2017年第44卷第9期文章目次

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  • 1  无槽环形绕组轴向磁通永磁电机空载反电动势解析
    孙明灿 唐任远 韩雪岩 佟文明
    2017, 44(9):1-8.
    [摘要](15) [HTML](0) [PDF 840.28 K](51)
    摘要:
    无槽环形绕组有两种类型,即扇形绕组和矩形绕组。针对这两种绕组空间分布对空载反电动势的影响,分别对两种绕组轴向磁通永磁电机的空载反电动势进行了解析推导。在气隙磁密解析计算时,提出通过建立虚拟等效直线电机模型用以计算气隙磁场端部效应函数。为了验证解析公式的正确性,以一台电机方案为例,利用推导的解析公式对空载反电动势进行了计算,与有限元计算结果进行了对比,结果表明解析计算结果和有限元计算结果相对误差小于2.1%,满足工程要求。因此,推导的空载反电动势解析公式可以作为电机设计人员参考使用。
    2  高速永磁电机综合设计与分析
    张超 朱建国 韩雪岩 佟文明 马鑫
    2017, 44(9):9-15, 66.
    [摘要](27) [HTML](0) [PDF 1014.65 K](55)
    摘要:
    高速非晶合金永磁电机设计受电磁、机械、温升的制约,因此高速非晶合金永磁电机的设计是一个多物理场综合设计的过程。针对高速非晶合金永磁电机设计受多物理场制约的问题,基于多物理场的分析方法,分析了非晶合金材料对高速永磁电机电磁性能的影响;研究了内置式永磁转子在高速运行状态下的应力分布,并分析了轴承支撑刚度对转子系统临界转速的影响;针对高速非晶合金永磁电机损耗分布特点研究了其温度场的分布。基于提出的多物理场综合设计方法,设计并制造了一台额定功率15 kW、最高转速30 000 r/min的高速内置式非晶合金永磁电机,并对样机进行了试验,验证了仿真分析与设计方法的可行性,为高速非晶合金永磁电机的设计提供参考。
    3  定子匝间短路时双馈异步发电机电磁转矩的研究
    张艳 马宏忠 付明星 黄春梅 顾苏雯
    2017, 44(9):16-21.
    [摘要](9) [HTML](0) [PDF 716.13 K](48)
    摘要:
    定子绕组匝间短路故障会引起双馈异步发电机气隙磁场的畸变,从而导致电磁转矩的变化,因此电磁转矩可作为故障特征之一。基于能量法分析定子绕组匝间短路故障前后电磁转矩的变化特征,建立了双馈异步发电机的多回路数学模型,并对其正常和不同程度匝间短路时的电磁转矩进行仿真计算。对仿真结果进行频谱分析,得到了定子绕组匝间短路故障前后电磁转矩谐波分量的变化规律,验证了理论分析的正确性。定子绕组匝间短路故障和电磁转矩的关联特征可以作为诊断定子绕组匝间短路故障的依据。
    4  基于转速耦合的适配功率电机动力性能分析计算
    关玉明 李曾 郤云鹏 崔佳 赵越
    2017, 44(9):22-28.
    [摘要](13) [HTML](0) [PDF 837.26 K](52)
    摘要:
    适配功率电机是一种适用于城市重载电动汽车的新型驱动电机,具有转速耦合的特点。以6极适配功率电机为研究对象,阐述了适配功率电机设计原理及适用工况,运用电磁场理论及电机学理论知识,对适配功率电机动力输出性能进行对比分析计算,计算得出同一转速下减匝工作状态更能节约车载有限电能,并运用仿真分析软件进行验证。同时研究结果表明,与满匝工作状态相比,适配功率电机工作在减匝状态的机械特性更硬。最后,通过样机试验例证了以上理论计算与仿真分析的正确性,证明该电机设计模型是可行的。
    5  四相聚磁型无源转子横向磁通永磁电机交直轴电感及电磁转矩分析
    梅庆枭 陈志辉 何海翔 张昌锦
    2017, 44(9):29-33.
    [摘要](10) [HTML](0) [PDF 685.35 K](48)
    摘要:
    以一种新型四相聚磁型无源转子横向磁通永磁电机为研究对象,基于三维有限元法,利用4/2变换公式计算出不同工况下电机的交、直轴电感大小,并深入分析其变化规律和影响因素。在此基础上,利用得到的电感数据,计算出不同电流控制角下的电磁转矩,并与仿真数据相比较,总结其变化规律。研究结果为该类电机的设计分析和控制方法提供了一定的参考依据。
    6  永磁同步直线电机建模及混沌搜索优化设计
    杨益飞 骆敏舟 贺乃宝
    2017, 44(9):34-38, 43.
    [摘要](13) [HTML](0) [PDF 703.08 K](39)
    摘要:
    建立了永磁同步直线电机的电磁场有限元物理模型,以此对气隙磁密波形畸变率进行了深入的分析。通过电机参数样本空间设计,利用正交试验设计方法进行非线性回归建模分析,给出了气隙磁密波形正弦度可行的电磁方案。基于混沌搜索理论和适应函数对永磁同步直线电机结构参数进行优化。仿真结果表明,在此结构参数基础上,电机磁极偏移后其三相反电势依然有较好的对称性,为永磁同步直线电机及其他的电磁工程设计提供了一种新的思路。
    7  大力矩、低脉动交流永磁力矩电机设计
    陈强 王骞 徐永向
    2017, 44(9):39-43.
    [摘要](12) [HTML](0) [PDF 714.56 K](44)
    摘要:
    为满足超精加工等领域对高精度驱动控制系统的需要,交流永磁力矩电机正逐渐向大力矩、低脉动方向发展,但国内相关领域的研究相比于国外仍有很大的差距。根据实际需要,分析研究了大力矩、低脉动交流永磁力矩电机的结构,并根据技术要求对电机加以设计。最后利用有限元分析方法对提出的交流永磁力矩电动机进行分析,用以验证所设计的电机在过载能力、定位力矩及波动力矩的抑制等方面的性能。仿真分析结果显示所设计的电机具有优良性能。
    8  YVF315~630系列高压变频调速三相异步电动机
    刘彦华 乔建伟 吴宣东
    2017, 44(9):44-47.
    [摘要](11) [HTML](0) [PDF 605.95 K](43)
    摘要:
    设计开发了新一代YVF315~630系列高压变频调速三相异步电动机,产品具有系统节能、低振动、低噪声、外形小、重量轻、型谱广、功率密度高、节能环保等特点。特别对变频调速系统节能、基本数据、高效设计、绝缘结构设计、强迫通风内外风路设计、绝缘端盖设计做了重点介绍。最后通过产品试验数据与目标数据对比,分析得出了该系列产品开发设计达到了预期目标。
    9  便携式充电设备检测系统的研究与设计
    刘秀兰 金渊 曾爽 李香龙 陈艳霞 关宇
    2017, 44(9):48-53.
    [摘要](10) [HTML](0) [PDF 800.07 K](47)
    摘要:
    为了便于充电设备现场检测工作,设计了一种便携式直流充电设备现场检测系统。该系统功能具有完善的测试功能,能够方便的对直流充电设备进行检验测试,完全满足直流充电设备运行检测的需求。该系统具有小型化、便携化的优点,有利于提高现场检测效率,保证了充电设备运行的安全性及稳定性。
    10  基于反熔丝FPGA的纯开环星载步进电机驱动器设计
    蒋范明 王涛 姚惟琳
    2017, 44(9):54-59, 66.
    [摘要](11) [HTML](0) [PDF 735.65 K](45)
    摘要:
    为了提高运动机构的稳定度,步进电机驱动控制通常采用电流细分的方法,从而将一个步距角分解成若干小步。实现步进电机电流细分驱动通常的方法是将电流闭环引入到驱动控制电路中,由此增加电流采样、比较等软硬件功能模块的同时也增加了单机的复杂度,削弱了步进电机本质上开环驱动的优势。为了提高宇航型号步进电机驱动控制器单机的可靠度,提出了一种基于反熔丝FPGA的纯开环驱动方案,通过预置占空比的方式,在不引入电流闭环的前提下实现步进电机电流细分。通过样机调试,验证了设计的有效性,为后续工程研制提供参考。
    11  基于比例复数积分+重复控制的三相LC并网逆变器控制策略研究
    郭凯 杨旭红
    2017, 44(9):60-66.
    [摘要](20) [HTML](0) [PDF 911.47 K](45)
    摘要:
    针对传统PI控制的局限性,采用基于复数域的比例复数积分(PCI)控制与重复控制并联的新型控制策略,其中PCI控制可以在给定条件下消除交流稳态误差,重复控制能够抑制并网电流谐波,提高稳态控制精度。该新型控制策略可以较好地控制交流信号,能直接应用于三相abc坐标系,省去坐标变化环节,节约逆变器控制系统成本。最后通过MATLAB/Simulink仿真平台,建立LC型滤波器的逆变器并网模型,仿真分析证明了该控制策略的可行性。
    12  一种改进的LCL并网逆变器控制方法的研究
    杨旭红 王阗姝
    2017, 44(9):67-70.
    [摘要](11) [HTML](0) [PDF 631.62 K](41)
    摘要:
    LCL型滤波器相对于L型滤波器对交流侧电流中的高频谐波有更强的抑制能力,因此也越来越多地被用于逆变器中。研究了在独立工作模式和并网逆变模式间的切换过程中如何做到无扰动切换。在独立和并网逆变两种模式下分别对空载电压和并网电流直接控制。在对比传统电压电流控制情况下, 对电压电流控制进行改进。通过MATLAB/Simulink仿真平台,建立了LCL型滤波的逆变器并网模型,仿真分析证明了可行性。
    13  永磁直线同步电机无传感驱动系统全速范围位置估计新方法
    丁莉芬 刘大亮 王桂荣 安小宇
    2017, 44(9):71-76.
    [摘要](15) [HTML](0) [PDF 768.65 K](43)
    摘要:
    为了适应直线电机速度变化范围大的特点,针对永磁直线同步电机(PMLSM)无传感驱动系统中难以在全速范围内精确提取动子位置信息这一问题,提出了一种基于扩展卡尔曼滤波法(EKF)和位置闭环观测器的复合新型位置估计算法。在电机起动与低速时采用EKF,在中高速时采用位置闭环观测器,在速度承接区域采用EKF和闭环观测器算法的加权复合,以实现PMLSM从起动到高速全速范围内高精度的位置估计。仿真试验结果表明,提出的方法在全速范围内能较准确地估计出电机的位置信息。
    14  感应电机全阶状态观测器及其无源性转速控制
    郭宁 范波 廖志明 丁博文 张炜炜
    2017, 44(9):77-83.
    [摘要](13) [HTML](0) [PDF 835.09 K](46)
    摘要:
    为了实现感应电机的高动态调速性能,针对电机的非线性本质,提出了一种基于全阶状态观测器及其转速自适应估算的感应电机无源性转速控制方案。在基于感应电机无源性与稳定性分析的基础上,设计了渐近稳定转矩跟踪无源性控制器。针对无源控制律所需转子电流难以观测的问题,提出了一种旋转坐标系下以转子电流和转子磁链为状态变量的全阶状态观测器,并应用该观测器对转速进行估算,实现了感应电机无速度传感器的无源性转速控制。仿真结果表明该控制方法易于实现,采用全阶观测器观测转子电流值和估算转速值更为准确,显著提高了感应电机的动静态性能。
    15  高阶非线性系统的位置控制器PID参数优化
    曹薇 谢天驰
    2017, 44(9):84-87.
    [摘要](10) [HTML](0) [PDF 601.74 K](43)
    摘要:
    针对高阶非线性系统的位置控制器PID参数优化问题,以五阶传递函数横动伺服系统为例,结合粒子群算法成功实现了参数的优化。设计了粒子群算法的PID参数优化原理。在已知系统传递函数的基础上,利用ZN法进行参数初求解,然后利用粒子群算法对初解进行参数寻优,并将优化前后的系统进行动态性能对比,结果表明:优化后的高阶非线性系统动态性能更好,响应速度更快,调节时间更短,鲁棒性更强。
    16  模块化多电平变频驱动系统的转矩脉动最小化控制
    韩晓燕 郭亚男 刘秀敏
    2017, 44(9):88-93, 99.
    [摘要](14) [HTML](0) [PDF 758.55 K](47)
    摘要:
    应用基于两电平变频器的传统感应电机驱动系统存在输出转矩脉动较大的问题。针对这个问题,设计了一种模块化多电平变频器驱动的多极感应电机转矩脉动最小化控制方案。基于多极感应电机设计了其多电平驱动变频器拓扑,并采用了一种单极性的载波移相空间矢量脉宽调制技术进行控制。通过脉冲序列生成分析和计算,系统的低次输出谐波都达到了开关频率的四倍频以上,进而有效降低了转矩脉动。基于模块化多电平变频器的多级感应电机驱动试验平台进行了对比试验研究,试验结果验证了在新型控制策略下的有效性,电机转矩脉动得到了明显改善。
    17  无轴承异步电机的自抗扰控制策略
    黄永全 卜文绍 张晓峰 何方舟
    2017, 44(9):94-99.
    [摘要](11) [HTML](0) [PDF 764.77 K](43)
    摘要:
    针对无轴承异步电机(BLIM)的逆系统解耦控制性能受负载和参数变化影响的问题,在转子磁链定向逆系统解耦控制的基础上,采用自抗扰控制器(ADRC)替换经典的PID控制器,将BLIM模型中的交叉耦合项、本体参数变化和负载视为“扰动”,统一用ADRC的扩张状态观测器(ESO)估测,非线性状态误差反馈控制器(NLSEF)进行补偿。仿真结果表明:采用了ADRC,系统具有较好的动态解耦控制性能;同时,对电机参数和负载变化具有更好的鲁棒性。
    18  电机变频控制实现换热器节能的应用研究
    李明 王润涛 魏巍
    2017, 44(9):100-104.
    [摘要](11) [HTML](0) [PDF 681.14 K](40)
    摘要:
    结合寒冷地区气候特点与通信机房温控的现状,针对50%浓度乙二醇溶液为工质的换热器,试验研究了自然冷源利用率与换热器自身变频节能的关系。结合乙二醇冷剂的特性,通过建立功率与频率关系模型、温差与功率和频率关系模型,实现了换热器循环泵和风机的变频控制策略。结果表明:在室内外温差、换热功率与循环泵、风机频率同时满足的条件下,以功率模型作为参数进行换热器自身的变频节能是可行的。通过对哈尔滨地区的气候数据与散热房控温试验分析,证明了乙二醇换热器的变频节能效果。
    19  变频调速系统共模电流分析及其检测方法
    侯世昌 徐文静 刘建军 白志伟 边维
    2017, 44(9):105-109.
    [摘要](8) [HTML](0) [PDF 729.87 K](46)
    摘要:
    变频调速系统中的复杂波形共模电流会影响传统电磁互感器的输出精度及线性度,导致测量结果存在较大误差。针对此问题,首先对系统共模电流的形成机理、流通路径与幅频特性进行分析;然后提出一种结构简单、宽测量范围的磁调制电流互感器,对互感器的检测原理进行了详细说明;最后进行了样机设计和试验验证。结果表明,所提出的磁调制互感器能够有效测量不同幅频特征的复杂波形电流信号,满足变频调速系统共模电流的测量要求。
    20  不对称电网故障下双馈风力发电机的比例-积分-谐振滑模控制器设计
    王艾萌 张佳 郗文远
    2017, 44(9):110-117, 124.
    [摘要](10) [HTML](0) [PDF 905.29 K](48)
    摘要:
    针对不对称电网故障下,双馈风力发电机的控制策略进行了研究。讨论了电网故障时转子侧变流器(RSC)和网侧变流器(GSC)的控制目标,合理安排了电网严重故障时的控制优先级。基于比例-积分-谐振滑模控制原理设计了机侧和网侧变流器协同控制方案。通过MATLAB/Simulink仿真软件搭建了所设计控制方案的仿真模型。仿真结果表明,在电网正常运行的情况下,与传统的矢量控制策略相比,比例-积分-谐振滑模控制策略对输出功率、电流变化的响应更迅速,具有更好的动态性能和抗扰动能力;在电网不对称故障下,能够有效地抑制电磁转矩振荡和直流母线电压波动,提高了双馈式风力发电机的低电压穿越能力。
    21  基于可变减载率超速控制的双馈异步风机参与微电网调频研究
    姜莹 边晓燕 李东东 周歧斌
    2017, 44(9):118-124.
    [摘要](9) [HTML](0) [PDF 1.22 M](45)
    摘要:
    为了使双馈异步风机(DFIG)能够更好地参与微电网频率调节并减少有功控制成本,综合考虑风机向微电网输送有功功率和提供备用容量参与系统调频两方面因素,提出了变减载率超速控制法。计及风速出现概率,采用概率加权求和法,考虑减载成本、调频效益和调频恢复成本求解超速控制成本(COC),得到变减载率曲线。通过对一个含DFIG的微电网系统进行仿真分析,验证所提方法可有效改善微电网频率动态特性,减少风机有功控制成本,有利于微电网的稳定运行。

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