2017年第44卷第7期文章目次
2017, 44(7):1-6, 25.
摘要:
介绍了“十二五”以来国家出台以及正在制定的与电机行业发展有关的政策,包括节能产品惠民工程高效电机推广、电机能效提升计划、电机领域节能先进实用技术推广目录、能效之星等。这对电机行业发展具有一定的指导意义。
介绍了“十二五”以来国家出台以及正在制定的与电机行业发展有关的政策,包括节能产品惠民工程高效电机推广、电机能效提升计划、电机领域节能先进实用技术推广目录、能效之星等。这对电机行业发展具有一定的指导意义。
2017, 44(7):7-12, 25.
摘要:
介绍了高压变频器试验用同步发电机组电磁设计和结构设计等方面的特点,基于二维时域有限元法对该同步发电机组两个电机的谐波分布、气隙磁场时间分布、起动过程中阻尼环电密时间分布等电磁特性进行计算和分析。通过同步发电机机组样机型式试验验证了设计方案的可行性,为该类高压同步发电机机组在高压变频器领域进一步应用奠定基础。
介绍了高压变频器试验用同步发电机组电磁设计和结构设计等方面的特点,基于二维时域有限元法对该同步发电机组两个电机的谐波分布、气隙磁场时间分布、起动过程中阻尼环电密时间分布等电磁特性进行计算和分析。通过同步发电机机组样机型式试验验证了设计方案的可行性,为该类高压同步发电机机组在高压变频器领域进一步应用奠定基础。
2017, 44(7):13-19.
摘要:
由于永磁体中存在涡流损耗,这些损耗会以热量的形式散发出来,使盘式永磁同步电机(DPMSM)内部温度升高。当温度过高时,会引起电机运行性能降低。故针对永磁体涡流损耗进行深入研究,对DPMSM的性能提高及优化设计具有重要意义。利用Maxwell三维电磁场有限元分析软件建立电机有限元模型,在三相正弦电流源驱动下求解电机永磁体电磁场分布；为减小永磁体涡流损耗,对永磁体进行不同方向分割,并对不同方向分割进行仿真对比,得出横向分割为3块效果最佳；在利用电磁屏蔽原理减小涡流损耗时,先对其可靠性进行验证,后利用MATLAB曲线拟合得出屏蔽层厚度的最优值。
由于永磁体中存在涡流损耗,这些损耗会以热量的形式散发出来,使盘式永磁同步电机(DPMSM)内部温度升高。当温度过高时,会引起电机运行性能降低。故针对永磁体涡流损耗进行深入研究,对DPMSM的性能提高及优化设计具有重要意义。利用Maxwell三维电磁场有限元分析软件建立电机有限元模型,在三相正弦电流源驱动下求解电机永磁体电磁场分布；为减小永磁体涡流损耗,对永磁体进行不同方向分割,并对不同方向分割进行仿真对比,得出横向分割为3块效果最佳；在利用电磁屏蔽原理减小涡流损耗时,先对其可靠性进行验证,后利用MATLAB曲线拟合得出屏蔽层厚度的最优值。
2017, 44(7):20-25.
摘要:
针对滑模观测器的永磁同步电机参数误差容易造成估算误差和反电动势中存在高频纹波分量的缺点,使用低通滤波器不能有效消除高频纹波,提出在滑模观测器前端引入卡尔曼滤波器来消除高频纹波,使得永磁同步电机的控制系统具有更好的稳态效果和动态响应。依据设计仿真搭建MATLAB平台,对提出新方法进行验证。试验结果表明增加卡尔曼滤波环节后的滑模观测器不仅鲁棒性强,而且在一定程度上有效抑制了抖振,在系统快速性及稳态性能上都有较好的效果。
针对滑模观测器的永磁同步电机参数误差容易造成估算误差和反电动势中存在高频纹波分量的缺点,使用低通滤波器不能有效消除高频纹波,提出在滑模观测器前端引入卡尔曼滤波器来消除高频纹波,使得永磁同步电机的控制系统具有更好的稳态效果和动态响应。依据设计仿真搭建MATLAB平台,对提出新方法进行验证。试验结果表明增加卡尔曼滤波环节后的滑模观测器不仅鲁棒性强,而且在一定程度上有效抑制了抖振,在系统快速性及稳态性能上都有较好的效果。
2017, 44(7):26-29.
摘要:
磁化曲线是强非线性函数,提高磁化曲线的拟合精度对含有铁磁材料的电气设备建模准确性至关重要。提出了一种基于粒子群算法-最小二乘支持向量机(PSOLSSVM)算法的磁化曲线拟合方法。该方法用粒子群优化算法解决了最小二乘支持向量机(LSSVM)参数的选择问题。仿真结果显示PSOLSSVM算法能获得最优的LSSVM参数,且采用PSOLSSVM算法拟合的磁化曲线与实际测量的磁化曲线基本无偏差,拟合精度较高。
磁化曲线是强非线性函数,提高磁化曲线的拟合精度对含有铁磁材料的电气设备建模准确性至关重要。提出了一种基于粒子群算法-最小二乘支持向量机(PSOLSSVM)算法的磁化曲线拟合方法。该方法用粒子群优化算法解决了最小二乘支持向量机(LSSVM)参数的选择问题。仿真结果显示PSOLSSVM算法能获得最优的LSSVM参数,且采用PSOLSSVM算法拟合的磁化曲线与实际测量的磁化曲线基本无偏差,拟合精度较高。
2017, 44(7):30-33, 58.
摘要:
为了实现阀用动圈式直线电机双向驱动及驱动过程中的颤振要求,研发了一种运用脉宽调制信号驱动新型动圈式直线电机的比例放大器,提出将脉宽调制信号与颤振信号相互叠加的驱动方案,能够实现对动圈式直线电机的颤振调节。理论分析与仿真研究表明,所研发的比例放大器性能可靠,能满足动圈式直线电机驱动要求。
为了实现阀用动圈式直线电机双向驱动及驱动过程中的颤振要求,研发了一种运用脉宽调制信号驱动新型动圈式直线电机的比例放大器,提出将脉宽调制信号与颤振信号相互叠加的驱动方案,能够实现对动圈式直线电机的颤振调节。理论分析与仿真研究表明,所研发的比例放大器性能可靠,能满足动圈式直线电机驱动要求。
2017, 44(7):34-38, 65.
摘要:
以CompactRIO作为硬件平台,采用基于图形的LabVIEW编程语言,开发了适用于脉冲工作模式下的同步发电机励磁调节器。该调节器主要包括上位机和嵌入式实时系统,实时控制和监测每一次脉冲期间的工作状态以及电压、电流波形,控制周期精确至1 ms。采用数字增量式PID算法,达到对电压脉冲的精确控制,满足了脉冲发电机励磁周期投入和退出的间歇式工作模式及励磁波形调节的要求。
以CompactRIO作为硬件平台,采用基于图形的LabVIEW编程语言,开发了适用于脉冲工作模式下的同步发电机励磁调节器。该调节器主要包括上位机和嵌入式实时系统,实时控制和监测每一次脉冲期间的工作状态以及电压、电流波形,控制周期精确至1 ms。采用数字增量式PID算法,达到对电压脉冲的精确控制,满足了脉冲发电机励磁周期投入和退出的间歇式工作模式及励磁波形调节的要求。
2017, 44(7):39-41.
摘要:
现行类似的潜污水电泵标准有多种,经详细对比分析,认为各种标准本质上一致,均适用于潜污水电泵。由于标准归口单位不同造成了它们同时实施的局面,建议国家机械工业联合会能协调统一,取各种标准之长,制定出一个更为完整先进的潜污水电泵标准。
现行类似的潜污水电泵标准有多种,经详细对比分析,认为各种标准本质上一致,均适用于潜污水电泵。由于标准归口单位不同造成了它们同时实施的局面,建议国家机械工业联合会能协调统一,取各种标准之长,制定出一个更为完整先进的潜污水电泵标准。
2017, 44(7):42-47.
摘要:
在模型预测控制中,大量的计算会产生动作延迟,并且离散化方法的不准确性也会将误差引入系统,当采样时间较长时上述两种情况会导致系统性能恶化。为解决该问题,可采用双线性变换法获得更为精确的电机离散时间模型,该离散方法可保证系统有更优的稳定性。再通过引入延时补偿来解决预测电流时由于计算导致的动作延迟,从而减小电流纹波。基于此搭建仿真模型并进行试验研究,仿真与试验证明该预测系统具有动态跟踪特性好、电流纹波小和抗负载扰动强等优点。
在模型预测控制中,大量的计算会产生动作延迟,并且离散化方法的不准确性也会将误差引入系统,当采样时间较长时上述两种情况会导致系统性能恶化。为解决该问题,可采用双线性变换法获得更为精确的电机离散时间模型,该离散方法可保证系统有更优的稳定性。再通过引入延时补偿来解决预测电流时由于计算导致的动作延迟,从而减小电流纹波。基于此搭建仿真模型并进行试验研究,仿真与试验证明该预测系统具有动态跟踪特性好、电流纹波小和抗负载扰动强等优点。
2017, 44(7):48-53.
摘要:
在永磁同步电机运行过程中,电机参数时变使得电流预测控制器的模型参数和实际电机参数不匹配,导致其控制性能下降。提出了基于模型参考自适应系统(MRAS)的改进电流预测控制方法,利用旋转坐标系下d、q轴电流方程作为参考模型,基于Popov超稳定理论构建永磁同步电机的电感和磁链在线辨识系统,将得到的辨识参数应用于电流预测控制模型中,实现控制模型参数的在线更新。分析与仿真结果表明该方法能够有效地提升在电机参数变化下的电流预测控制性能。
在永磁同步电机运行过程中,电机参数时变使得电流预测控制器的模型参数和实际电机参数不匹配,导致其控制性能下降。提出了基于模型参考自适应系统(MRAS)的改进电流预测控制方法,利用旋转坐标系下d、q轴电流方程作为参考模型,基于Popov超稳定理论构建永磁同步电机的电感和磁链在线辨识系统,将得到的辨识参数应用于电流预测控制模型中,实现控制模型参数的在线更新。分析与仿真结果表明该方法能够有效地提升在电机参数变化下的电流预测控制性能。
2017, 44(7):54-58.
摘要:
针对表贴式永磁直线同步电机矢量控制系统参数设置需反复测量和调试的问题,提出一种自动整定的方法。测量电流控制器输出波形并计算相应的沃尔什一阶系数,反复迭代反电动势常数和定子电感,直至沃尔什一阶系数收敛到零,自动辨识表贴式永磁直线同步电机的电气参数；随后让电机自由运行辨识出机械参数；最后计算出速度和电流控制器的PI参数。样机测试结果验证了提出方法的有效性。
针对表贴式永磁直线同步电机矢量控制系统参数设置需反复测量和调试的问题,提出一种自动整定的方法。测量电流控制器输出波形并计算相应的沃尔什一阶系数,反复迭代反电动势常数和定子电感,直至沃尔什一阶系数收敛到零,自动辨识表贴式永磁直线同步电机的电气参数；随后让电机自由运行辨识出机械参数；最后计算出速度和电流控制器的PI参数。样机测试结果验证了提出方法的有效性。
2017, 44(7):59-65.
摘要:
相比于传统的电压/电流型逆变器,Z源逆变器能实现升降压变换的功能,同时桥臂不需要死区时间,变换器可靠性更高。在传统SVPWM调制方法里,通过在零矢量中插入直通状态(同一桥臂同时导通),使其应用在逆变器中。Z源逆变器在实现更好交流输出的同时,实现了对直流侧电压任意倍数的升压。对于Z源逆变器传统的控制策略是采用电压外环和电流内环构成的双环PI控制,但双环PI控制无法达到较高的控制精度并且并网电流谐波畸变率较高。针对PI控制的局限性,提出了模糊PI控制器。该控制器利用模糊控制技术,根据误差大小对PI参数进行实时在线调整,从而满足最优的性能要求。通过仿真研究,试验结果证实了所提方法的有效性和正确性。
相比于传统的电压/电流型逆变器,Z源逆变器能实现升降压变换的功能,同时桥臂不需要死区时间,变换器可靠性更高。在传统SVPWM调制方法里,通过在零矢量中插入直通状态(同一桥臂同时导通),使其应用在逆变器中。Z源逆变器在实现更好交流输出的同时,实现了对直流侧电压任意倍数的升压。对于Z源逆变器传统的控制策略是采用电压外环和电流内环构成的双环PI控制,但双环PI控制无法达到较高的控制精度并且并网电流谐波畸变率较高。针对PI控制的局限性,提出了模糊PI控制器。该控制器利用模糊控制技术,根据误差大小对PI参数进行实时在线调整,从而满足最优的性能要求。通过仿真研究,试验结果证实了所提方法的有效性和正确性。
2017, 44(7):66-70.
摘要:
针对自主研发的电机转子抛光机平台及电气主回路,采用三菱Fx1s PLC作为抛光机运行的控制系统,对转子夹具、可调滑台、抛光电机及吸尘器等执行元件进行控制；最后设计了触摸屏及操作界面。成套设备已应用于工程实践。
针对自主研发的电机转子抛光机平台及电气主回路,采用三菱Fx1s PLC作为抛光机运行的控制系统,对转子夹具、可调滑台、抛光电机及吸尘器等执行元件进行控制；最后设计了触摸屏及操作界面。成套设备已应用于工程实践。
2017, 44(7):71-75, 97.
摘要:
永磁同步曳引机是典型的非线性多变量强耦合系统,在同步旋转坐标系下dq轴电流存在耦合,传统的PI控制器无法实现解耦,提出一种基于内模控制原理和空间矢量算法相结合的高性能永磁同步曳引机解耦控制方法,用内模控制策略控制理想电机模型,对定子电流交叉耦合电势动态解耦,提高系统的动态响应性能,同时在整个电流闭环过程中对参数摄动和外扰动具有良好的鲁棒性,这种方法不需要额外的电机参数和检测硬件,试验结果验证了这种方法有效可行。
永磁同步曳引机是典型的非线性多变量强耦合系统,在同步旋转坐标系下dq轴电流存在耦合,传统的PI控制器无法实现解耦,提出一种基于内模控制原理和空间矢量算法相结合的高性能永磁同步曳引机解耦控制方法,用内模控制策略控制理想电机模型,对定子电流交叉耦合电势动态解耦,提高系统的动态响应性能,同时在整个电流闭环过程中对参数摄动和外扰动具有良好的鲁棒性,这种方法不需要额外的电机参数和检测硬件,试验结果验证了这种方法有效可行。
2017, 44(7):76-79.
摘要:
通过对数个通信技术的分析,依照城市污水输送SCADA系统完善污水泵站无人值守运行要求,应用MPLSVPN技术对运行24年的上海合流污水治理(一期)工程中央监控系统的通信网络实施升级改造。以MPLSVPN技术所提供的高可靠性、高安全性、易扩展性及良好的经济性,完成整合泵站设备运行数据、泵站安防信息数据,以及泵站设备运行及泵站安防视频图像的城市污水输送SCADA系统数据的稳定传输,给稳定运行二十多年的大型城市排水传统SCADA系统注入了新的活力。
通过对数个通信技术的分析,依照城市污水输送SCADA系统完善污水泵站无人值守运行要求,应用MPLSVPN技术对运行24年的上海合流污水治理(一期)工程中央监控系统的通信网络实施升级改造。以MPLSVPN技术所提供的高可靠性、高安全性、易扩展性及良好的经济性,完成整合泵站设备运行数据、泵站安防信息数据,以及泵站设备运行及泵站安防视频图像的城市污水输送SCADA系统数据的稳定传输,给稳定运行二十多年的大型城市排水传统SCADA系统注入了新的活力。
2017, 44(7):80-85, 107.
摘要:
以逆变器驱动加载电机串轴耦合变速齿轮箱和陪试电机为基本结构,运用运筹学最短路径问题的Floyd算法,优化配置加载电机极数及其与变速齿轮箱变速比。利用双三相电机的双功率和过载能力,扩展试验能力,减少陪试电机数量。应用直接转矩主从控制技术,实现双三相异步电机转矩和转速控制,满足试验加载需求。
以逆变器驱动加载电机串轴耦合变速齿轮箱和陪试电机为基本结构,运用运筹学最短路径问题的Floyd算法,优化配置加载电机极数及其与变速齿轮箱变速比。利用双三相电机的双功率和过载能力,扩展试验能力,减少陪试电机数量。应用直接转矩主从控制技术,实现双三相异步电机转矩和转速控制,满足试验加载需求。
2017, 44(7):86-91.
摘要:
针对矩阵变换器电压传输比低和其励磁的双馈风力发电系统(DFIG)易受非正常输入波动影响的不足,提出了一种适用于DFIG励磁的Z-源稀疏矩阵变换器系统。利用Z-源的升压特性来提高电压传输比,检测电容电压实现对直通因子的自动调节,从而实现对网侧波动的自动抑制。建立了系统数学模型,推导了DFIG系统定子磁场定向矢量控制策略表达式,搭建试验样机对所提方案进行试验验证,在亚同步、同步、超同步三种发电状态下的波形和并网试验结果验证了方案的可行和有效性。
针对矩阵变换器电压传输比低和其励磁的双馈风力发电系统(DFIG)易受非正常输入波动影响的不足,提出了一种适用于DFIG励磁的Z-源稀疏矩阵变换器系统。利用Z-源的升压特性来提高电压传输比,检测电容电压实现对直通因子的自动调节,从而实现对网侧波动的自动抑制。建立了系统数学模型,推导了DFIG系统定子磁场定向矢量控制策略表达式,搭建试验样机对所提方案进行试验验证,在亚同步、同步、超同步三种发电状态下的波形和并网试验结果验证了方案的可行和有效性。
2017, 44(7):92-97.
摘要:
将分数阶比例积分(PIλ)控制器应用于直驱型永磁同步风力发电系统,来达到实现系统高性能控制的目的。重点研究了永磁同步风力发电系统的分数阶PIλ控制器参数设计方法。通过分数阶PIλ控制器系统的仿真研究与试验分析,结果表明:采用分数阶PIλ控制器的系统具有较快的响应速度和较高的功率输出性能,具有一定的发展潜力和实用价值。
将分数阶比例积分(PIλ)控制器应用于直驱型永磁同步风力发电系统,来达到实现系统高性能控制的目的。重点研究了永磁同步风力发电系统的分数阶PIλ控制器参数设计方法。通过分数阶PIλ控制器系统的仿真研究与试验分析,结果表明:采用分数阶PIλ控制器的系统具有较快的响应速度和较高的功率输出性能,具有一定的发展潜力和实用价值。
2017, 44(7):98-107.
摘要:
研究双馈型风力发电系统变流器控制参数对振荡模态的影响。在MATLAB/Simulink中建立系统详细的小信号模型,利用特征值分析和相关因子分析,对机网相互作用振荡模态进行辨识和分类。通过改变变流器控制参数,研究振荡模态的变化特性。最后,在MATLAB/Simulink上进行仿真验证。研究表明,优化变流器控制参数,可有效抑制振荡。
研究双馈型风力发电系统变流器控制参数对振荡模态的影响。在MATLAB/Simulink中建立系统详细的小信号模型,利用特征值分析和相关因子分析,对机网相互作用振荡模态进行辨识和分类。通过改变变流器控制参数,研究振荡模态的变化特性。最后,在MATLAB/Simulink上进行仿真验证。研究表明,优化变流器控制参数,可有效抑制振荡。
2017, 44(7):108-114.
摘要:
随着风力发电所占发电比例的上升,其随机性、波动性及间歇性对电网的影响不可忽视。基于超级电容和蓄电池组成的复合储能系统,提出了一种用于抑制风电功率波动的自适应复合储能控制策略,通过引入超级电容荷电状态反馈来实施对低通/高通滤波器时间常数的控制,在完成对风电波动功率平抑的同时,合理分配平抑功率,避免超级电容过充过放。最后通过仿真,针对春夏秋冬不同时间窗口下的功率波动进行平抑,验证了所提自适应控制策略的有效性。
随着风力发电所占发电比例的上升,其随机性、波动性及间歇性对电网的影响不可忽视。基于超级电容和蓄电池组成的复合储能系统,提出了一种用于抑制风电功率波动的自适应复合储能控制策略,通过引入超级电容荷电状态反馈来实施对低通/高通滤波器时间常数的控制,在完成对风电波动功率平抑的同时,合理分配平抑功率,避免超级电容过充过放。最后通过仿真,针对春夏秋冬不同时间窗口下的功率波动进行平抑,验证了所提自适应控制策略的有效性。
2017, 44(7):115-121.
摘要:
根据电动汽车用驱动电机性能特点,从驱动电机系统的电机控制性能、电机本体设计、企业资质能力等不同维度分析,应用层次分析法(AHP)确定驱动电机性能评价指标体系及其指标权重,建立驱动电机性能评价的BP神经网络模型,并采用鸡群优化算法(CSO)对其模型进行优化。仿真实例表明,基于AHP和CSOBP神经网络的驱动电机系统性能评价方法,具有评价速度快、准确率高等优点, 并得到满意的评价结果。这对于电动汽车驱动电机系统的评价、选择与应用,具有较好的工程实用价值。
根据电动汽车用驱动电机性能特点,从驱动电机系统的电机控制性能、电机本体设计、企业资质能力等不同维度分析,应用层次分析法(AHP)确定驱动电机性能评价指标体系及其指标权重,建立驱动电机性能评价的BP神经网络模型,并采用鸡群优化算法(CSO)对其模型进行优化。仿真实例表明,基于AHP和CSOBP神经网络的驱动电机系统性能评价方法,具有评价速度快、准确率高等优点, 并得到满意的评价结果。这对于电动汽车驱动电机系统的评价、选择与应用,具有较好的工程实用价值。
2017, 44(7):122-128.
摘要:
随着电动汽车的发展,淘汰替换的旧电机越来越多,对旧电机的再制造研究也越发必要。通过对转子外圆优化以减小饱和磁密面积和优化气隙结构来提升电机性能,分析了不同偏心圆对电机齿槽转矩的影响规律,对比了旧电机和再制造电机的性能变化,研究了不同倒角圆对电机磁密谐波和齿槽转矩的影响趋势。结果表明电机齿槽转矩随着偏心圆的增大先增大后减小,不同倒角圆对再制造电机谐波影响较小;在额定情况下,再制造电机偏心圆为36 mm、倒角圆为4 mm时,再制造电机铁心损耗下降6.55 W/kg,再制造电机效率提高0.05%,输出转矩收缩4%,再制造电机在减小损耗提高效率的同时减小了输出转矩。
随着电动汽车的发展,淘汰替换的旧电机越来越多,对旧电机的再制造研究也越发必要。通过对转子外圆优化以减小饱和磁密面积和优化气隙结构来提升电机性能,分析了不同偏心圆对电机齿槽转矩的影响规律,对比了旧电机和再制造电机的性能变化,研究了不同倒角圆对电机磁密谐波和齿槽转矩的影响趋势。结果表明电机齿槽转矩随着偏心圆的增大先增大后减小,不同倒角圆对再制造电机谐波影响较小;在额定情况下,再制造电机偏心圆为36 mm、倒角圆为4 mm时,再制造电机铁心损耗下降6.55 W/kg,再制造电机效率提高0.05%,输出转矩收缩4%,再制造电机在减小损耗提高效率的同时减小了输出转矩。
2017, 44(7):129-135.
摘要:
就电动汽车能量回馈制动效率较低的问题提出了一种恒转矩模糊控制策略。首先分析了无刷直流电机能量回馈制动的基本原理,对不同的回馈控制策略进行了对比分析,设计了一个三维模糊控制器,再以该控制器为核心,在MATLAB/Simulink环境中搭建了无刷直流电机能量回馈制动系统的仿真模型,并进行仿真。仿真结果显示提出的控制策略对电机制动转矩以及能量回收达到了很好的控制效果。
就电动汽车能量回馈制动效率较低的问题提出了一种恒转矩模糊控制策略。首先分析了无刷直流电机能量回馈制动的基本原理,对不同的回馈控制策略进行了对比分析,设计了一个三维模糊控制器,再以该控制器为核心,在MATLAB/Simulink环境中搭建了无刷直流电机能量回馈制动系统的仿真模型,并进行仿真。仿真结果显示提出的控制策略对电机制动转矩以及能量回收达到了很好的控制效果。
《电机与控制应用》
月刊，1959年创刊
- 主管单位：上海市经济和信息化委员会
- 主办单位：上海电器科学研究所（集团）有限公司
- 刊号：ISSN 1673-6540
- CN 31-1959/TM
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