雙凸極電機具有結(jié)構簡單、調(diào)速范圍寬、成本低和可靠性高等優(yōu)點,是一種極具市場競爭力的驅(qū)動電機。但因其特有的雙凸極結(jié)構以及脈沖式繞組供電方式導致電機運行時會產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩脈動,這也是擴大此類電機應用領域的主要障礙。本書分別從雙凸極的新結(jié)構設計、理論分析、多參數(shù)本體算法優(yōu)化以及控制策略等方面入手,系統(tǒng)地提出抑制電機轉(zhuǎn)矩脈動的方案,獲取一些有價值的創(chuàng)新和結(jié)論。
希望本書在雙凸極電機新型拓撲、基礎理論以及抑制轉(zhuǎn)矩脈動技術等方面的研究成果,可為電機領域相關技術人員提供一定的理論支持,加深對雙凸極電機的理解與認識。同時,也希望能進一步挖掘雙凸極電機的優(yōu)勢與應用潛力,為新能源汽車、船舶推進等電機驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)展提供新的選擇與參考。
本書是劉愛民老師、婁家川老師和張紅奎老師在電機領域近10年研究的主要成果,深入淺出地講解新型雙凸極電機工作特性及電機控制的基本理論與方法。
系統(tǒng)闡述了雙凸極電機轉(zhuǎn)矩脈動的產(chǎn)生機理,從本體結(jié)構設計與控制策略兩方面對轉(zhuǎn)矩脈動進行抑制研究,通過理論分析、計算機仿真以及實驗手段,成功構建了一套新型雙凸極電機系統(tǒng)的完善理論體系。
全書邏輯嚴謹縝密,文路清晰流暢,內(nèi)容飽滿詳實,自成體系,通俗易懂。
可作為高等學校電氣工程及其自動化專業(yè)的教材,也希望本書對新型拓撲結(jié)構雙凸極電機的探索以及所提出的轉(zhuǎn)矩波動抑制技術可為電機領域相關技術人員提供一種新思路。
前言
Preface
本書為順應現(xiàn)階段雙凸極電機的發(fā)展趨勢,并依據(jù)國家自然科學基金項目多年的研究成果,從電機結(jié)構設計與轉(zhuǎn)矩脈動抑制技術兩方面進行編寫,旨在提出一種高可靠性、高性能的雙凸極電機,擴大雙凸極電機的應用領域。同時,希望本書對新型拓撲結(jié)構電機的探索以及所提出的轉(zhuǎn)矩脈動抑制技術可為電機領域相關技術人員提供一種新思路。
本書共分8章,首先介紹了雙凸極電機的種類、現(xiàn)有控制方法和轉(zhuǎn)矩脈動產(chǎn)生機理;其次闡述了線圈輔助勵磁雙凸極電機的結(jié)構、原理及轉(zhuǎn)矩特性,通過非線性建模、算法優(yōu)化實現(xiàn)電機參數(shù)設計與優(yōu)化,并提出單神經(jīng)元自適應PID與直接瞬時轉(zhuǎn)矩控制相結(jié)合的方法進一步抑制轉(zhuǎn)矩脈動;最后介紹研制電機樣機、搭建控制系統(tǒng)實驗平臺、測試電機性能方面的內(nèi)容。在第8章中,對新結(jié)構雙凸極電機高速化進行了理論分析、計算機仿真以及實驗研究。
本書由沈陽工業(yè)大學劉愛民、安徽理工大學婁家川和中煤科工集團沈陽研究院張紅奎共同編寫。劉愛民編寫第1、2章,婁家川編寫第3~6章,張紅奎編寫第7、8章。全書由婁家川統(tǒng)稿、劉愛民主審。
劉愛民,博士,沈陽工業(yè)大學電氣工程學院教授、博士生導師。主要從事特種電機設計研究、智能控制技術及水下機器人智能推進系統(tǒng)研究。在IEEE Transactions on Industry Applications、IEEE Transactions on Magnetics、中國電機工程學報等國內(nèi)外重要學術期刊及國際會議發(fā)表論文40余篇,獲得國家發(fā)明專利及實用新型專利30余項。承擔國家自然科學基金面上項目2項、遼寧省自然科學基金課題1項、遼寧省省資源廳重點項目1項,橫向課題開發(fā)應用10余項。作為第一負責人獲得遼寧省科技進步三等獎一項、中國機械工業(yè)科學技術獎三等獎一項,參與獲得省部級科技進步二等獎2項。
婁家川,博士,畢業(yè)于沈陽工業(yè)大學電氣工程專業(yè),現(xiàn)任安徽理工大學電氣與信息工程學院講師。主要從事特種電機設計、智能控制等方面的研究工作。參與完成國家自然科學基金項目2項,并發(fā)表多篇包括IEEE Transactions on Industry Applications、中國電機工程學報等國內(nèi)外知名高水平期刊論文。
張紅奎,博士,畢業(yè)于沈陽工業(yè)大學電力電子與電力傳動專業(yè),現(xiàn)任中煤科工集團沈陽研究院有限公司副研究員。主要從事防爆電氣安全理論、檢驗技術與標準化的研究工作。主持并參與國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金等多項科研項目,發(fā)表論文20余篇,授權國家專利32項,獲山西省科技進步二等獎、中國煤炭工業(yè)協(xié)會科技進步二等獎等。
目錄
Contents
前言
第1章導論
1.1雙凸極電機研究背景與意義
1.2雙凸極電機發(fā)展歷程及研究現(xiàn)狀
1.2.1開關磁阻電機的歷史沿革
1.2.2永磁雙凸極電機的發(fā)展方向
1.2.3電勵磁雙凸極電機的發(fā)展方向
1.2.4混合勵磁雙凸極電機的研究進展
1.3新結(jié)構線圈輔助勵磁雙凸極電機
1.3.1線圈輔助勵磁雙凸極電機研究目的及意義
1.3.2線圈輔助勵磁雙凸極電機特點
1.3.3線圈輔助勵磁雙凸極電機與其他雙凸極電機拓撲
比較
1.4雙凸極電機轉(zhuǎn)矩脈動抑制技術研究現(xiàn)狀
1.4.1本體優(yōu)化設計對轉(zhuǎn)矩脈動抑制影響分析
1.4.2控制策略對轉(zhuǎn)矩脈動抑制影響研究現(xiàn)狀
1.5雙凸極電機的應用
1.5.1在航空器中的應用
1.5.2在風力發(fā)電機中的應用
1.5.3在電動汽車中的應用
1.6本章小結(jié)
參考文獻
第2章雙凸極電機拓撲結(jié)構及轉(zhuǎn)矩脈動產(chǎn)生機理
2.1雙凸極電機的拓撲結(jié)構
2.1.1三相開關磁阻電機
2.1.2雙凸極電機的典型結(jié)構
2.1.3混合勵磁雙凸極電機的典型結(jié)構
2.1.4開關磁阻電機工作原理
2.1.5永磁雙凸極電機工作原理
2.1.6電勵磁雙凸極電機工作原理
2.1.7混合勵磁雙凸極電機工作原理
2.2雙凸極電機的數(shù)學模型
2.2.1機-電回路模型
2.2.2電感線性及非線性模型
2.2.3磁路分析模型
2.2.4有限元分析模型
2.3雙凸極電機常用控制策略
2.3.1傳統(tǒng)控制策略
2.3.2變結(jié)構控制
2.3.3智能控制
2.3.4轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)控制策略
2.3.5直接轉(zhuǎn)矩控制與直接瞬時轉(zhuǎn)矩控制
2.3.6自抗擾控制策略
2.4雙凸極電機轉(zhuǎn)矩脈動產(chǎn)生機理及抑制技術
2.4.1轉(zhuǎn)矩脈動產(chǎn)生機理
2.4.2優(yōu)化電機定轉(zhuǎn)子結(jié)構參數(shù)抑制脈動的方法
2.4.3相電流模糊補償控制減小轉(zhuǎn)矩脈動
2.4.4關斷角對有效輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩脈動的影響
2.5本章小結(jié)
第3章線圈輔助勵磁雙凸極電機結(jié)構、原理及轉(zhuǎn)矩特性
3.1線圈輔助勵磁雙凸極電機拓撲結(jié)構及原理
3.1.1電機拓撲結(jié)構
3.1.2工作原理
3.2基本數(shù)學模型
3.2.1發(fā)電機數(shù)學模型
3.2.2電動機數(shù)學模型
3.3有限元分析及磁場分布
3.3.1有限元求解和分析
3.3.2磁密分布特性
3.4線圈輔助勵磁雙凸極電機系統(tǒng)構成
3.4.1新拓撲電機調(diào)速系統(tǒng)的主要構成
3.4.2中央勵磁電流調(diào)節(jié)勵磁特性
3.5線圈輔助勵磁雙凸極電機轉(zhuǎn)矩特性
3.5.1中央輔助勵磁線圈的重要特性
3.5.2電機的兩種轉(zhuǎn)矩特性各自正負性關系
3.6線圈輔助勵磁雙凸極電機轉(zhuǎn)矩脈動
3.6.1雙凸極結(jié)構及繞組供電方式導致轉(zhuǎn)矩脈動
3.6.2改善電感特性及調(diào)節(jié)氣隙磁場抑制轉(zhuǎn)矩脈動
3.7本章小結(jié)
參考文獻
第4章線圈輔助勵磁雙凸極電機參數(shù)設計與優(yōu)化
4.1線圈輔助勵磁雙凸極電機參數(shù)設計
4.1.1算例電機技術指標與設計方案
4.1.2電機參數(shù)設計
4.1.3初始設計方案
4.1.4關鍵結(jié)構參數(shù)對轉(zhuǎn)矩性能的影響
4.2線圈輔助勵磁雙凸極電機磁路解析法非線性建模
4.2.1不對齊位置磁化曲線計算
4.2.2臨界對齊位置磁化曲線計算
4.2.3對齊位置磁化曲線計算
4.2.4半對齊位置磁化曲線計算
4.2.5非線性模型
4.3線圈輔助勵磁雙凸極電機多參數(shù)低轉(zhuǎn)矩脈動本體優(yōu)化
4.3.1優(yōu)化目標、變量、條件
4.3.2天牛須搜索算法
4.3.3遺傳算法
4.3.4粒子群優(yōu)化算法
4.3.5BAS算法、GA和PSO算法全局參數(shù)優(yōu)化對比分析
4.3.6BAS算法電磁方案
4.4本章小結(jié)
參考文獻
第5章線圈輔助勵磁雙凸極電機電磁
性能及拓撲結(jié)構特性分析
5.1輔助線圈勵磁磁場對轉(zhuǎn)矩特性的影響
5.1.1靜態(tài)場調(diào)磁能力分析
5.1.2穩(wěn)態(tài)性能分析
5.2新結(jié)構性能特征對比分析
5.2.1不同的if條件下線圈輔助勵磁雙凸極電機的轉(zhuǎn)矩仿真
5.2.2電勵磁雙凸極電機與永磁雙凸
極電機轉(zhuǎn)矩特性分析
5.2.3電勵磁雙凸極電機與永磁雙凸極電機產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動的原因
5.2.4線圈輔助勵磁雙凸極電機與同容量三相6/4極和8/6極
SRM轉(zhuǎn)矩性能對比分析
5.3線圈輔助勵磁雙凸極電機模態(tài)分析及振動預測方法
5.3.1DSCEM振動分析研究方法
5.3.2DSCEM模態(tài)分析
5.3.3DSCEM振動預測方法
5.4本章小結(jié)
參考文獻
第6章線圈輔助勵磁雙凸極電機控制策略及轉(zhuǎn)矩脈動抑制
6.1基于感應電動勢的無位置傳感器控制策略
6.1.1無位置傳感器控制簡介
6.1.2無位置傳感器控制策略
6.1.3無位置傳感器控制聯(lián)合仿真
6.2抑制轉(zhuǎn)矩脈動控制策略
6.2.1徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡結(jié)構及其原理
6.2.2徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡學習算法及辨識系統(tǒng)
6.2.3單神經(jīng)元自適應PID在線補償直接瞬時轉(zhuǎn)矩控制
6.3線圈輔助勵磁雙凸極電機控制系統(tǒng)動態(tài)仿真
6.3.1控制系統(tǒng)模型搭建
6.3.2動態(tài)仿真結(jié)果分析
6.4本章小結(jié)
第7章線圈輔助勵磁雙凸極電機控制系統(tǒng)平臺設計與試驗
7.1電機系統(tǒng)硬件設計
7.1.1DSP控制器
7.1.2功率逆變電路及其驅(qū)動電路
7.1.3電流采集單元
7.1.4速度及轉(zhuǎn)矩采集單元
7.2系統(tǒng)軟件設計
7.3試驗驗證
7.4本章小結(jié)
第8章新結(jié)構雙凸極電機高速化研究
8.1HSM-CR結(jié)構與工作原理
8.2HSM-CR設計與電磁場分析
8.2.1HSM-CR設計
8.2.2HSM-CR電磁場仿真分析
8.3HSM-CR振動噪聲與轉(zhuǎn)子應力分析
8.3.1HSM-CR定子模態(tài)分析
8.3.2不同轉(zhuǎn)子結(jié)構應力分析
8.3.3HSM-CR的諧響應分析
8.3.4HSM-CR噪聲分析
8.4HSM-CR高速運行損耗特性研究
8.4.1鐵耗的計算
8.4.2繞組銅耗的計算
8.4.3機械損耗的計算
8.4.4雜散損耗的計算
8.5HSM-CR高速運行溫升研究
8.5.1熱源分布
8.5.2對流換熱系數(shù)
8.5.3流體場基本方程
8.5.4溫升分析
8.5.5熱流耦合溫升模型的建立
8.5.6熱流耦合溫升計算
8.6HSM-CR無位置傳感器控制技術研究
8.6.1三種無位置傳感器模型搭建
8.6.2三種無位置控制方法仿真結(jié)果對比
8.7HSM-CR樣機研制與硬件驅(qū)動平臺搭建
8.7.1實驗平臺設計
8.7.2加載實驗
8.8本章小結(jié)