城市軌道交通用初級永磁型直線電機及其控制系統研究

《城市軌道交通用初級永磁型直線電機及其控制系統研究》是依託江蘇大學，由趙文祥擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：城市軌道交通用初級永磁型直線電機及其控制系統研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：趙文祥
• 依託單位：江蘇大學

項目摘要

直線電機城市軌道交通系統是新型的資源節約型軌道交通模式。直線感應電機具有結構簡單、成本低的優點，但其效率和功率因數較永磁電機差；而傳統的永磁直線同步電機，需將繞組或永磁體沿軌道全線鋪設，增加工程造價。本項目提出一種新型永磁直線電機，其繞組和永磁體均置於車輛側的初級，而軌道側的次級僅由導磁性材料組成，集高效率和低成本於一身。本項目旨在開發出結構新穎合理的初級永磁型直線電機結構；探索該類電機電磁參數計算、設計和分析的一般方法；構建基於dSPACE的數位化驅動控制系統實驗平台；研究電機最佳化控制的一般性規律；建立容錯控制策略，提高系統可靠性；嘗試總結出也同樣適用於其它類型直線電機的一般規律和方法。該初級永磁型直線電機及其控制系統的研製成功，將為城市軌道交通領域直線驅動系統提供新的解決方案。不僅具有重要的科學意義和學術價值，而且具有十分廣闊的套用前景。

結題摘要

開展了城市軌道交通用新型永磁直線電機設計與控制策略研究。該類電機的繞組和永磁體均置於車輛側的初級，而軌道側的次級僅由導磁性材料組成，集高效率和低成本於一身。提出了帶附加齒的初級永磁型直線電機，通過在電機端部增加輔助齒，不僅可以補償其端部繞組的磁路，而且可以減小電機總的定位力；提出了磁路互補型、模組化的初級永磁型直線電機，其初級動子由兩個在空間上互差180°的模組組成，具有反電勢對稱、定位力小、易於加工等優點。針對捷運牽引試驗的要求，設計了“雙逆變器——電機”結構的捷運牽引試驗平台。推導了電流諧波注入法補償定位力矩的控制策略，通過注入諧波電流，降低了電機的轉矩脈動。設計了兩電機調速系統的解耦控制器，實現了系統的協調運行。研究了單極性永磁磁鏈定子永磁型電機的容錯控制策略，考慮其梯形波反電勢特性，實現了容錯運行；研究了雙極性永磁磁鏈定子永磁型電機的容錯控制策略，建立了基於轉子坐標系的電機數學模型，提出了基於定子磁場定向的容錯矢量控制策略；分析了冗餘式定子永磁型電機的繞組結構特點以及電磁特性，基於諧波轉矩相互抵消的原則，提出了容錯控制策略。建立了初級永磁型直線電機驅動控制系統的場路耦合仿真模型，為系統的精確分析提供了良好的仿真平台。設計並製造了初級永磁型直線電機試驗樣機，基於DSP和dSPACE構建了電機數字驅動控制系統，實驗驗證了電機在多種工況情況下的高性能運行。共發表論文26篇，其中SCI收錄14篇（11篇論文發表於IEEE Transactions彙刊），累計SCI影響因子超過37；授權發明專利6項；相關成果獲軍隊科技進步一等獎、教育部技術發明一等獎、全國優秀博士學位論文提名獎等6項獎勵。