永磁同步电机在低速下运行的研究
基于高频注入法的SPMSM运行研究
基于高频注入法的SPMSM运行研究
闫翔宇;毕永利
【期刊名称】《黑龙江大学工程学报(中英俄文)》
【年(卷),期】2024(15)2
【摘要】建立高频信号激励下表贴式永磁同步电机(Surface-mounted Permanent Magnet Synchronous Motor,SPMSM)的数学模型,基于脉振高频注入法构建SPMSM矢量控制系统,采用龙贝格观测器进行转速与位置估计,提高位置估计精度,实现电机无位置传感器低速运行;采用锁相环并通过二次谐波检测实现转子磁极的初始位置估计,保证电机快速起动。
在MatLab/Simulink平台上,对所提出的方法进行仿真。
结果表明,该方法提高了电机低速运行时的控制精度。
【总页数】8页(P42-49)
【作者】闫翔宇;毕永利
【作者单位】黑龙江大学机电工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM301.2
【相关文献】
1.基于高频信号注入法的永磁同步电机无传感器运行研究
2.基于脉振高频电流注入法的SPMSM初始位置检测方法
3.基于高频电流注入法的SPMSM初始位置检测
4.基于高频注入的带式输送机SPMSM无传感器控制研究
因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
《永磁同步电机伺服控制系统的研究》范文
《永磁同步电机伺服控制系统的研究》篇一一、引言随着工业自动化和智能制造的快速发展,永磁同步电机(PMSM)因其高效、节能、稳定等优点,在伺服控制系统中得到了广泛应用。
永磁同步电机伺服控制系统作为现代机电一体化技术的重要组成部分,其性能的优劣直接影响到整个系统的运行效率和稳定性。
因此,对永磁同步电机伺服控制系统的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
二、永磁同步电机的基本原理永磁同步电机是一种基于永磁体产生磁场的电机,其工作原理是利用磁场与电流的相互作用,实现电机的转动。
与传统的电机相比,永磁同步电机具有更高的能效比和更稳定的运行性能。
其伺服控制系统主要通过控制器对电机进行精确的控制,实现电机的快速响应和准确位置控制。
三、伺服控制系统的构成及工作原理永磁同步电机伺服控制系统主要由电机本体、驱动器、控制器和传感器等部分组成。
其中,控制器是整个系统的核心,负责接收指令、处理信息并输出控制信号。
驱动器则负责将控制信号转换为电机所需的电能。
传感器则用于实时监测电机的运行状态,将信息反馈给控制器,实现闭环控制。
四、伺服控制系统的关键技术1. 矢量控制技术:通过坐标变换,将三相电流分解为励磁分量和转矩分量,分别进行控制,实现电机的精确控制。
2. 数字控制技术:采用数字信号处理器(DSP)等数字控制器,实现对电机的快速响应和精确控制。
3. 鲁棒控制技术:针对系统的不确定性因素和外界干扰,采用鲁棒控制算法,提高系统的稳定性和抗干扰能力。
4. 智能控制技术:利用人工智能算法,实现对电机的高效、智能控制。
五、伺服控制系统的研究现状及发展趋势目前,永磁同步电机伺服控制系统已广泛应用于机器人、数控机床、航空航天等领域。
随着科技的不断进步,伺服控制系统的研究也在不断深入。
未来,伺服控制系统将更加注重智能化、高效化和绿色化的发展方向。
智能控制算法的应用将进一步提高系统的自适应性、学习能力和决策能力。
同时,高效化和绿色化也将成为伺服控制系统的重要发展方向,通过优化控制算法和改进电机设计,降低系统能耗,提高系统效率。
低速永磁直线同步电机的分段设计研究
0 引 言
永磁 直 线 同步 电动 机 兼 有 直 线 电动 机 和永 磁 电
的应 用 场合 ,需 要 的永 磁 体 多 ,系统 整 体 的造 价 较
高 ;同时动子需要采用拖线供 电方式,运行过程中
易发 生 断 路 、漏 电 、短 路 等 故 障 。而 对 于 定 子 为 电
枢绕 组 ,动子 为永 磁 体 的单 段 式 结 构 ,即在 整 个 轨
mo e p r g a h t rman y,ito c d t e s ci n lp i c p e ,t e s c in lc i ro n o t o s e r a a r p smoo il n r du e h e to a rn i l h e t a rt i n a d h w o d e — o e to a p i ld sg tt a i i n lo tma e in a he s me tme.Th e tma c ewe n a tv ela d sa o sr aie e b s th b t e ci e c l n t tri e lz d,a d t e o n h p— tma e u ti bti e c o d n o t e a tfca g e i l r s l s o a n d a c r i g t h ri ilf ur . i i Ke r y wo ds:lw・p e o s e d;s c in lde in;p r a e tma n tln a y c r n u tr;o tmiai n d sg e t a sg o e m n n g e i e r s n h o o s moo pi z t ein o
( .T eC lg l tcl n ie i hn zo nvr t, hn zo 5 0 , hn ; 1 h o eeo Ee r a gne n i Z egh uU i sy Z egh u4 0 0 C ia l f ci E rg n ei 1
新能源汽车驱动用永磁同步电机的设计研究
新能源汽车驱动用永磁同步电机的设计研究【摘要】:随着环境保护意识的增强和能源危机的威胁,新能源汽车作为替代传统燃油汽车的重要选择,受到了广泛关注。
在新能源汽车中,永磁同步电机作为主要驱动装置之一,其高效、轻量和高功率密度的特点使其成为首选。
本论文旨在研究新能源汽车驱动用永磁同步电机的设计,包括电机的结构设计、控制策略和性能优化等方面。
【关键词】:新能源汽车;永磁同步电机;设计研究随着全球气候变化和环境污染问题的日益严重,减少传统燃油车辆的使用已成为一项迫切的任务。
新能源汽车以其零排放和高能效的特点成为解决方案之一。
而在新能源汽车中,永磁同步电机作为主要驱动装置之一,具有高效、轻量和高功率密度的特点,因此受到了广泛的关注和应用。
本研究旨在深入探讨新能源汽车驱动用永磁同步电机的设计原理和关键技术,通过对电机结构设计、控制策略和性能优化等方面的研究,提高电机的效率和性能,推动新能源汽车技术的发展。
该研究对于推动新能源汽车产业的发展,提高汽车能源利用效率,减少环境污染具有重要的意义。
1、永磁同步电机的基本原理1.1永磁同步电机的工作原理永磁同步电机是一种基于磁场相互作用实现能量转换的电机。
永磁同步电机由定子和转子两部分组成。
定子上通常布置有三相绕组,通过电流激励产生旋转磁场。
转子上则安装有永磁体,产生恒定的磁场。
当定子绕组通以三相交流电流时,产生的旋转磁场会与转子上的永磁体磁场相互作用。
根据洛伦兹力定律,磁场作用于电流会产生力,从而驱动转子转动。
为了实现同步运行,定子绕组的电流和转子上的磁场需要保持一定的相对位置。
这可以通过传感器或者反馈控制系统来实现,以确保电机能够按照预定的转速和转矩运行。
永磁同步电机具有高效率、高功率密度和快速响应的优点,适用于许多应用领域,特别是新能源汽车。
通过合理的控制策略,可以实现对电机性能的优化,提高能源利用效率和驱动系统的性能。
1.2 永磁同步电机的特点和优势永磁同步电机具有以下特点和优势:高效率:相比于传统的感应电机,永磁同步电机具有更高的效率,能够将电能转化为机械能的比例更高,减少能源的浪费。
永磁同步电机变频调速控制方法研究
永磁同步电机变频调速控制方法研究第一章前言随着社会的发展,电机控制技术的研究和应用越来越受到关注。
永磁同步电机作为一种新型电机,具有高效、低噪音、小体积、高可靠性等优点,被广泛应用于新能源汽车、电动机车、风力发电以及工业自动控制等领域。
而变频调速控制技术则是电机驱动中的核心技术之一,可以改变电机输出的频率和电压,从而实现精准控制。
本文将着重研究永磁同步电机的变频调速控制方法,分别从控制系统结构、控制算法和实验验证三个方面进行探讨,旨在为永磁同步电机的实际应用提供参考。
第二章控制系统结构永磁同步电机的控制系统框图如下图所示:其中,电机控制器、变频器、传感器和计算机组成了整个控制系统。
电机控制器主要负责控制永磁同步电机的转速和电流,实现闭环控制;变频器则是将直流电源转换成交流电源,并可实现变换频率和电压的功能;而传感器主要用于测量电机的实际速度、位置以及转矩等信号,为电机控制提供反馈信号。
在永磁同步电机的控制系统中,最为关键的部分是电机控制器。
电机控制器可以采用矢量控制算法、直接转矢量控制算法、预测控制算法等不同控制算法进行实现。
其中,矢量控制算法具有控制精度高、响应速度快等优点,被广泛应用于永磁同步电机的控制中。
第三章控制算法3.1 矢量控制算法矢量控制算法是在永磁同步电机坐标系中进行控制的一种算法,其核心思想是将三相电压和电流通过变换矢量的方式,转换成两相电压和电流进行控制,从而实现在任意转速下永磁同步电机的控制。
具体来说,矢量控制算法是将永磁同步电机转换成dq坐标系,通过dq坐标系下的电压矢量和电流矢量,实现对电机的精确控制。
该算法不仅控制精度高,而且稳定性好,已经成为永磁同步电机控制中最为常用的方法。
3.2 直接转矩控制算法直接转矩控制算法又称为直接转矩控制算法,它也是在dq坐标系下进行控制的一种算法。
与矢量控制算法不同的是,直接转矩控制算法不需要进行矢量变换,通过直接控制dq坐标系下的电流,控制永磁同步电机的电磁转矩。
低速大转矩永磁电机的转子散热问题
低速大转矩永磁电机的转子散热问题陈丽香;解志霖;王雪斌【摘要】In this paper,the temperature rise was calculated by finite element method with a low speed and high torque permanent magnet motor,and the accuracy of the calculation method was verified by the experiment.The temperature rise of the motor was low,so the design was improved,the length of the iron core was shortened,the torque density was increased,and the material was saved.But in the improved motor,the high temperature of the rotor and permanent magnet(PM)can lead to PM demagnetization.Therefore,this paper has carried out the researching on this problem,the theoretical analysis and the calculation of fluid solid coupling method were used to solve the problem that the heating of the rotor of the improved motor.Firstly,the factors that affect the intensity of convective heat transfer were analyzed,and then the heating problem was solved by the installation of cooling wind thorn and rotor axial/radial ventilation duct.The heat dissipation effect of PM with different size of wind thorn was studied.The heat dissipation effect and temperature rise distribution of PM with the rotor axial/radial ventilation duct was studied.The accuracy of the research and the validity of the method were verified by the experiment.The research on the heat dissipation problem of the rotor has a certain guiding role for the design of the low speed and high torque permanent magnet motor%对一台低速大转矩永磁电机进行有限元温升计算,并在保证电机性能参数基本不变的情况下对电机进行改进设计,缩短了铁心长度,提高了转矩密度,节省了材料.但改进后电机的转子和永磁体温度过高,易使永磁体退磁.结合fluent流固耦合计算方法,首先理论分析影响对流换热强弱的因素,然后研究加装散热风刺的不同尺寸对永磁体散热效果的影响规律,以及开设转子轴向、径向通风道对永磁体散热效果和温升分布的影响.最后进行样机试验,与理论分析结果进行对比,验证了所提转子散热方法的有效性及计算的准确性.该方法对低速大扭矩永磁电机的设计有借鉴意义.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2017(032)007【总页数】9页(P40-48)【关键词】低速大转矩;永磁电机;转子散热;流固耦合;风刺;通风道【作者】陈丽香;解志霖;王雪斌【作者单位】沈阳工业大学国家稀土永磁电机工程技术研究中心沈阳 110870;沈阳工业大学国家稀土永磁电机工程技术研究中心沈阳 110870;中航工业贵阳万江航空机电有限公司贵阳 550018【正文语种】中文【中图分类】TM315电机在传统水冷或者自然风冷的冷却方式下,定子产生的热量更容易被冷却介质带走,转子和永磁体由于处在电机内部,散热远比定子困难。
低速大扭矩永磁同步电机参数
低速大扭矩永磁同步电机参数永磁同步电机是一种具有高效率、高功率密度和高动态响应的电机,广泛应用于工业和交通领域。
而低速大扭矩永磁同步电机则在一些特定场合中发挥着重要的作用。
本文将围绕低速大扭矩永磁同步电机的参数进行讨论。
1. 额定功率(Rated Power)低速大扭矩永磁同步电机的额定功率是指在标准工况下,电机能够持续输出的功率。
通常以瓦特(W)或千瓦(kW)为单位表示。
额定功率的大小直接影响到电机的输出能力和使用范围。
2. 额定扭矩(Rated Torque)额定扭矩是指在额定工作条件下,电机能够持续输出的扭矩。
扭矩是电机转动时产生的力矩,通常以牛顿米(N·m)为单位表示。
低速大扭矩永磁同步电机的额定扭矩较大,能够提供较大的驱动力。
3. 额定转速(Rated Speed)低速大扭矩永磁同步电机的额定转速是指在额定工作条件下,电机转子的旋转速度。
转速通常以转每分钟(rpm)为单位表示。
低速大扭矩电机的额定转速较低,使其适用于低速工作场合。
4. 磁极数(Number of Poles)磁极数是指永磁同步电机转子上的磁极数量。
磁极数越多,电机的转速越低,扭矩越大。
低速大扭矩永磁同步电机通常具有较多的磁极数。
5. 线圈数(Number of Windings)线圈数是指电机的定子绕组中线圈的数量。
线圈数的选择直接影响到电机的输出特性。
低速大扭矩永磁同步电机通常采用较多的线圈数,以提供更大的输出扭矩。
6. 磁体材料(Magnet Material)低速大扭矩永磁同步电机通常采用高性能的永磁材料作为磁体,如钕铁硼(NdFeB)或钴硼磁钢(SmCo)。
这些磁体材料具有高磁能积和良好的磁化特性,能够提供强大的磁场,从而实现高效率和高扭矩输出。
7. 控制方式(Control Mode)低速大扭矩永磁同步电机可以采用不同的控制方式,如矢量控制、直接转矩控制等。
这些控制方式能够实现电机的精确控制和高效运行。
外转子永磁同步风力发电机运行工作点的研究
永磁同步电机的弱磁控制
永磁同步电机的弱磁控制
永磁同步电机被广泛应用于许多工业领域,如汽车工业、航天航空、机器人、风力发
电和家用电器等。
在永磁同步电机的控制方案中,弱磁控制是一种有效的控制方法,可以
提高永磁同步电机的效率、降低成本和减少能源消耗。
弱磁控制的主要原理是在永磁同步电机的运行过程中,通过降低磁通密度和磁场强度
来减少机械损耗和电流损耗,从而实现能耗的优化。
弱磁控制的另一个优点是可以减少永
磁模拟器的成本,因为永磁模拟器可以用绕组替代,从而减少用于控制电流的硬件成本。
弱磁控制的主要步骤包括:
1. 建立永磁同步电机的数学模型。
对于永磁同步电机的数学模型,可以采用矢量控
制法、电气模型和磁路模型等多种方法进行建模。
2. 选择合适的控制策略。
弱磁控制中,可以采用间接矢量控制和直接转矩控制两种
策略。
其中,采用直接转矩控制可以在永磁同步电机低速运行时减少电流损耗。
3. 设计控制算法。
控制算法是实现弱磁控制的关键,需要综合考虑控制精度、实时性、稳定性等因素进行设计。
4. 实现控制。
弱磁控制需要通过电子控制器来实现,在控制器中可以使用DSP、FPGA、ARM等芯片进行实现。
弱磁控制的实际应用需要考虑到永磁同步电机的不同工作状态。
在低速运行状态下,
弱磁控制可以减少永磁同步电机的电流损耗和机械损耗;在高速运行状态下,弱磁控制可
以减少永磁同步电机的谐波噪声和振动。
《2024年永磁同步电机的参数辨识及控制策略研究》范文
《永磁同步电机的参数辨识及控制策略研究》篇一一、引言随着电力电子技术的飞速发展,永磁同步电机(PMSM)作为高效、节能的电机驱动系统,在工业、交通、航空航天等领域得到了广泛应用。
然而,永磁同步电机的性能和效率受到其参数辨识和控制策略的深刻影响。
因此,对永磁同步电机的参数辨识及控制策略进行研究,对于提高电机性能、优化系统运行具有重要意义。
二、永磁同步电机参数辨识1. 参数辨识的重要性永磁同步电机的性能和运行状态受到其参数的影响,如电感、电阻、永磁体磁链等。
准确的参数辨识对于电机的控制、优化设计以及故障诊断具有重要意义。
2. 参数辨识方法(1)传统方法:通过电机设计参数和实验测试获得,但受环境、温度等因素影响较大。
(2)现代方法:利用现代信号处理技术和智能算法,如最小二乘法、卡尔曼滤波器、神经网络等,对电机运行过程中的数据进行实时辨识和更新。
3. 参数辨识的挑战与解决方案在参数辨识过程中,如何提高辨识精度、降低辨识误差、适应不同工况是主要挑战。
针对这些问题,可以通过优化算法、提高采样精度、引入多源信息融合等方法进行解决。
三、永磁同步电机的控制策略研究1. 控制策略的种类与特点永磁同步电机的控制策略主要包括矢量控制、直接转矩控制、模型预测控制等。
矢量控制具有高精度、高动态响应的特点;直接转矩控制具有转矩响应快、控制简单的优点;模型预测控制则具有较好的鲁棒性和适应性。
2. 控制策略的优化与改进针对不同应用场景和需求,可以对控制策略进行优化和改进。
例如,通过引入智能算法,如模糊控制、神经网络控制等,提高电机的自适应性和鲁棒性;通过优化算法参数,提高电机的能效和运行效率。
3. 控制策略的挑战与未来方向在控制策略研究中,如何提高系统的稳定性和可靠性、降低能耗是主要挑战。
未来研究方向包括:深度学习在永磁同步电机控制中的应用、多源信息融合在电机控制中的研究等。
四、实验与分析通过搭建永磁同步电机实验平台,对上述参数辨识及控制策略进行研究与验证。
永磁同步电机超低速下的转速检测及控制
种基 于 D P的转速 测量 方 法流程 ,给 出 了实 验结果 ,验证 了理论 分析 的正确 性。 S
关 键词 :永 磁 同步 电机 ;超低速 ;转速 检测 ;交流伺 服
S u fSpe d De e to nd nt o e hO t dy o e tcin a Co r lM t d OfPM SM Unde t a 1 r Ulr -oW pe d S e
万 山明,吴 芳 ,黄 声华
( 中科技 大学 电气 学院 ,武汉 华 407 ) 30 4
摘
要 :研 究 了永磁 同步 电机 的转速检 测 ,证 明 了在 极 低速 下无 论 是 T法还 是 M/ T法都 会 因为
采样 延 时过大 而影 响 系统 的性能 ,指 出 M 法 测速 不 仅 适合 于高 速 段 ,而且 也适 合 于低 速 段 转速 的测 量 ,可 以保 证永 磁 同步 电机低 速 运 行 性 能 。指 出 了锁 相 环 技 术和 M 法 之 间的异 同。介 绍 了
交流伺服系统已取代 了直流伺服系统 ,在数控机
床 、航 空 航 天等 领 域 得 到 了广 泛 应 用 。 在 这 些 应 用场 合 ,调速 比一般 都 在 1 0 0甚 至 1 0 0 :50 :10 0 以上 ,经 常需 要 电机 平 稳 运 行 在 低 速 甚 至 超 低 速 下而 不 出 现抖 动 、爬 行 等 现 象 。 因此 研 究 电机 在
要 意 义 。永 磁 同步 电 机 的 磁 场 定 向控 制 需 要 检 测 电机转 子 的位 置 ,因 此一 般 采 用 在 电机 轴 上 安 装 位 置 传 感 器 ,而 通 过 位 置 的 微 分 获 取 转 速 的 方 式 。综 合 来 看 ,高 性 能 速 度 计 算 的 研 究 基 于 两 类 方 法 :一 种 是 直 接 微 分 和 跟 踪 滤 波 ,另 一 种
永磁同步电机低速抖动的原因
永磁同步电机低速抖动的原因
首先,永磁同步电机在低速运行时,由于转矩波动较大,可能会出现抖动现象。
这主要是由于电机在低速运行时,由于转矩的不平稳性导致的。
此外,永磁同步电机的控制系统参数设置不当也可能导致低速抖动。
控制系统参数的不合理设置会导致电机在低速运行时产生振动,进而影响电机的性能和稳定性。
另外,永磁同步电机本身的设计和制造质量也会影响低速抖动的情况。
例如,电机的转子不平衡、磁极不对称等问题都可能导致低速抖动。
因此,在电机设计和制造过程中,需要严格控制质量,确保电机的各项参数和结构的合理性。
除此之外,永磁同步电机的安装和使用环境也会对低速抖动产生影响。
例如,电机的安装不稳定、电机与负载的匹配不合理、环境温度过高等因素都可能导致低速抖动的发生。
综上所述,永磁同步电机低速抖动的原因可能涉及电机本身的设计、制造质量、控制系统参数设置以及安装和使用环境等多个方面。
为了解决低速抖动问题,需要综合考虑以上各个因素,并进行
相应的优化和改进。
这样才能确保永磁同步电机在低速运行时能够保持稳定性和性能。
《永磁同步电机伺服控制系统的研究》范文
《永磁同步电机伺服控制系统的研究》篇一一、引言随着工业自动化和智能制造的快速发展,永磁同步电机(PMSM)因其高效率、高精度和高稳定性等优点,在工业控制系统中得到了广泛应用。
而伺服控制系统作为永磁同步电机的重要组成部分,其性能直接影响到整个系统的稳定性和运行效果。
因此,对永磁同步电机伺服控制系统进行深入研究具有重要意义。
本文将探讨永磁同步电机伺服控制系统的原理、方法及其在实践中的应用。
二、永磁同步电机的基本原理永磁同步电机是一种基于磁场耦合原理的电机,其基本原理是利用定子中的电流产生磁场与转子上的永磁体相互作用,从而实现电机的转动。
PMSM具有结构简单、运行可靠、维护方便等优点,因此在许多领域得到了广泛应用。
三、伺服控制系统的基本原理伺服控制系统是一种基于反馈控制的自动控制系统,其基本原理是通过传感器实时检测电机的位置、速度和力矩等信息,并将这些信息与设定值进行比较,然后根据比较结果调整电机的运行状态,以达到精确控制的目的。
伺服控制系统具有高精度、高速度和高稳定性等特点,是永磁同步电机的重要支撑。
四、永磁同步电机伺服控制系统的研究方法针对永磁同步电机伺服控制系统的研究,主要包括以下几个方面:1. 控制系统设计:包括控制策略的选择、控制器的设计以及参数的调整等。
常见的控制策略包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
2. 传感器技术:传感器是伺服控制系统的重要组成部分,其精度和响应速度直接影响整个系统的性能。
因此,研究高精度的传感器技术和传感器优化方法具有重要意义。
3. 驱动技术:驱动技术是影响永磁同步电机性能的关键因素之一。
研究新型的驱动技术和优化方法,可以提高电机的运行效率和稳定性。
4. 故障诊断与保护:针对永磁同步电机在运行过程中可能出现的故障,研究有效的诊断方法和保护措施,以确保系统的安全性和可靠性。
五、实践应用永磁同步电机伺服控制系统在许多领域得到了广泛应用,如机床加工、航空航天、新能源等领域。
低速大扭矩永磁同步电动机关键技术研究的开题报告
低速大扭矩永磁同步电动机关键技术研究的开题报告一、选题的背景和意义随着电动车的快速发展,电动机的研发和应用已经成为当前最热门的话题之一。
研发一款低速大扭矩永磁同步电动机,可以克服传统电动机存在的一些缺陷,如低速起步扭矩不足、效率低等问题。
同时,低速大扭矩永磁同步电动机的研发将对电动车的稳定性、动力性能,以及行驶里程等方面产生积极影响,具有非常重要的现实意义。
二、研究的目的和内容低速大扭矩永磁同步电动机的研究,主要是为了克服目前电动车发展中最核心和最困难的问题:低速大扭矩和省电。
本研究的目的在于探讨低速大扭矩永磁同步电动机关键技术,包括设计方法、工艺路线、控制策略、优化算法等方面的内容。
具体研究内容包括:1. 永磁材料的选择和性能测试。
2. 电机结构设计和磁场分析,确定合适的电机参数。
3. 开发控制算法,实现高效的电机控制。
4. 运用优化算法,提高电机效率和性能。
5. 驱动系统设计和实验验证,验证电机的可行性和可靠性。
三、研究方法和技术路线1. 研究方法本研究采用实验和仿真相结合的研究方法。
通过实验和仿真对电机结构、磁场分布、转矩输出、高效控制等方面进行研究和改进,以达到提高电机性能和效率的目的。
2. 技术路线(1)永磁材料的选择和性能测试研究永磁材料选择和性能测试方法,选择合适的永磁铁氧体材料,并测试其磁性能和电性能,为电机的设计奠定基础。
(2)电机结构设计和磁场分析通过有限元分析软件建立磁场分析模型,根据设计要求进行结构设计,确定电机的电磁参数。
同时,优化电机磁路结构,提高电机性能和效率。
(3)开发控制算法,实现高效的电机控制开发控制算法和系统,实现电机工作的高效控制,在控制策略上,将采用先进的矢量控制技术,以实现高效的磁场控制和转矩控制。
(4)运用优化算法,提高电机效率和性能将运用优化算法对电机进行优化,在电机轻载和满载工况下,针对不同的工况进行优化,提高电机效率和性能。
(5)驱动系统设计和实验验证设计电机驱动系统,并进行实验验证,验证电机的可行性和可靠性。
极低速区永磁同步电机无速度传感器控制方法比较
3 仿真结果
本文对高、低频信号注入法进行了仿真比 较,所用电机参数如表 1 所示。
表 1 SMPM 电机参数
参数
仿真
定子电阻/ Ω
4.765
d, q 轴电感/ H
0.014
永磁磁链/ Wb
0.1848
转动惯量/ kg*m2
1 .0 5 1 × 1 0 -4
额定电流/ A
3.06
额定频率/ Hz
125
θ% r
其中,BSF 表示带阻滤波,滤除 cos(2ωht) 。
由(2)式可以看出,若 iθ%r 为零,则意味着
θ%r 为零。因此,可以通过控制误差信号 iθ%r 为
零,使得转子位置误差为零,从而获得准确的
转子位置,并进而获得准确的估计转速。
图 (1) 为 基 于 上 述 高 频 信 号 注 入 法 的
因此,可构造如下误差信号:
( ) iθ%r ≡ BSF iˆqrsh cosωht
=
BSF
⎛ ⎜⎜⎝
U inj ωh
sin 2θ%r Ldh Lqh
⎛ ⎜⎝
Ldiff
1+ cos 2ωht 2
⎞ ⎟⎠
⎞ ⎟⎟⎠
(2)
=
Uinj Ldiff 2ωh Ldh Lqh
低速大扭矩永磁直驱电机原理
低速大扭矩永磁直驱电机是一种特殊类型的电机,它结合了永磁同步电机和直驱技术。
其原理如下:
1. 永磁同步电机原理:永磁同步电机是一种将永磁体放置在转子上,与定子中的电磁绕组形成磁场耦合的电机。
当定子绕组通电时,会产生旋转磁场,而永磁体的磁场则与之同步,从而产生转矩。
2. 直驱技术原理:传统电机通常通过减速装置将高速低扭矩的转动转换成低速高扭矩的输出。
而直驱技术则省略了减速装置,直接将电机的输出轴与负载相连,从而实现高效率和高控制性能。
低速大扭矩永磁直驱电机结合了以上两种原理,其特点如下:
1. 永磁同步电机的优势:由于采用永磁体作为转子,永磁同步电机具有高效率、高功率密度和响应迅速等特点。
同时,永磁体的磁场强度较大,可以产生较大的转矩。
2. 直驱技术的优势:由于省略了减速装置,直接将电机输出与负载相连,可以避免传统电机中传动系统的能量损失和故
障。
同时,直接驱动负载可以实现更精确的控制和更快的响应速度。
综上所述,低速大扭矩永磁直驱电机通过结合永磁同步电机和直驱技术,实现了高效率、高功率密度和高控制性能。
它在一些需要低速大扭矩输出的应用领域,如工业机械、电动汽车等,具有广泛的应用前景。
基于低频信号注入法的PMSM低速无传感器控制
2 1年 3月 0l
电 力 电子 技 术
P w rE e to is o e l cr n c
Vo -5.No3 l 4 . Ma c 0 1 rh2 1
基于低频信号注入法的 P M 低速无传感器控制 MS
徐 艳 平 ,郜 亚秋 ,钟 彦 儒
( 西安 理工大 学 , 电气工 程系 ,陕西 西安 704 ) 1 0 8
摘 要 : 永磁 同步 电机 ( MS 无速 度传 感器 控制 方法 中通 常 利用 反 电动势 来估 计 电机转 速 , 在 P M) 而反 电动 势在 电 机 低速 时 会过 小 , 从而 导 致低 速 运行 时 无法 实现 P M 的无 速度 传 感器 运 行 , MS 在此 采用 低 频信 号 注入 法 实现
定 义 g轴 反 电 势 为 :q一 e= 3 n 2n为极对数。 ,
系 统 的 运 动 方程 为 :
d tn( ) w/ =。 d 一 / J
式 中 : 为转 动惯量 ; 为负载 转矩 。 t 厂
() 4
图 2 P M 无速 度传 感器矢 量控 制系 统框 图 MS
.
实验 研 究 , 电机 参 数 : 定 电压 2 0V, 定 电流 额 0 额
94 额 定 转 矩 7 1 I. 定 转 速 20 0r m n . . A, .5N・ 额 n 0 ・ i~ 极 对 数 4对 , 子 惯 量 1 3 1 k I . 子 电阻 转 . × 0 g・I 定 2 T
s n o l s o to to s b tt e b c — m s to s l t s ma e mo o p e t lw s e d a d s n o ls o t l e s re s c n rl meh d , u h a k e f i o mal o e t t t r s e d a o p e n e s r s c n r i e o
永磁同步电机的调速控制研究与探讨
永磁同步电机的调速控制研究与探讨摘要:永磁同步电机相对于其它电机而言有着优异的性能,能够在石油、煤矿、大型工程机械等比较恶劣的工作环境下运行,这不仅加速了永磁同步电机取代其它电机的速度,同时也为永磁同步电机的发展提供了广阔的空间。
目前,永磁同步电机(PMSM)以其高功率密度、高性价比等独特优点受到国内外的普遍重视,因此,对永磁同步电机的调速控制研究具有非常重要的意义。
论文首先介绍了永磁同步电机的各种控制策略,接着分析了永磁同步电机的结构及其特点。
然后从矢量控制理论出发,重点分析了永磁同步电机的数学模型,并在此基础上,探讨了空间电压矢量控制方法。
关键词:调速控制系统;空间矢量控制;永磁同步电机1永磁同步电机的结构及其特点1.1永磁同步电机概述永磁同步电机的转子采用高性能的稀土永磁材料,使得电机尺寸减小;由于发热主体在定子侧,散热也比较容易;同时,其结构简单、效率和功率因素高及输出转矩大等特点,这些优点使得永磁同步交流伺服系统已成为现代伺服系统的主流,在很多驱动领域己经取代直流电机。
1.2永磁同步电机的结构永磁同步电机是用装有永磁体的转子取代绕线式同步电动机转子中的励磁绕组,从而省去了励磁线圈、滑环和电刷以电子换向器,实现无刷运行。
PMSM 的定子与绕线式同步电动机基本相同,要求输入定子的电流仍然是三相正弦的,所以称为三相永磁同步电机。
永磁同步电机的定子是电枢绕组,转子是永磁体。
就整体结构而言,永磁同步电机可以分为内转子和外转子式;就磁场方向来说,有径向和轴向磁场之分;就定子的结构而论,有分布绕组和集中绕组以及定子有槽和无槽的区别。
1.3永磁同步电机的特点虽然永磁同步电动机转子结构差别较大,但由于永磁材料的使用,永磁同步电机具有如下共同的特点:(1)、体积小、质量轻。
(2)、功率因数高、效率高,节约能源。
(3)、磁通密度高、动态响应快。
(4)、可靠性高。
(5)、具有严格的转速同步性和比较宽的调速范围。
永磁同步电机高效VF控制方法研究
永磁同步电机高效VF控制方法研究一、本文概述随着能源问题的日益严峻和环保意识的逐渐增强,高效节能的电机控制技术成为了当前研究的热点。
永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)作为一种高性能的电机类型,因其高效率、高功率密度以及良好的调速性能等优点,在电动汽车、风力发电、工业机器人等领域得到了广泛应用。
研究永磁同步电机的高效控制方法具有重要的理论价值和实际意义。
本文旨在探讨永磁同步电机的高效VF(电压频率)控制方法。
通过对永磁同步电机的数学模型、控制策略以及优化算法等方面的深入研究,提出了一种新型的VF控制方法,旨在提高电机的运行效率和稳定性。
本文首先对永磁同步电机的基本原理和控制技术进行了概述,然后详细介绍了所提出的高效VF控制方法的具体实现过程,并通过仿真和实验验证了该方法的有效性和优越性。
本文的主要内容包括:永磁同步电机的基本数学模型和控制原理高效VF控制方法的设计和实现控制方法的仿真分析和实验研究以及控制方法的性能评估和优化。
通过对这些内容的深入研究和探讨,本文为永磁同步电机的高效控制提供了新的思路和方法,对于推动永磁同步电机技术的进一步发展和应用具有一定的指导意义。
二、永磁同步电机概述永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)是近年来在电机控制领域受到广泛关注的一种高效、节能的电机类型。
其基本原理是利用永磁体产生的磁场与定子电流产生的磁场相互作用,实现电能到机械能的转换。
由于其具有高效率、高功率密度、高转矩惯量比以及低速大转矩等优点,PMSM在电动汽车、风力发电、工业自动化等多个领域得到了广泛应用。
PMSM的结构主要包括定子、转子和永磁体三部分。
定子通常由硅钢片叠压而成,用于产生旋转磁场转子则装有永磁体,这些永磁体产生的磁场与定子磁场相互作用,驱动电机旋转。
根据永磁体在转子上的安装位置,PMSM可分为表贴式、内置式和混合式等多种类型。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
永磁同步电机在低速下运行的研究
摘要:永磁同步电机一般在高速运转时,转速平稳,波动小,但在低速运行时会产生很大转矩波动,本文以电梯中使用的永磁同步电机为例,详细介绍和分析了无齿轮低速永磁同步电动机(以下简称PMSM) 产生转矩波动的原因和消除转矩波动的种种对策。
关键词:低速永磁同步电动机;电梯;纹波转矩;齿槽转矩
电力电子技术、钕铁硼永磁材料,以及具有快速运算能力的信号处理器DSP 的发展,为永磁同步电动机带来新的契机。
现代电梯所用的低速无齿轮永磁同步电动机就是一种新的曳引技术。
转子上的位置传感器,实时给出转子位置信息,在专用变频器供电下,始终实时控制定子电流综合矢量在q 轴上,从而使PMSM获得与直流电动机一样优良的转矩特性。
为了获得准确的平层精度,电动机必须在极低的转速甚至接近零转速时,保持运转平稳,且振动小,噪声低。
低速平稳性是宽调速永磁同步电动机一个重要的技术指标,因此对电动机设计带来严格要求。
1.PMSM谐波转矩产生的原因
本设计是针对现代高性能电梯开展的,因此对电梯的平层精度、对乘客的舒适感、对减小驱动电机的振动和噪声,尤其对低速甚至在接近零转速时驱动电机运转的平稳性均有高的要求。
为此,必须尽可能减小转矩的脉动。
为产生恒定转矩,PMSM的感应电动势和电流应为正弦波。
但在实际电动机中,永磁转子的励磁磁场或定子绕组的空间分布都不是理想的正弦波,此外给定子供电的变频装置,虽已采用了快速电流跟踪控制技术,尽可能跟踪正弦波,但定子电流还不免含有高次谐波。
因感应电势和定子电流波形畸变所产生的谐波转矩称为纹波转矩。
而因定子齿槽的存在引起的脉动转矩,称为齿槽转矩。
以下分析上述两种谐波转矩产生的原因并讨论减小谐波转矩的措施。
1. 1 纹波转矩产生的原因
以下定量分析磁场定向控制PMSM的纹波转矩。
假定:
(1) 磁路不饱和,忽略交轴电枢反应的影响;
(2) 不考虑转子永磁钢和转子铁心的阻尼效应;
(3) 定子绕组三相对称,连接型式为Y型无中线,定子电流中不含3 次和3 次倍数的谐波,定子电流中亦不含偶次谐波。
可将A 相电流和感应电动势表达如下:
...)t 7(sin )t 5(sin )t (sin )t (17m 15m 11
m A
I I I
i
+++=
ωωω (1)
...)7sin()5sin()t 3(sin )t (sin )t (17
15
m 13m 11
m A
E
E E
e
+++
+=
t t E
m ωωωω(2)
式中:ω1 为基波角频率,稳态时,它是转子电角频率。
A 相的电磁功率为
...)6cos()4cos()2cos()()(16
14
12
A
e
++
+
+
=t t t t t P
P
P
P
i o
A ωωω (3)
同理,B 相和C 相的电磁功率为
...
)3
2
(6cos )32(4cos )32(2cos )()(161412
B
e
+-+-+-+=πππωωωt t t t t P P P
P i o
B (4)
...
)3
4(6cos )3
4(4cos )3
4(2cos )()(16
14
12
C C
e
+-
+
-
+
-
+=πππωωωt t t t t P
P
P
P i o
(5)
电磁转矩为
[]
)()()()()()(1T
em
t t t t t t i e i e i e
C C B B A A
++Ω
=
(6)
式中:Ω是转子的机械角速度。
将式(2) ~ (5) 代入式(6) 得
...)18cos()12cos()6cos()(11811216em
T
++++=t t t t T T T T e ωωω
(7)
式中:
写成矩阵形式,有
从上述分析可见,次数相同的感应电动势谐波和电流谐波相互作用产生平均转矩,不同次数谐波电动势和电流间相互作用将产生脉动频率为基波频率6 倍次的纹波转矩,各纹波转矩的幅值与感应电动势和电流的波形畸变程度有关。
图1 形象地说明在给定感应电动势和电流波形下,产生纹波转矩的情况。
图1 波纹转矩的产生
当系统运行在高速区,或采用外转子方案时,纹波转矩可能被转子惯量所吸收。
但当电梯运行在极低的速度,它会使转子速度发生波动,严重影响速度的稳定性,进而影响平层的精确度。
我们在设计时,应充分重视,尽量减少纹波转矩。
1. 2 齿槽转矩产生的原因
齿槽效应是由永磁钢与定子齿间作用力的切向分量所构成。
齿槽转矩会降低电梯平层精度,尤其在低速时更严重,它还会带来振动和噪声。
图2 展示了面装式PMSM 在一个极下的物理模型。
当转子旋转时,处于永磁体极中心线中间部分的定子齿与永磁体间的磁导几乎不变,因此这些定子齿周围的磁场也基本不变,而与永磁体的侧面A 和B 对应的由一个或两个定子齿所构成的一小段封闭区域内,磁导变化却很大,引起磁场储能变化,从而产生齿槽力矩。
因此产生齿槽转矩的区域主要在永磁体两侧的拐角处,而不是整个永磁体。
转子每转过一个齿距λ后,两侧产生的脉动转矩之和即构成了齿槽转矩,如图3 所示。
可以看出这是一个周期函数,其基波分量的波长等于定子齿距。
图2 面装式PMSM一个极下的物理模型
图3 齿槽转矩
2 减小谐波转矩的措施
2. 1 减小纹波转矩的措施
为了减小纹波转矩,则应该尽可能减小感应电动势和定子电流的谐波,我们在设计中采用了下列措施:
(1) 尽可能增大每极每相槽数q , 以削弱感应电动势的高次谐波。
因本次设计均系低速电机, 极数一般较多,为提高绕组占槽面积, 一般不易采用太多槽数,故我们采用了分数槽绕组,可提高等效的整数槽绕组每极每相槽数q′。
这一方面对削弱感应电动势的高次谐波是有利的;另一方面,由于采用分数槽绕组,每极下定子槽数不等,这对减小PMSM 的定位力矩也是有利的。
定位力矩是永磁电动机在绕组不通电时所呈现的特征,该力矩力图使电动机转子定位于某一位置。
定位力矩主要是由转子中的永磁体与定子开槽的相互影响而产生的。
(2) 定子绕组选择适合的短距比β,以削弱感应电动势和磁动势的谐波。
必要时还可以采用正弦绕组的设计。
(3) 应使定子电流尽可能逼近理想的正弦波。
目前的变频装置,均使定子电流快速跟踪正弦参考值,所以定子电流中低次谐波含量已不大,而是含有较高次的谐波分量,但次数愈高,其幅值愈低,由此而产生的高频转矩波动,极易被转子滤去。
(4) 尽可能选择合适的磁极形状与尺寸,从而使转子励磁磁场的波形尽可能按正弦分布。
2. 2 减小齿槽转矩的措施
为了减小齿槽转矩,本设计采用了下列措施:
(1) 在不影响定子嵌线的前提下,尽可能选择小的槽口宽度;或采用磁性槽楔,以降低定子槽开口引起的气隙磁导变化或采用无槽定子结构。
(2) 在不影响磁钢利用率的情况下,尽可能增大气隙的尺寸。
(3) 定子斜槽,斜一个齿距,可消除所有齿槽转矩谐波,而对基波影响不大。
但定子斜槽一般会影响导体占槽面积,从而使铜耗增大。
(4) 亦可采用转子磁极斜极的方式。
对于面装式的磁钢结构,可以直接采用磁钢扭斜的工艺。
而对于插入式的磁钢结构,因工艺因素,只能采用如图4 所示的磁极连续移位的斜极方式。
图4 磁极连续移位的斜极方式
优先选择面装式转子磁钢结构,相当增大了电机的等效气隙。
需特别提出的是, PMSM 的定位力矩常是影响PMSM停转时定位精度的主要原因,除上述采用分数槽的措施外,分析和经验证明,当永磁体的宽度为定子齿距整数倍时,可以有效地抑制齿槽转矩。
在工艺上提高铁心加工精度和注意选配磁性能一致性的永磁体,都可以有效地抑制PMSM的定位力矩。
3. 结论
根据上述设计思想,研制的9. 5kW低速PMSM,即便在1r/ min (相当电源频率f = 0. 167Hz) 时仍能平稳运行,且保持着优良的线性转矩特性,如图5 所示。
这种设计具有体积小、重量轻、效率高、功率因数高、转矩大、转矩脉动小、振动小、噪声小的优点,并使电梯平层精度显著提高。
图5 电动机的转矩- 电流的关系(1r/ min)
参考文献:
[1] 谭娃. 低速无齿轮永磁同步电动机系统在现代电梯中的应用[C] . 2000 年全国中小型电机学术年会论文集,2000.
[2] 金如麟. 现代交流调速系统在现代电梯中的应用[C] . 2000 年全国中小型电机学术年会论文集,2000 ,
[3] 唐任远. 现代永磁同步电机%理论与设计[M] . 北京:机械工业出版社,1998.
[4] 王成元. 矢量控制交流伺服驱动电动机[M] . 北京:机械工业出版社,1995.。