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超高速永磁电机驱动系统电流环稳定性分析与改进设计 被引量:11
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作者 鲍旭聪 王晓琳 +1 位作者 顾聪 石滕瑞 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第10期2469-2480,共12页
超高速永磁电机驱动系统在超高基频运行条件下,延迟会严重影响系统稳定性。该文对电流环动态模型进行精确重构,并系统分析高基频运行条件下延迟引入的交叉耦合与时延效应对系统稳定性的影响。在此基础上,提出一种适用于超高速电机的基... 超高速永磁电机驱动系统在超高基频运行条件下,延迟会严重影响系统稳定性。该文对电流环动态模型进行精确重构,并系统分析高基频运行条件下延迟引入的交叉耦合与时延效应对系统稳定性的影响。在此基础上,提出一种适用于超高速电机的基于双采样电流预测的阻尼-积分型电流环调节机制,通过对系统阻尼比进行补偿,消除附加交叉耦合影响。此外,该文还设计一种分段执行式的双采样电流预测算法,可在不依赖任何参数的情况下实现下一拍反馈电流预测,有效补偿系统稳定裕度。以上两个措施为确保超高基频系统全局稳定提供有力保障。最后,在一台550000r/min/110W超高速实验样机平台上,对所提改进型电流环调节机制进行充分仿真与实验分析,有效验证了所提方案的有效性与优越性。 展开更多
关键词 超高速电机 稳定性 控制延迟 采样延迟 阻尼比 稳定裕度
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超高速低载频比下永磁同步电机无差拍电流控制 被引量:2
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作者 王晓琳 李紫佳 +1 位作者 李正龙 严廷雄 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第4期55-63,74,共10页
基于数字控制的超高速电机驱动系统具有运行速域宽、载频比低的特性,采用传统无差拍控制已不能保证其电流环在高速区域的控制性能及稳定性。针对上述问题,通过在Z域构建超高速电机电流环复矢量等效模型,分析了低载频比下等效延迟项对无... 基于数字控制的超高速电机驱动系统具有运行速域宽、载频比低的特性,采用传统无差拍控制已不能保证其电流环在高速区域的控制性能及稳定性。针对上述问题,通过在Z域构建超高速电机电流环复矢量等效模型,分析了低载频比下等效延迟项对无差拍控制系统稳定性的影响;推导了无差拍控制近似离散模型误差及参数失配误差解析式并对其定量分析。提出一种适用于超高速电机低载频比运行的改进型方法:一方面采用基于离散滑模观测器的电压前馈补偿方案,有效加强了系统抗模型误差和参数扰动的鲁棒性;另一方面将观测器控制函数与扰动量引入电流预测模型,并对时间延迟附加项修正补偿,有效消除了系统延迟的综合影响。最后,仿真和实验验证所提理论及方法的正确性。 展开更多
关键词 超高速电机 低载频比 数字控制延迟 无差拍控制 参数失配 模型误差 离散滑模观测器
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超高基频与超宽速域电机驱动系统优化设计
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作者 鲍旭聪 王晓琳 +2 位作者 严廷雄 顾聪 高起兴 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第1期329-338,共10页
对超高速电机驱动系统而言,因其具有超高基频与超宽速域特性,传统驱动方案中低载频比及参数失配问题已无法忽略,否则难以保证电机稳定运行。针对上述问题,该文从系统模型、控制律和稳定域等方面进行深入分析与优化设计。首先,对考虑数... 对超高速电机驱动系统而言,因其具有超高基频与超宽速域特性,传统驱动方案中低载频比及参数失配问题已无法忽略,否则难以保证电机稳定运行。针对上述问题,该文从系统模型、控制律和稳定域等方面进行深入分析与优化设计。首先,对考虑数字延迟的超高基频驱动系统进行重构建模与稳定性分析,并归纳总结控制策略设计难点。其次,为保证电机超高基频稳定运行,通过指令电压修正与电流预测,设计出一种改进型超高速电机控制策略,实现了系统延迟主动补偿。同时,为提高电流调节器超宽速域参数适应性,采用“DBC+IC”结构对其进行优化设计,有效解决了参数失配问题。最后,在基于GaN宽禁带器件驱动平台上实现了一台超高速微型永磁电机0~550000r/min宽转速范围稳定运行,验证了该文所设计驱动系统的可行性及优越性。 展开更多
关键词 超高速电机 超高运行基频 超宽运行速域 系统延迟 参数失配
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基于滑模自适应鲁棒的超高速电机调速控制 被引量:3
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作者 林立斌 沈宏丽 +1 位作者 郭健 吴益飞 《机械设计与制造工程》 2017年第11期72-77,共6页
针对超高速铣削永磁同步电主轴高性能、高精度的控制需求,设计了一种滑模变结构自适应鲁棒控制器。该控制器利用滑模变结构控制产生滑动模态,削弱了建模误差的影响;利用自适应鲁棒控制减少了电主轴超高速运行中受外界扰动和系统内部参... 针对超高速铣削永磁同步电主轴高性能、高精度的控制需求,设计了一种滑模变结构自适应鲁棒控制器。该控制器利用滑模变结构控制产生滑动模态,削弱了建模误差的影响;利用自适应鲁棒控制减少了电主轴超高速运行中受外界扰动和系统内部参数摄动的影响。针对超高速运行的电主轴控制器控制周期时间短的特点,设计了基于比例谐振的电流矢量控制器,在保证电流控制效果的前提下减少了坐标变换和电流解耦,降低了控制算法实现的难度。仿真结果表明:基于比例谐振控制的电流矢量控制器能对给定电流进行较好跟随,滑模自适应鲁棒调速控制器具有良好的控制性能,并对负载扰动具有较强的鲁棒性。 展开更多
关键词 超高速电机 永磁同步电机 滑模控制 自适应鲁棒控制 比例谐振
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三瓦双向箔片轴承-高速电机转子系统动力学研究 被引量:2
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作者 程文杰 邓志凯 +4 位作者 肖玲 钟斌 张博 孙岩桦 段文博 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2021年第1期218-225,共8页
以10 kW,120000 r/min的超高速永磁同步电机为实验样机,对三瓦双向箔片轴承-电机转子系统动力学行为进行实验研究。分析了三瓦双向箔片轴承的承载特点,在对轴承刚度和阻尼系数适当简化的基础上,计算了弹性支撑时的转子锥动模态频率和平... 以10 kW,120000 r/min的超高速永磁同步电机为实验样机,对三瓦双向箔片轴承-电机转子系统动力学行为进行实验研究。分析了三瓦双向箔片轴承的承载特点,在对轴承刚度和阻尼系数适当简化的基础上,计算了弹性支撑时的转子锥动模态频率和平动模态频率。在样机上进行了30000 r/min,60000 r/min的升速实验和90000 r/min的自由降速实验。实验表明:转子的起飞转速约为4000 r/min,当转子工作在90000 r/min时,伴随着强烈的亚同步涡动频率,而且该亚同步涡动频率完全是由轴承-转子系统本身所引起。结果显示三瓦双向箔片轴承-转子系统具有较好的稳定性,该理论分析和实验结果为超高速永磁电机轴系设计和动力学分析提供了参考。 展开更多
关键词 三瓦双向箔片轴承 超高速电机 亚同步涡动 刚体模态 转子动力学
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超高速电机模型预测控制的静差消除双闭环控制策略研究 被引量:2
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作者 王晓琳 李志鹏 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第22期8897-8909,共13页
三矢量模型预测控制不仅可实现交直轴电流的无差拍控制,还具有良好的稳态性能。但应用于高基频低载波比的超高速电机控制系统时,仍存在电流跟踪静差、计算量大等缺陷。文中首先对传统三矢量模型预测控制进行等效控制集优化,在不影响控... 三矢量模型预测控制不仅可实现交直轴电流的无差拍控制,还具有良好的稳态性能。但应用于高基频低载波比的超高速电机控制系统时,仍存在电流跟踪静差、计算量大等缺陷。文中首先对传统三矢量模型预测控制进行等效控制集优化,在不影响控制性能的情况下,能够大大降低算法复杂度。同时,为提高预测电流误差消除的快速性,提出一种电流预测静差消除双闭环控制策略。设计自适应加权数据选择器,交直轴电流预测误差经自适应加权数据选择器后,通过调节器对逆变器模型角度进行补偿,从而形成内环;外环则由交直流预测电流跟踪误差反馈至电流给定值构成。在该双闭环控制系统中,内环实现了纯延时误差的全补偿,并优化非纯延时误差在交直轴上的分布;外环则能完全消除分布优化后的内环预测误差。仿真分析和实验结果证明了所提控制策略的可行性和有效性。 展开更多
关键词 模型预测控制 超高速电机 低载波比 自适应权重因子 静差消除双闭环
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超高速电机转子碳纤维防护设计方法研究
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作者 唐林 《日用电器》 2023年第12期47-50,共4页
随着超高速电机在家电领域不断的应用,电机转速不断提升,以清洁领域为例,吸尘器电机最高转速高达120000 rpm以上,电机在超高转速运行下,转子运行过程中会受到很大的离心力。由于转子材料的机械性能较其余部件差很多,因此转子防护设计尤... 随着超高速电机在家电领域不断的应用,电机转速不断提升,以清洁领域为例,吸尘器电机最高转速高达120000 rpm以上,电机在超高转速运行下,转子运行过程中会受到很大的离心力。由于转子材料的机械性能较其余部件差很多,因此转子防护设计尤为重要。碳纤维护套较金属护套比较具有质量轻、尺寸热稳定性好、无涡流等优势,因此本文对超高速电机转子碳纤维防护进行研究。 展开更多
关键词 碳纤维 超高速电机 转子 可靠性
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基于有限元的燃料电池空压机用超高速电机铁心损耗研究
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作者 卜建国 俞妍 +3 位作者 白民 庞海龙 雷威 王连峰 《微电机》 2022年第9期22-26,共5页
超高速电机,除了要考虑定子铁心损耗,转子涡流损耗也是不能忽视的,转子涡流损耗容易导致内转子电机永磁体失磁。论文建立了超高速电机有限元模型,首先采用基于Spearman秩相关的灵敏度分析方法对超高速电机各设计参数对电机定子铁心损耗... 超高速电机,除了要考虑定子铁心损耗,转子涡流损耗也是不能忽视的,转子涡流损耗容易导致内转子电机永磁体失磁。论文建立了超高速电机有限元模型,首先采用基于Spearman秩相关的灵敏度分析方法对超高速电机各设计参数对电机定子铁心损耗和转子涡流损耗进行了灵敏度分析,然后剔除灵敏度低的设计参数,最后详细研究分析了各设计参数对电机定子铁心损耗和转子涡流损耗的影响,并为下一步优化设计提供了参考。 展开更多
关键词 超高速电机 定子铁心损耗 转子涡流损耗 灵敏度分析
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车用超高速永磁电机驱动控制技术综述 被引量:8
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作者 林程 徐垚 +2 位作者 邢济垒 庄兴明 蒋雄威 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2022年第7期1049-1058,共10页
超高速永磁电机具有体积小、效率和功率密度高等优点,广泛应用于燃料电池空压机和电动涡轮增压器等车用领域。小电感和高基频等特性,使其驱动控制比常速永磁电机难度更大。本文从电路拓扑、电压调制策略匹配和无位置传感器控制3个方面... 超高速永磁电机具有体积小、效率和功率密度高等优点,广泛应用于燃料电池空压机和电动涡轮增压器等车用领域。小电感和高基频等特性,使其驱动控制比常速永磁电机难度更大。本文从电路拓扑、电压调制策略匹配和无位置传感器控制3个方面详细论述车用超高速永磁电机驱动控制技术的研究现状,总结各类技术的研究热点,通过优缺点对比,给出了评价。最后展望了未来发展趋势。 展开更多
关键词 超高速永磁电机 电路拓扑 电压调制策略 无位置传感器控制
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超高速永磁电机转子机械强度的实验研究
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作者 崔存龙 杜光辉 +2 位作者 蒲涛 高文韬 李牛妹 《机电工程》 CAS 北大核心 2023年第9期1449-1455,共7页
在超高速永磁电机运行时,电机中的永磁体会因难以承受巨大的离心力而破损。为了解决这一问题,基于1台超高速永磁电机,对电机转子的机械强度进行了仿真分析和实验研究。首先,基于1台超高速永磁电机,对其进行了应力有限元仿真,分析了护套... 在超高速永磁电机运行时,电机中的永磁体会因难以承受巨大的离心力而破损。为了解决这一问题,基于1台超高速永磁电机,对电机转子的机械强度进行了仿真分析和实验研究。首先,基于1台超高速永磁电机,对其进行了应力有限元仿真,分析了护套厚度、过盈量、温度、旋转速度对转子应力的影响程度及其灵敏性;然后,基于上述分析结果获得了高机械强度转子的设计方案,并对不同运行工况下的超高速电机转子的应力进行了校核;最后,加工出了1台额定功率为7 kW、额定转速为150000 r/min的超高速永磁电机,并对其进行了机械强度运行实验和空载特性测试。实验测试结果表明:永磁体应力在不同工况下均表现为压应力,其最大值为109 MPa,安全系数大于6,尚有较高的裕量;而护套应力的最大值为967 MPa,安全系数大于2,说明与永磁体相比,护套更易达到极限机械强度;同时,样机测试的空载反电势为362 V,与计算值的吻合度在98%以上,且该转子在超速运行数小时后,未见任何损坏。研究结果表明:所设计的电机转子具有高可靠性,可以满足电机超高速运行的需要。 展开更多
关键词 超高速永磁电机 转子机械强度 灵敏度 应力分析 护套厚度 旋转速度
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燃料电池空压机电机转子结构研究
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作者 袁羲鑫 王冰 《电机与控制应用》 2022年第4期83-88,共6页
针对燃料电池空压机高速电机转子易因高速失稳而损坏、因转子过重而导致空气轴承加速磨损的问题,使用有限元法对不同转子结构的转子应力和临界转速进行了研究,提出了一种轴向预紧固定磁钢的空心转子结构。以一台额定功率35 kW,峰值转速1... 针对燃料电池空压机高速电机转子易因高速失稳而损坏、因转子过重而导致空气轴承加速磨损的问题,使用有限元法对不同转子结构的转子应力和临界转速进行了研究,提出了一种轴向预紧固定磁钢的空心转子结构。以一台额定功率35 kW,峰值转速100000 r/min的超高速永磁电机为例,综合对比分析了不同转子结构在转子强度、临界转速、质量、转动惯量、装配工艺性以及可靠性等方面的优缺点。对比结果表明,虽然新转子结构在转子强度上稍差于几种常见转子结构,但在其他方面均具有优异的特性。最后,根据新转子结构制作了空压机样机,试验结果表明,该样机可以在100000 r/min转速下稳定运行,验证了新转子结构设计的合理性。 展开更多
关键词 超高速永磁电机 燃料电池空压机 转子结构 转子强度 转子临界转速
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超高速微型永磁电机转子强度分析与结构设计 被引量:15
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作者 高起兴 王晓琳 +1 位作者 丁强 邵阳阳 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第8期2856-2866,共11页
超高速微型永磁电机具有能量密度大、运行效率高、便携的优越性能。而永磁材料抗拉强度低,难以承受超高转速下转子巨大的离心力,该文针对超高速微型永磁电机的转子强度问题及结构设计方法进行深入研究。首先,结合微型转子结构特点,建立... 超高速微型永磁电机具有能量密度大、运行效率高、便携的优越性能。而永磁材料抗拉强度低,难以承受超高转速下转子巨大的离心力,该文针对超高速微型永磁电机的转子强度问题及结构设计方法进行深入研究。首先,结合微型转子结构特点,建立一种满足多边界类型的转子应力解析模型;其次,重点分析计及机械过盈、永磁体内径、材料特性及环境温升等多影响因素下,超高速微型永磁电机转子结构在不同工况下的应力分布特点及变化规律。此外,基于边界条件及转子结构变化对转子强度影响的规律性分析,设计一款550000r/min超高速转子结构,给出护套厚度、过盈量的选择区间,以及转子应力在不同转速和温度场下的特性评估。最后根据设计方案进行样机研制和实验,实现该转子额定转速稳定运行。 展开更多
关键词 解析模型 多边界条件 转子强度分析 550000r/min超高速永磁电机
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10 kW超高速永磁电机三维瞬态温度场计算 被引量:10
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作者 崔刿楷 程文杰 +2 位作者 肖玲 樊红卫 谢宗明 《电机与控制应用》 2018年第2期90-96,共7页
为了考察电机在装配螺旋槽水冷套时对转子的冷却效果,针对1台功率10 k W、额定转速90 000 r/min的超高速永磁电机,采用有限元方法对电机三维温度场进行了研究,考虑了定子铁损、定子铜损,转子铁损和转子风摩擦损耗的影响。结果表明:定转... 为了考察电机在装配螺旋槽水冷套时对转子的冷却效果,针对1台功率10 k W、额定转速90 000 r/min的超高速永磁电机,采用有限元方法对电机三维温度场进行了研究,考虑了定子铁损、定子铜损,转子铁损和转子风摩擦损耗的影响。结果表明:定转子小间隙内的空气对转子起到了类似"热密封"的作用,当转子损耗功率较大时,仅依靠螺旋槽水冷套并不能有效地冷却转子,还必需辅以定转子小间隙的强迫空气冷却,以进一步降低转子温度。研究结果为大功率高速永磁电机热设计提供了重要参考依据。 展开更多
关键词 超高速永磁电机 热设计 水冷 风冷 温度场
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超高速永磁电机转子结构的研究 被引量:5
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作者 程鑫 曾国辉 杜光辉 《机电工程》 CAS 北大核心 2019年第11期1226-1230,共5页
针对超高速永磁电机在高速旋转时,永磁体因离心力作用易被破坏的问题,对适用于超高速永磁电机的转子结构进行了研究。采用有限元法对常规转子结构电机和实心永磁转子结构电机进行了研究,对比分析了两种结构电机在额定条件下的转子涡流损... 针对超高速永磁电机在高速旋转时,永磁体因离心力作用易被破坏的问题,对适用于超高速永磁电机的转子结构进行了研究。采用有限元法对常规转子结构电机和实心永磁转子结构电机进行了研究,对比分析了两种结构电机在额定条件下的转子涡流损耗,分析了护套厚度和转速对转子强度的影响,最后分析了两种结构电机在温升方面的差异。研究结果表明:在满足电磁性能的前提下,实心永磁转子结构的电机在更小的转子护套厚度下,能够达到比常规结构永磁电机更好的转子强度;同时,实心永磁转子的电机的有效长度更短,转子涡流损耗和电机温升都比常规转子结构电机更低。 展开更多
关键词 超高速永磁电机 涡流损耗 转子强度 温升
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超高速数控机床的设计研究 被引量:1
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作者 肖曙红 张伯霖 《机械开发》 1998年第3期1-6,共6页
介绍了超高速切削原理、速度范围及超高速切削对机床的基本要求,分析了超高速数控机床设计中的关键技术。结合实际课题。对超高速数控机床的主要组成部件———高速电主轴单元和直线电机高速进给伺服单元的设计进行了重点论述,并对超... 介绍了超高速切削原理、速度范围及超高速切削对机床的基本要求,分析了超高速数控机床设计中的关键技术。结合实际课题。对超高速数控机床的主要组成部件———高速电主轴单元和直线电机高速进给伺服单元的设计进行了重点论述,并对超高速机床的数控系统及其他结构部件与装置的特点、要求作了详细的讨论。为我国自行开发超高速数控机床,提供理论依据和设计方法。 展开更多
关键词 超高速加工 电主轴 数控机床
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