2017年第44卷第5期文章目次

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  • 1  混合励磁电机的技术现状及新进展
    宁银行 赵朝会 刘闯
    2017, 44(5):1-12, 26.
    [摘要](49) [HTML](0) [PDF 1.52 M](65)
    摘要:
    在永磁电机的基础上,增设电励磁绕组,以辅助调节永磁磁场,形成混合励磁电机,融合了永磁电机和电励磁电机的优点,应用前景广阔。介绍了混合励磁电机的调磁原理;从电机原型的角度,分析了混合励磁电机的发展思路;以励磁方案为着眼点,提出了一种混合励磁电机的分析方法;结合混合励磁电机的电磁特性,研究了混合励磁电机应用于汽车、风力发电和航空航天等领域的控制方案和系统结构;提出了混合励磁电机技术的研究思路,展望了混合励磁电机的发展趋势。
    2  变频电机绝缘系统老化试验方法的研究进展
    郭琪 刘冠芳
    2017, 44(5):13-16.
    [摘要](23) [HTML](0) [PDF 662.24 K](52)
    摘要:
    对变频电机绝缘系统老化的原因和现象进行了介绍,总结了绝缘系统热老化、脉冲电老化、环境老化及多因子老化的试验标准和试样方法,指出现阶段的试验方法中存在的问题,提出今后的发展趋势。
    3  三相电压型脉宽调制整流器定频模型预测控制
    王涛 吴黎明 张晓
    2017, 44(5):17-21, 45.
    [摘要](15) [HTML](0) [PDF 677.66 K](51)
    摘要:
    针对三相电压型脉宽调制(PWM)整流器有限控制集模型预测控制采样频率高、开关频率不固定的缺点,提出了一种定频模型预测控制方法。通过求解价值函数得到PWM整流器交流侧下一采样时刻所要输出的电压值,利用空间矢量脉宽调制技术输出计算得到的电压值,实现定频模型预测控制。仿真与试验结果表明:所提出的控制算法开关频率恒定,稳态电流谐波含量低,实现了整流器高功率因数运行。
    4  基于新型变速趋近律的永磁同步电机滑模控制
    李中琴
    2017, 44(5):22-26.
    [摘要](16) [HTML](0) [PDF 697.73 K](113)
    摘要:
    为了改善永磁同步电机(PMSM)调速系统的动态品质,提出了一种基于变速趋近律方法的PMSM滑模速度控制策略。为了提高传统指数趋近律的收敛速度和消除系统抖阵现象的影响,在传统指数趋近律的基础上提出了一种新型变速趋近律方法,并应用该方法设计了一种PMSM调速系统的滑模速度控制器。通过仿真和试验结果对比分析,证明该算法不仅改善了系统的鲁棒性能,同时改善了系统的动态响应速度。
    5  基于有效磁链观测器的内置式永磁同步电机的无差拍直接转矩控制
    文婷 张兴华
    2017, 44(5):27-31.
    [摘要](16) [HTML](0) [PDF 447.97 K](50)
    摘要:
    为提高永磁同步电机驱动系统的性能,提出一种无速度传感器内置式永磁同步电机(IPMSM)无差拍直接转矩控制方法。在建立电机离散化模型的基础上,导出了转矩与磁链的无差拍电压控制律。采用图形化辅助解析的方法,直观地表达了无差拍直接转矩控制电压矢量解的物理含义。将无差拍直接转矩控制与基于有效磁链观测器的速度估算方法相结合,实现了IPMSM的无速度传感器控制。仿真结果验证了该方法的有效性。
    6  单周控制方法在电静液作动器无刷直流电机系统中的应用
    郭旭 李先峰
    2017, 44(5):32-37.
    [摘要](14) [HTML](0) [PDF 805.36 K](49)
    摘要:
    电静液作动器(EHA)要求无刷直流电机能够频繁起动和制动,并具有较快的动态响应。针对常规PID控制在非线性系统中应用的不足,将单周控制方法用于EHA无刷直流电机系统中,采用单周控制器控制电机的力矩输出,以提高系统的抗干扰能力和动态性能,采用常规的PI控制器完成系统的位置和转速控制,系统结构简单且容易实现。仿真结果表明,电流环引入单周控制方法后,系统的快速性更好,稳态运行下电机转速、转矩波动更小。以1台转角功率为28 kW的EHA和FPGA+DSP结构的数字控制器为平台进行试验,试验结果验证了基于单周控制的EHA系统具有优良的稳态和动态性能。
    7  多VIENNA级联型整流电路的协调控制
    范辉 孙丽丹 汤天浩
    2017, 44(5):38-45.
    [摘要](17) [HTML](0) [PDF 795.10 K](52)
    摘要:
    针对级联式高压整流电路的控制问题,采用多个VIENNA整流器级联构成高压直流系统,设计了主电路拓扑与双闭环控制器,并提出一种多VIENNA整流器电压平衡的协调控制策略。通过仿真试验,验证了双闭环级联型VIENNA高压整流电路的稳定性及其协调控制的正确性。
    8  大容量直驱风电机组级联直流组网系统设计
    厉孟 谢桢 李长乐
    2017, 44(5):46-51, 79.
    [摘要](27) [HTML](0) [PDF 903.40 K](55)
    摘要:
    传统交流组网风电场系统存在多次电能转换、成本高的问题。针对这个问题,设计了一种大容量直驱风电机组级联直流组网海上风电场系统,其直接将每台机组的直流输出级联形成高压直流进行传输,而无需额外的海上升压站平台。风电机组采用了永磁直驱风力发电机及其变流器,其中变流器包括了AC/DC单元和DC/DC单元,并设计了控制策略,即通过DC/DC单元的占空比调节来实现电流的持续输出和最大功率跟踪。陆基逆变电站采用晶闸管型逆变器,设计了工作模式和控制策略,其主要功能是实现高压直流链路的电压电流调节。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台,搭建了容量为150 MW的风电场系统进行了仿真计算,计算结果验证了该系统具有较高的鲁棒性和对风速变化的适应性,同时每个机组都能独立的实现最大风能捕获。
    9  基于优化BP神经网络的开关磁阻电机定子电阻辨识方法
    许爱德 赵中林 王雪松
    2017, 44(5):52-55, 76.
    [摘要](16) [HTML](0) [PDF 441.27 K](49)
    摘要:
    为解决直接转矩控制下的开关磁阻电机低速运行时磁链计算受电阻变化影响比较大的问题,详细观察分析了电阻对于相电流的影响,通过比对电阻可调的电机模型与实际的电机模型的输出电流,提出了一种基于优化BP神经网络的电阻辨识器。优化BP网络数学理论,结构简单,学习算法清晰明白,基于该网络的算法能够对变化的定子电阻进行辨识。将该方法置于Simulink控制系统上进行仿真,同时比较有无电阻辨识器前后仿真波形。试验表明,该电阻辨识方法可以提高开关磁阻电机低速运行时系统性能。
    10  微电网三相负荷不平衡的量子遗传优化算法研究
    程启明 黄山 张强 褚思远 杨小龙
    2017, 44(5):56-62.
    [摘要](11) [HTML](0) [PDF 817.55 K](47)
    摘要:
    为了解决微电网中普遍存在的三相负荷不平衡问题,详细分析了微电网三相负荷不平衡特征,提出了一种新的微电网三相负荷计算方法,并采用了改进型量子遗传算法对模型进行优化求解。所用的量子优化算法中引入了双链式结构和动态旋转角调整策略,提出了一种新的改进型量子遗传算法,并求解得出合适的解,从而获得最优的三相负荷接入方案。最后通过算例仿真验证了所提模型、策略和算法的有效性和可行性。
    11  一种具有电压支撑功能的改进无功注入策略
    杨秋霞 王虎 李坤
    2017, 44(5):63-69.
    [摘要](9) [HTML](0) [PDF 814.94 K](44)
    摘要:
    电压跌落是输配电系统面临的最严重的问题之一。随着分布式光伏电源在电力系统中的渗透率越来越高,国内外最新标准要求光伏逆变器必须具备低电压穿越能力。为了消除有功功率振荡,在传统的正/负序控制基础上提出了一种改进的有功/无功注入策略;针对现有电压支撑方法缺乏电压抬升范围控制,将三相电压幅值作为控制目标,详细推导了适用于不同电压跌落情况下的数学模型,得出为保证各相电压均保持在安全运行范围之内所需注入无功功率参考值。仿真结果验证了所提策略的正确性和有效性。
    12  一种混合励磁开关磁通永磁记忆电机设计与调磁性能分析
    姜春辉 田玉冬
    2017, 44(5):70-76.
    [摘要](18) [HTML](0) [PDF 658.26 K](59)
    摘要:
    设计了一种混合励磁开关磁通永磁记忆电机,利用Ansoft Maxwell 2D仿真软件建立了其电机模型,分析了其电机运行原理。采用有限元分析方法,对电机的调磁特性进行了探究,给出了铝镍钴永磁体处于不同磁化状态时的磁力线分布、相磁链曲线、反电动势曲线、磁通密度分布曲线和转矩波形曲线。仿真结果表明,该电机相较于常规永磁同步电机具有良好的调磁性能。
    13  转子闭口槽在高效电机中的应用
    汤惠明 顾卫东 顾德军 孙佰义
    2017, 44(5):77-79.
    [摘要](17) [HTML](0) [PDF 411.95 K](59)
    摘要:
    高效电动机采用转子闭口槽工艺,可以减小转子齿槽产生的损耗,提高电机效率。通过闭口槽样机试制及样机试验数据,验证了转子闭口槽结构性能,得出该工艺可行,并提出相应的工艺措施。
    14  基于新型定子极面结构的开关磁阻电机转矩脉动抑制研究
    张向龙 王军 杨燕翔 范镇南 刘占千
    2017, 44(5):80-83.
    [摘要](10) [HTML](0) [PDF 601.79 K](51)
    摘要:
    为抑制开关磁阻电机(SRM)转矩脉动,提出了一种新型定子极面结构,将传统均匀气隙结构改成两段式的非均匀气隙结构。以一台11 kW、1 000 r/min、12/8极SRM为例,通过建立二维场路耦合时步有限元模型,对此类结构进行了验证与优化。结果表明:此类结构能够在保证电机效率基本不变的情况下,有效抑制转矩脉动,为进一步提升SRM的设计与运行水平,提供了有益的参考。
    15  基于MATLAB/Simulink的变频电机系统能耗实用模型
    李佳宣 李鹏宇 陈庚 赵海森 尹忠东
    2017, 44(5):84-89, 120.
    [摘要](16) [HTML](0) [PDF 504.84 K](56)
    摘要:
    变频电机系统能耗分析需要对系统各环节建立准确的损耗计算模型。针对目前有限元模型建模繁琐、计算量大的现状,在考虑了变频电源谐波对铁耗电阻影响的基础上,建立了计及铁耗等效电阻的异步电机数学模型及PWM变频器主电路损耗模型,提出一种基于MATLAB/Simulink的变频电机系统实用模型,实现了变频电机系统各环节损耗准确分析。通过对不同工况下变频器、电机和系统总效率的仿真分析,揭示了传统忽略变频器能耗的损耗分析方法对系统最佳运行点估算存在一定误差。为了验证模型正确性,对一组5.5 kW变频电机系统进行了试验对比,验证了文中模型能够正确有效地模拟变频电机系统运行。研究成果为进一步研究系统能耗最优控制策略提供了重要理论支撑。
    16  永磁直驱风电机组的机侧多整流器并联运行控制研究
    吕志香
    2017, 44(5):90-97.
    [摘要](10) [HTML](0) [PDF 743.07 K](48)
    摘要:
    永磁直驱风电机组的容量通常达到了兆瓦级,采用并联型结构是主要的扩容方式。传统的风电变流器机侧整流器具有独立的直流母线,虽具有控制简单的优点,但也存在成本高、体积增加等问题。针对这个问题,提出了一种新型的永磁直驱风电机组机侧多整流器共直流母线并联运行控制策略。该控制策略的控制目的是抑制共直流母线的整流器模块之间由于不同步造成的环流,因此首先对具有公共直流母线的多整流器运行的直流环路和零序电流动态进行了建模和分析,设计了独立的电流控制器,并通过同步载波移相配合生成了多簇脉冲调制信号给不同的整流器模块,但相互的控制器使用了同一个转子位置观测器,从而实现了每个模块的电流同步和均衡,并匹配了最优的总发电机转矩。最后,为了验证控制策略的有效性,基于1.5MW的永磁直驱风电机组试验平台进行了试验研究。试验结果表明,在新型控制策略下,变流器机侧多整流器模块能正常运行,并具有较优的性能。
    17  基于预测电流控制的光伏并网系统最大功率点跟踪算法
    刘江涛 黄明 王海云 李保全 刘新伟
    2017, 44(5):98-101, 127.
    [摘要](14) [HTML](0) [PDF 607.30 K](49)
    摘要:
    针对光伏发电的突变性及昼发夜停特性提出一种新型的基于预测电流控制的光伏并网系统最大功率点跟踪(MPPT)算法。根据实际情况考虑光伏阵列的非线性特性,最大功率点周围光伏电压的振荡及逆变器、滤波器的设计等。为了确保系统采用控制算法的稳定性,MPPT的设计应运而生,在此基础上通过改进算法从光伏系统的电压与电流预测基准电流进而控制光伏并网系统。通过与传统的波动相关控制方法对比给出了仿真结果。仿真结果表明:在光照发生突变时,与传统的波动相关控制法相比,提出的改进算法的跟踪速度较之提升9.3%,并能够准确跟踪光伏并网系统最大功率点,且性能稳定可靠。
    18  可模拟绕组内部故障的双馈风力发电半实物实时仿真平台
    魏书荣 王健 张路 高瑾 黄苏融
    2017, 44(5):102-107.
    [摘要](8) [HTML](0) [PDF 914.72 K](75)
    摘要:
    双馈风力发电机(DFIG)系统控制复杂,离线仿真与传统全实物的故障试验存在一定局限性。在控制功能强大的MATLAB/Simulink环境下构建基于dSPACE1007系统的双馈风力发电系统半实物实时仿真平台,解决可模拟绕组内部故障的实物电机、dSPACE与Simulink软件三方联调时的数据接口与控制问题。试验结果表明,该平台在DFIG定、转子匝间短路故障工况下,通过Control Desk界面可灵活改变控制参数及算法,实现电机绕组内部故障状态下的容错运行,为DFIG故障检测和容错控制研究提供硬件平台。
    19  定子匝间短路故障下双馈风力发电机组高压穿越性能研究
    胡兰青 孙丽玲
    2017, 44(5):108-115, 127.
    [摘要](14) [HTML](0) [PDF 650.82 K](57)
    摘要:
    为了研究定子绕组匝间短路(SWITSC)故障对双馈风力发电机组高压穿越的影响,基于多回路理论建立了计及定子绕组匝间短路故障的双馈感应发电机(DFIG)仿真模型,并在MATLAB/Simulink下建立了其S-函数。依据短路故障回路特性,分别在SWITSC前后建立了DFIG风电机组的ABC坐标系统和dq0坐标系统下的数学模型,并简要分析了SWITSC故障下的电磁特性。对双馈风电机组的高压穿越能力做出分析,分析了风电场电压升高的原因、高压穿越的标准及双馈风机在电网电压骤升下的暂态过程。重点研究了DFIG在SWITSC故障前后高压穿越的仿真结果。结果表明,定子绕组匝间短路故障会严重降低风电场的高压穿越的能力。
    20  基于Ansys的永磁同步电机转子振动分析
    时方敏 张卫 唐杨
    2017, 44(5):116-120.
    [摘要](23) [HTML](0) [PDF 533.81 K](53)
    摘要:
    振动是电机的重要指标,对电机转子进行振动分析为其结构改进和性能优化提供理论依据。运用Ansys有限元分析软件对永磁同步电机转子进行模态分析,得到该电机转子振动系统的低阶固有频率和模态振型,分析了电机振动特性。 通过电机转子模态试验,求得电机低阶固有频率,对比仿真与试验结果,验证有限元分析结果的可靠性。由结果分析可知,研究对象在额定转速下未产生共振,验证了其结构设计的合理性。研究内容对永磁同步电机的设计和优化有一定的指导意义。
    21  无刷直流电机在转子偏心故障时的容错控制研究
    刘昕彤 王红艳 张冬梅 马文华 刘雅 杨梅双
    2017, 44(5):121-129.
    [摘要](11) [HTML](0) [PDF 882.34 K](49)
    摘要:
    在一些工业场合,无刷直流电机需要在转子偏心故障的情形下保持运行状态,而传统的控制策略无法有效地实现容错运行。针对这个问题,提出了一种无刷直流电机在转子偏心时的故障容错控制策略。分析了在传统无刷直流电机控制方法中,每相定子电流参考在波形上是一致的,仅存在一定的相位延迟,而没有考虑电机偏心后导致的反电动势和相电感变化,因此电机偏心将导致未知的转矩脉动。新型控制策略在传统控制策略的基础上采用了在线估计方法,获取了相电感和反电动势的值,从而控制器设置定子电流参考时包含了对偏心故障的考虑和相关运算,从而使电机能够降低转矩脉动,具备一定的故障容错运行能力。最后通过对比试验的方法对新型控制策略进行了试验验证。

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