集中电励磁容错双凸极电机振动噪声与控制机理研究

基本信息
批准号:51707114
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:26.00
负责人:赵耀
学科分类:
依托单位:上海电力大学
批准年份:2017
结题年份:2020
起止时间:2018-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:李东东,李晓华,刘庆飞,周文磊,郭天洋,王博伦
关键词:
振动噪声结构设计容错双凸极电机
结项摘要

The wound-field doubly salient machine (WFDSM) is widely used in renewable energy generation, aerospace and other fields due to its simple structure and adjustable excitation magnetic field. Since the conventional three phase distributed excitation WFDSM has the disadvantages such as low torque density, weak fault-tolerant ability of open-circuit faults, high vibration and noise, the four phase concentration excitation WFDSM is proposed in this project. The vibration and noise mechanism and fault-tolerant control strategy are researched. The main contents are summarized as follows. Firstly, the structure optimization schemes are researched in order to investigate high reliability and low vibration and noise of stator by building the mathematical model and finite element model based on multi-objective restriction. Secondly, the novel control strategy is proposed to reduce the vibration and noise of rotor when the motor is operated in normal condition. Meanwhile, the vibration and noise mechanism of stator and rotor and noise suppression control strategy are researched when the motor is operated in open-circuit fault. Finally, the vibration and noise mechanism influenced by the vibration of external equipment is investigated and the active vibration noise suppression control strategy is researched to reduce vibration of system. This proposal will combine mathematical modeling, structure FEM analysis, and experiments to verify the validity and advancement of the proposed structure, optimization scheme and control strategy. It will form the optimization theoretical system of reliability and vibration and noise reduction. The success of this proposal will establish the theoretical foundation for the adaptive ability to environment of machine system when applied in the fields of the motoring, generating and starting/generating states.

电励磁双凸极电机(WFDSM)因其结构简单,励磁可调而广泛用于新能源、航空航天等领域。本项目针对传统的三相分布励磁WFDSM转矩密度低、开路故障容错能力弱、振动噪声大等问题,以四相集中励磁WFDSM为研究对象,对高可靠性电机系统的振动噪声机理与容错控制策略进行深入系统的研究。主要研究内容包括:研究建立多目标约束下电机的数学和有限元模型,探索高可靠性、低定子振动噪声的本体优化方案;研究正常运行时转子振动噪声及故障运行时定、转子振动噪声产生机理及相应的抑制控制方法;探索外源振动对电机振动噪声的影响规律,研究降低系统结构振动的主动振动噪声控制方法。本项目将通过数学建模、本体有限元建模仿真以及实验验证等多种手段,验证所提电机结构及其优化方案和控制策略的有效性与先进性,形成适用于该电机的可靠性与减振降噪优化理论体系。本项目研究成果为扩展电机系统在电动、发电和起动/发电领域的环境适应能力奠定理论基础。

项目摘要

电励磁双凸极电机(WFDSM)因其结构简单,励磁可调而广泛用于新能源、航空航天等领域。本项目针对传统的三相分布励磁WFDSM转矩密度低、开路故障容错能力弱、振动噪声大等问题,以四相8-10极和12-9极集中励磁WFDSM为研究对象,对高可靠性电机系统的振动噪声机理与容错控制策略进行了深入系统的研究。主要研究内容包括:研究建立多目标约束下电机的数学和有限元模型,对两种电机结构进行了深入优化研究,形成适用于该电机的优化理论;研究正常运行时电机的转子振动噪声及开路和短路故障运行时电机的基本特性和定、转子振动噪声,验证了该电机经过优化设计后降低了振动噪声;探索外源振动对电机振动噪声的影响规律,研究了基于直接转矩控制的主动振动噪声控制方法,分析了电机的静态转矩特性,对电机相转矩与齿槽转矩进行了分解,建立了准确的转矩模型,利用查表法建立了瞬时转矩观测器,转矩观测精度较高,误差小于6.2%。所提出的直接转矩控制方法具有较好的转矩脉动抑制效果,相较于传统电流斩波方法可降低76%的转矩脉动。与电流斩波方法相比,所提出的直接转矩控制方法在转矩电流比方面有劣势,表明要降低转矩脉动需付出高铜耗的代价。本项目研究成果为该电机系统在电动、发电和起动/发电领域的环境适应能力奠定理论基础。本项目执行期间,培养培养硕士研究生5名,其中已毕业1名;共发表或录用SCI收录的期刊论文4篇;申请了5件发明专利。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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