晶闸管励磁装置和三相全控桥晶闸管励磁装置的性能进行比较，促使励磁技术得 到进一步的发展和应用。 一、半控桥晶闸管励磁装置 BKL新型半控桥式同步电动机励磁装置在1981年被中国核工业电机裕兴技术 开发公司推出，还装置实现了控制插件、领却风故障下同步电动机依然可以稳定 的运行，并具有不停机更换故障插件、丢失自动整补的功能，为同步电机的稳定 运行提供有强有力的保障。但要注意的是半控桥励磁装置在用旁路二极管对电动 机的震动产生影响，但要不用旁路二极管时，也会让半控桥励磁装置的电路产生 失控，并使半控桥励磁装置的调节范围减少，不能使用逆变灭磁，其谐波干扰就 会变大。BKL新型半控桥式励磁装置在推出后得到广大用户的一致好评，也得到 了广泛的使用，从推出至今已经投运了2000多台，容量也从250达到了 10000KW。半控桥式励磁装置个可靠性主要是依据主桥臂中晶闸管的工作情况进 行选择的，因此，半控桥式励磁装置在运行期间晶闸管的温度低，就会延长该装 置的使用寿命，与此同时，主桥臂中整流管故障率也会低于晶闸管。如某水利站 的抽水泵用7000KW同步电动机，励磁电业240V，励磁电流492V，在用全控桥 式励磁装置时每年都会出现主桥臂中晶闸管大量损坏的现象，在1988年利用BKL 新型半控桥式励磁装置之后，主桥臂中晶闸管从启用至今依然保持良好，没有再 出现主桥臂中晶闸管大量损坏的现象。 二、全控桥晶闸管励磁装置 全控桥晶闸管励磁装置有6只晶闸管，主要用于﹢A、﹣C、﹢B、﹣A、﹢C、﹣B六向可控整流。全控桥晶闸管励磁装置与20世纪70年代设计的KGLF10系列的相比，全控桥晶闸管励磁装置对灭磁电路进行了优化和创新，它把传统的灭磁 电路中的V7和V8两只晶闸管融合成了一只晶闸管，让灭磁实现低通值启动，高 通值运行。全控桥晶闸管励磁装置中的主流产品是某北京科技有限公司的WKLF 系列的同步电机微机励磁装置，该磁装置调节范围大，没有失控区，谐波干扰小，能逆变灭磁，但该装置较为复杂，维修起来比较困难。 三、半控桥和全控桥晶闸管励磁装置的性能比较 （一）观点一 当全控桥在触发脉冲时，就会使流桥出现颠覆导致停机，就当前情况来看， 全控桥双微机热备励磁装置与半控桥励磁装置对比分析如下：①就可靠性来说，半控桥励磁装置的整流度较大，其运行可靠性要比全控桥双微机热备励磁装置高。 ②全控桥双微机热备励磁装置主要是为了解决更换故障硬件被迫停机的问题③ 全控桥励磁装置在运行中的控制角不能超过60°，当控制角超过60°时，就会让该
电流斩波控制条件下影响开关磁阻电机转矩脉动的结构因素分 析 袁龙生;赵朝会;张迪 【摘要】利用磁路和有限元方法,研究了在电流斩波控制条件下,影响开关磁阻电机转矩脉动的结构因素;讨论了,气隙长度,定、转子极弧系数,定、转子轭部厚度变化时开关磁电机转矩脉动的变化情况;研究表明:①使转矩脉动较小的气隙长度存在一个最优值,而且气隙长度影响电机带负载能力;②定、转子极弧系数对SRM转矩脉动的影响类似,随SRM定、转子极弧系数的增大,平均转矩不断增大,定、转子极弧系数在较小数值变化时,转矩脉动变化不大,但当定、转子极弧系数大于某值后,随着平均转矩的增大,转矩脉动大幅度增大;③定、转子轭部厚度对SRM转矩脉动都有影响,但影响程度不大,随着定子轭部厚度的增大,SRM转矩脉动呈现减小的趋势;随着转子轭部厚度的增加,SRM转矩脉动随之变大. 【期刊名称】《电气技术》 【年(卷),期】2010(000)011 【总页数】5页(P13-17) 【关键词】开关磁阻电机;电流斩波控制;转矩脉动;影响因素;有限元分析 【作者】袁龙生;赵朝会;张迪 【作者单位】上海电机学院电气学院,上海200240;上海电机学院电气学院,上海200240;上海电机学院电气学院,上海200240 【正文语种】中文
1 引言 开关磁阻电机（Switched reluctance motor，以下简称：SRM）及其驱动系统 因结构简单、工作可靠、效率高和成本低等优点，近年来在电气传动领域得到广泛应用。但是由于 SRM 双凸极结构的特点，转矩脉动大，从而限制了其在调速领 域的进一步的应用[1]。因此SRM转矩脉动的研究成为当前的一个热点，文献[2] 采用电流幅值斩波控制策略来减小转矩脉动；文献[3]提出了 SRM 的转矩矢量控制概念及其控制策略来抑制开关磁阻电机的转矩脉动；文献[4]则是增加定子凸极 宽度以及对应的定子凸极数目，达到降低SRM转矩脉动的目的；文献[5]利用非线性方法全面计算和分析了电机结构参数在角度位置控制条件下对转矩波动的影响。由于SRM在恒转矩区，电机转速较低，电机反电动势小，为避免过大的电流峰值，常采用电流斩波控制；但在电流斩波控制条件下，系统的研究SRM结构参数对转矩脉动影响的文献并没见报道。因此，本文采用磁路和二维有限元相结合的方法，在电流斩波制条件下，对影响SRM转矩脉动的结构因素进行了分析。 2 SRM的结构及特点 由图1知，SRM由装有励磁绕组的凸极定子和凸极转子组成，转子上无绕组和永磁体，惟一的磁势源来自定子绕组，这是SRM的一个显著优点，由于定、转子的独特的双凸极结构，使SRM结构简单坚固、可靠性高、容错能力强、调速性能优异、适合于高速或者超高速运行。但也由于SRM的双凸极结构，工作原理不同于传统的交流电机，其电磁场分析较复杂，非线性问题严重，存在较大的转矩脉动和噪声。 图1 SRM的结构 3 电机磁场的分析计算方法 本文对电机磁场进行有限元计算时，采用矢量磁位进行求解。为了建立磁场的微分
开关磁阻电机发展前景及转矩脉动抑制方法综述 摘要:开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor, SRM)结构简单、成本低、效率高、容错能力好和无需稀土材料等优点，SRM是交、直流调速系统的极大竞争者，未来前景广阔。但SRM存在转矩脉动大，噪声和振动明显，控制器成本高等问题制约了SRM有更好的发展，针对SRM转矩脉动问题，分析SRM的基本结构和工 作原理，从电机本体设计和控制策略两个角度总结国内外转矩脉动抑制方法。 关键词：开关磁阻电机;转矩;脉动抑制 中图分类号：TM352 1 发展前景 开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor, SRM）原理与19世纪40年代“电磁制动机” 原理相似。SRM调速系统（Switched Reluctance Drive，SRD）是变频、无刷直流电机调速系 统后新一代无级调速系统，是光、机、电一体化的高新技术[1]。 SRM为可变磁阻电机，定、转子的凸极均为硅钢片，易于获取和回收利用。转子无绕组 与永磁体，仅定子极上绕有集中绕组，且绕组端部较短，无相间跨接线，使得其方便维护、 可靠性高。SRM相较于带有永磁体的电机，制造工艺简单，成本低，避免了高温下磁性衰退 现象。贸易战倒逼中国稀土管制，永磁材料价格上涨是必然。可见，无需永磁体的SRM虽诞 生时间晚、发展时间短，但潜力还是相当大的。 SRD综合了感应和直流电机系统优点，在成本、效率、调速性能、可靠性等方面均突出，是强有力竞争者，SRM主要优点如下[1,2]： 1）SRM利用系数较大，可达感应电机利用率的1.2~1.4倍。 2）结构简单，制作工序少、成本低，工作可靠、维修量小。因此，可工作于极高转速 环境下，SRM转速最高可达105r/min。 3）损耗多产生于定子，方便冷却；转子允许有较高温升。能实现特殊要求的转矩-速度 特性，适用于恶劣、高温甚至强振动环境，且可以保持高效率。 4）转矩方向不受电流方向影响，可工作在频繁启停、正反向转换环境下。 5）启动电流小，转矩大；调速范围宽，控制灵活；可四象限运行，再生制动能力较强；容错能力强。 鉴于此，SRM成为交、直流、无刷直流电机调速系统的强有力竞争者。目前，SRM已在 迅猛发展的调速电机领域争得了一席之地，在通用工业、电动汽车、家用电器等领域得到了 较广泛应用。 2 开关磁阻电机特点 2.1 SRM的结构和运行原理 SRM为双凸极结构，遵循“磁阻最小原理”，产生切向磁拉力，齿极间的吸引力带动SRM 转子旋转。图1是三相12/8极SRM定转子结构图，三相SRM是相数最少的具备正反转自启 动能力的常规SRM。
2010年度申报专业技术职务任职资格论文 题目：核电厂发电机励磁系统的分析与比较 作者姓名：唐启军 单位：中国核电工程有限公司 申报职称：工程师 专业：电气工程及其自动化 日期：2010年6月
核电厂发电机励磁系统的分析与比较 摘要：本文介绍了核电厂发电机目前所采用的无刷励磁和自并励静态励磁系统的结构与原理，从技术、经济上分析比较了这两种励磁系统的特点，并总结出其各自的优缺点，最后指出随着制造工艺水平的不断提高，核电厂采用自并励静态励磁系统将是以后发展的一个趋势。 关键字：发电机无刷励磁自并励静态励磁滑环碳刷 1. 引言 励磁系统是发电机的重要组成部分，它对发电机本身及电力系统的安全稳定运行有着重要的作用。核电厂由于其发电容量大、使用周期长以及对安全和可靠性有着特殊要求，所以发电机励磁系统的选择也显得尤为重要。目前国内核电厂发电机励磁系统发电机的励磁系统主要采用无刷励磁和自并励静态励磁两种方式，这两种励磁方式各有优缺点，本文将对其进行详细的比较和分析。 2. 核电厂励磁系统介绍 目前，国内核电厂发电机采用的励磁系统主要有两种，一种是无刷励磁系统，一种是自并励静态励磁系统。其中，无刷励磁系统又分为三机无刷励磁系统和带机端励磁变压器的两机无刷励磁系统。以上两种励磁系统在国内核电厂的应用情况见表1。 3. 两种励磁系统的结构与原理 3.1 无刷励磁系统结构与原理 核电厂三机无刷励磁系统和机端励磁变压器构成的两机无刷励磁系统其结构原理图分别见图1和图2。 图1 核电厂发电机三机无刷励磁系统原理图
图2 核电厂发电机两机无刷励磁系统原理图 三机无刷励磁系统由安装在同一根轴上的永磁发电机PMG、主励磁机EXC 和旋转整流装置组成。永磁发电机定子产生的中频电流输送到静止的电压调节器A VR，A VR输出的直流电流输送到主励磁机定子绕组产生磁场，在主励磁机转子绕组中感应出交流电流并送到旋转整流装置整流，经过整流后的直流电流由穿过轴中心孔的引线直接向主发电机转子提供励磁电流，不需要电刷。 机端励磁变压器构成的两机无刷励磁系统实际上就是用发电机机端并接的1组小容量单相励磁变压器取代了永磁发电机PMG，减少了一个旋转部件，其他原理和组成与三机无刷励磁系统相同。 3.2 自并励静态励磁系统结构与原理 核电厂采用的自并励静态励磁系统结构原理图见图3 图3 核电厂自并励静态励磁系统原理图 自并励静态励磁系统用接在发电机机端的励磁变压器作为励磁电源，通过可控硅整流装置直接给发电机的转子提供励磁电流。这种励磁系统取消了安装在汽轮发电机组大轴上的永磁发电机、主励磁机和旋转整流装置，缩短了轴系长度，但是自并励静态励磁系统需要通过滑环碳刷与发电机转子回路相连。 4. 技术特点分析 4.1无刷励磁系统 无刷励磁系统的主励磁机和硅整流器与主发电机转子都在同一根轴上旋转，所以它们之间不需要任何滑环及电刷等转动接触元件，无刷励磁系统彻底革除了
摘要 无刷双馈电机是一种新型感应电机，同时也是具有同步电机和异步电机特点的交流调速电机，有着简单牢固的无刷结构、可回馈使用的转差功率、可调节的功率因素、小容量的调速控制装置以及多种运行模式等特点，深受国内外研究者的重视。 在本文中首先，通过对无刷双馈电机的发展历史、研究现状和应用前景的了解，结合国内、外相关文献，对无刷双馈电机的基础理论进行了研究。得到了无刷双馈电机的转速公式及定子绕组中功率绕组和控制绕组各自电磁功率与电源频率的关系。 其次，对无刷双馈电机的结构进行了分析。针对此类电机定子由功率绕组和控制绕组两套绕组构成，提出了单绕组和双绕组两种绕组形式，并对这两种绕组各自的特点加以分析，尤其又对单绕组的结构特进行了剖析。 再次，如上所述，在基本的参数条件下进行计算，从设计功率入手，对电机尺寸、齿槽等进行了计算，最后得到了一个无刷双馈电机的基本参数。这些参数是根据异步电动机设计手册计算的，尤其是一些数据是根据经验公式选取的数值，最终得到这些数据。 关键词：无刷双馈电机；参数；结构分析
ABSTRACT Brushless double一fed machine is a new type of induction machine that can operate in both asynchronous and the synchronous mode. It has the robust mechanical characteristics together with controllable speed and power factor，a relatively low rating power converter. These benefits attract more a nd more researcher’s attention. A comprehensive research on the BDFM with cage rotor is developed，its structure characteristics and principals are discussed. In this paper, firstly, through the understanding of the development history, actually researching and appliance foreground, combining with the literature of in and out country, the basic theory of BDFM is studied. The theory of adjustable speed with constant frequency of BDFM is analyzed through power view, and the rotate speed formula and the relationship between electromagnetism power and the power supply frequency of power winding and controls winding of BDFM’s stator are obtained. Secondly, the configuration of BDFM is analyzed. Because the BDFM is composed with power winding and control winding of stator, two winding modes are given, the one is single winging and the other one is double winding. Then the characteristics of these two kinds of windings are analyzed and the configuration of single winding is analyzed especially. Again, as mentioned above, in the basic parameters calculated from design, the motor power, size, scallop, calculation, finally got a brushless doubly-fed basic parameters. These parameters are calculated according to the asynchronous motor design manuals, especially some data are selected according to the empirical formula of the numerical, finally obtained the data. KEY WORDS：Brushless Double-Fed；Machine Parameter Calculating ；structural analysis