2018年第45卷第10期文章目次

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  • 1  基于空间电压矢量的软起动器变频阶段的优化及仿真
    孟彦京 齐鹏策 高泽宇
    2018, 45(10):1-4, 33.
    [摘要](11) [HTML](0) [PDF 635.57 K](43)
    摘要:
    对于空间电压矢量软起动器变频阶段的负相转矩和转速振荡问题,依据电压矢量的控制方法,对频率转换点的选取实行优化。以电机负载状况来获取各个变频阶段的控制角初始值,以恒压频比原则获取控制角终值,以此对软起动器变频阶段的控制进行优化。最后对优化后的软起动器进行仿真验证,结果显示,软起动器工作在变频阶段时,在频率转换点出现的转速超调得到了改善,电流峰值有所减小,没有负转矩出现。
    2  采用定子电流与扰动观测的永磁同步电机改进预测电流控制
    丁雪 王爽 汪琦 邹梦雪
    2018, 45(10):5-12.
    [摘要](19) [HTML](0) [PDF 1.06 M](47)
    摘要:
    提出了一种采用定子电流和扰动观测补偿的改进预测电流控制(PCC)算法。理论上永磁同步电机PCC具有优异的控制性能,但现实系统中离散采样延时与电磁参数时变等问题使得原理上基于模型的预测电流控制器的控制品质严重恶化。设计了龙伯格(Luenberger)状态观测器实现对定子电流与参数扰动的观测,并应用于补偿和改进经典的无差拍预测电流控制器。将观测到的当前时刻的定子电流替代当前时刻的采样电流用于反馈控制,以补偿采样延时;运行过程中电磁参数的变化使得模型参数失配,其影响以电压扰动的形式被观测出来,并补偿到预测控制输出的电压指令中。仿真和试验结果验证了所提方法的有效性。
    3  开关磁阻电机及控制系统仿真与建模
    朱彧姝 王锴 孔镜凯 单宇杰 匡德兴 荆世宏
    2018, 45(10):13-18, 112.
    [摘要](16) [HTML](0) [PDF 763.63 K](46)
    摘要:
    开关磁阻电机(SRM)应用广泛,但由于电机内部磁场的非线性和相电流难以解析等问题,因此高精确度的建模和仿真较为困难。电机及驱动系统建模的研究直接影响到电机的优化设计、动静态性能分析、控制策略的评估等。为此,介绍了一种SRM及控制系统的建模方法,利用Flux有限元软件搭建的电机本体模型与MATLAB搭建的控制系统进行联合仿真。通过试验,测得电机在不同运行状态下的电流波形,并与仿真结果比较。结果表明:不同控制方式下的电流波形与仿真结果一致,是一种行之有效的建模手段。
    4  计及储能寿命的风储电站分层优化控制策略
    王春生 潘霄 刘岩 邓鑫阳 马少华 颜宁
    2018, 45(10):19-23, 45.
    [摘要](8) [HTML](0) [PDF 739.12 K](40)
    摘要:
    为了有效地平抑风电场的功率波动,提高风电场的并网特性,增强风电场并网运行的经济性和可靠性,提出了一种计及储能寿命的风储电站分层优化控制策略。首先,从经济学角度分析储能系统的充放电特性,考虑不同控制方式对储能系统寿命的影响;其次,采用分层-分区控制方式对风储电站进行协调控制,上层根据电网调度需求,考虑分时电价政策对集中式储能和整个风电场级进行协调功率控制,下层考虑区域内分布式储能和多台风电机组间的协调功率控制;最后,采用改进遗传算法对分层优化控制模型求解。结果表明:所提出的基于储能寿命损耗的风储电站优化控制方法实现了风储电站中储能系统及风机出力的合理分配,在延长储能寿命的同时提高了电网对风电的消纳能力,使得整个风电场运行经济性显著提高。
    5  内置式永磁同步电动机弱磁调速优化控制
    闫娜云 宗剑
    2018, 45(10):24-28.
    [摘要](22) [HTML](0) [PDF 660.63 K](47)
    摘要:
    从永磁同步电机(PMSM)的矢量控制出发,提出了一种PMSM弱磁优化控制方法。内置式永磁同步电机(IPMSM)相对表贴式永磁同步电机弱磁能力强,调速范围宽,以IPMSM为对象,对弱磁调速进行了仿真与优化。PMSM在基速以下采用最大转矩电流比的恒转矩控制,减小了电机损耗,提高了逆变器的效率,在基速以上采用恒功率调速。直轴电流去磁调速结合交轴电流去磁调速的弱磁控制方式,提高了PMSM的功率因数,扩展了调速范围。针对弱磁环节转速的波动问题,在传统PI控制上做出改进,提出了模糊自整定PI的控制方式,提高了PMSM弱磁调速的性能。在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,验证了该控制方法的可行性。
    6  带谐波抑制的新型异步电机无功补偿控制策略
    唐晓 庞金虎 迟诚 张茂元 白玉庆 刘德才
    2018, 45(10):29-33.
    [摘要](12) [HTML](0) [PDF 681.68 K](47)
    摘要:
    针对由电容器和静态无功发生器组合而成的异步电机无功补偿装置仍然存在的谐波放大的问题,研究了相应的控制策略。首先,研究了基于多个二阶广义积分器的负载谐波电流准确提取算法;其次,在传统的d轴电网电压定向矢量控制的基础上,加入谐振控制器来控制脉宽调制并网变换器向电网输出的谐波电流,从而实现对电网谐波电流的抑制。构建系统的仿真模型,进行了仿真研究,仿真结果验证了谐波提取方法和控制策略的有效性。
    7  基于滑模观测器的永磁同步电机无速度传感器控制
    吴春秋 刘骁暘
    2018, 45(10):34-40.
    [摘要](11) [HTML](0) [PDF 816.68 K](43)
    摘要:
    永磁同步电机(PMSM)的高性能控制需要提供转速及转子位置的精确信息。这些信息通常可以通过旋转变压器、光电编码器等机械传感器来测得。但是高性能的机械传感器价格较高,安装困难且难以适应恶劣环境。通过测量电机的电信号,根据获得的电信号和电机自身参数能够计算出转子的位置和电机转速信息。利用电机反电动势与电机转速之间的关系,设计了基于反电动势的滑模观测器来对电机转子位置及电机转速进行估算,从而实现表贴式永磁同步电机的无速度传感器控制。
    8  基于有序BDL树集的船舶电网潮流算法及执行时间分析
    侯玉 吴旭生 杨波 冯源
    2018, 45(10):41-45.
    [摘要](15) [HTML](0) [PDF 633.86 K](44)
    摘要:
    针对嵌入式船舶电力模拟训练系统在频繁模拟操作指令下对潮流计算的快速性需求以及嵌入式模拟训练系统极其有限的运算资源之间的矛盾,提出一种基于有序BDL树集的船舶电网潮流算法。该算法在常规回推前推法基础上对节点编号进行优化,将多电站船舶电力系统在实际开环运行模式下等效为由多个辐射状电网构成的有序BDL树集,树集中的每个有序BDL树包含单个电站中的主配电板层、配电层和负载层,并把发电机潮流整合入主配电板层,避免了常规潮流算法中节点编号突变问题。对该算法的时间复杂度分析结果及实际运行结果进行比较分析,证明该算法比常规船舶电网潮流算法更优。
    9  新型混合励磁磁悬浮开关磁阻电机基础研究
    孙玉坤 殷生晶 袁野 荣旺 黄永红
    2018, 45(10):46-52.
    [摘要](14) [HTML](0) [PDF 783.83 K](44)
    摘要:
    为了实现磁悬浮开关磁阻电机(BSRM)转矩和悬浮力的自然解耦,提出了一种新型混合励磁磁悬浮开关磁阻电机(HEBSRM)。新型HEBSRM由12/14极BSRM、 环形永磁体和径向磁轴承三部分组成。12/14极BSRM的转矩极和悬浮极之间嵌有隔磁环,使转矩磁通路径完全独立于悬浮磁通路径,从而在结构上实现转矩与悬浮力解耦。此外,详细推导了电机径向悬浮力的数学模型,并且通过有限元分析验证了新型HEBSRM结构的合理性。
    10  飞轮储能用磁悬浮开关磁阻电机多目标优化设计
    孙玉坤 张宾宾 袁野
    2018, 45(10):53-58, 119.
    [摘要](30) [HTML](0) [PDF 813.69 K](50)
    摘要:
    研究了一种基于遗传粒子群综合算法(GPSOA)的飞轮储能(FES)用的单绕组磁悬浮开关磁阻电机(SWBSRM)多目标优化设计方案。结合有限元分析(FEA),通过敏感性分析得到SWBSRM悬浮力与效率随主要尺寸参数变化的一般规律。在此基础上,利用GPSOA以悬浮力和效率为目标函数对SWBSRM进行了全局寻优,获得使悬浮力最大和效率最高的参数优化组合。利用FEA对比优化前后电机悬浮力、铁损及磁密的大小,验证了GPSOA多目标优化的有效性。
    11  梯形Halbach永磁阵列空心直线同步电动机特性的解析计算与优化
    段家珩 张昆仑 罗成 黎松奇
    2018, 45(10):59-65, 72.
    [摘要](13) [HTML](0) [PDF 866.77 K](46)
    摘要:
    提出了一种新型的双边不对称梯形永磁空心直线电动机。首先使用等效磁荷法建立了梯形单块磁体的三维空间磁场解析模型,再由叠加原理得到双边Halbach阵列空心电机的气隙磁密三维模型。在考虑线圈横向端部效应的基础上,推导出电机运行过程中的反电动势与电磁推力的表达式。利用解析模型分析了梯形磁体阵列气隙磁密谐波分布的规律,并对其进行优化;三维有限元仿真结果表明所提解析模型具有较高的准确度,同时采用经过优化的梯形阵列定子,可以达到提高气隙磁密正弦性从而减小推力波动的目的。
    12  船舶推进永磁同步电机参数在线辨识方法研究
    陈再发 刘彦呈 卢亨宇
    2018, 45(10):66-72.
    [摘要](11) [HTML](0) [PDF 820.06 K](42)
    摘要:
    永磁同步电机(PMSM)因其优良的转矩特性和宽广的调速范围而广泛应用于船舶电力推进领域。无位置传感器控制是系统可靠运行的重要保障。然而由于温度变化、磁场饱和效应和磁路交叉耦合作用,电机参数会随运行工况而发生变化,因此实时掌握PMSM运行参数是决定系统控制质量的重要保障。针对以上问题,将模型参考自适应法用于PMSM参数的在线辨识,运用Runge-Kutta方法建立满秩可调模型,依据Popov超稳定性定理推导出自适应律,最后利用搭建的试验测试平台进行算法的试验验证。仿真和试验结果表明提出的在线参数辨识算法可以准确、实时地辨识出电机参数。
    13  利用定子槽口宽度削弱永磁电机电磁噪声研究
    王晓宇 孙宁 陈丽香
    2018, 45(10):73-76, 133.
    [摘要](15) [HTML](0) [PDF 604.14 K](45)
    摘要:
    着重研究了永磁电机定子槽口宽度对电磁噪声的影响。通过电磁力解析计算得出电磁力与定子槽口宽度的计算关系。利用Ansoft软件对1台电动汽车用永磁电机进行电磁场计算,求解改变定子槽口宽度对电磁力波的影响,并用ANSYS软件对该永磁电机进行不同定子槽口宽度的2D声场计算。进行了试验验证,仿真计算与试验结果基本一致,可为该类电机削弱噪声设计计算提供参考。
    14  永磁同步电机定子系统模态振型研究
    时方敏 朱利伟
    2018, 45(10):77-81.
    [摘要](18) [HTML](0) [PDF 720.42 K](46)
    摘要:
    针对永磁同步电机振动及噪声的问题,从电机定子系统的结构模态入手,通过仿真分析不同铁心模型及不同机壳厚度对定子系统的影响,分析定子各参数对电机振动及噪声的影响。通过试验验证了仿真求解的可靠性,得到各参数对定子系统振型影响的一般规律。
    15  基于转子轴向通风孔尺寸及拓扑结构的电机性能研究
    刘彦华 刘玉宝 孙庆玲 乔建伟
    2018, 45(10):82-88.
    [摘要](13) [HTML](0) [PDF 955.60 K](45)
    摘要:
    针对传统路法在定量分析转子轴向通风孔尺寸对电机性能影响时表现出的狭隘性,以1台400 kW、6 000 V高压异步电动机为例,建立了场-路耦合的二维瞬态电磁场时步有限元模型,分别对不同的转子轴向通风孔尺寸拓扑结构下电机内的电磁场进行了计算,分析了转子轴向通风孔尺寸及拓扑结构对电机内气隙磁密、损耗、径向电磁力等电磁特征量影响的演变规律。以此为基础,探讨了转子轴向通风孔尺寸及拓扑结构对电机起动、运行性能的影响。最后,通过对比电机有限元计算结果与试验结果,验证了计算方法的准确性,为转子轴向通风孔尺寸及拓扑结构的设计和优化提供了理论依据。
    16  非晶合金电机空载铁耗研究
    王凯东 杨文龙
    2018, 45(10):89-92.
    [摘要](15) [HTML](0) [PDF 506.34 K](40)
    摘要:
    为了体现非晶合金低损耗性能的优越性,对1台15 kW、1 000 Hz电机进行空载铁耗仿真计算分析。电机定子铁心为非晶合金材料,定子铁心采用浸漆、固化加工工艺。电机空载铁耗的计算主要包括非晶定子基本铁耗的分离以及空载杂散损耗的计算,得出了非晶合金电机杂散损耗是基本铁耗的6.03倍;并与定子为50DW310时进行对比,得出空载运行时,非晶合金空载铁耗约为硅钢片50DW310的18.82%,电机的效率可以提高3.48个百分点。
    17  JMP超高效率消防泵专用三相异步电动机的研发
    贺胜强 史尊涛 范磊 杨华
    2018, 45(10):93-95.
    [摘要](25) [HTML](0) [PDF 441.91 K](48)
    摘要:
    JMP超高效率消防泵专用三相异步电动机是河南豫通电机股份公司与新乡市电机系统节能工程技术研究中心共同进行研究、设计、开发的新型节能专用电动机产品。其能效水平达到IE4能效等级。目前,产品开发已经完成,通过国外第三方能效检测机构的检测,取得了产品能效检测报告及出口许可的标识,并且已经批量出口到国外,得到国外客户的认可。介绍了该电动机的设计思路和样机检测结果。
    18  基于云平台的电机设备远程运维系统设计
    周洪发
    2018, 45(10):96-99.
    [摘要](10) [HTML](0) [PDF 699.61 K](55)
    摘要:
    针对电机设备远程运维需求,在分析电机设备远程运维优势的基础上,设计了基于云平台的电机设备远程运维系统。对远程运维系统的架构和主要功能进行了详细阐述。电机设备远程运维系统可降低设备售后成本、提高售后服务质量,进而改进设备质量;同时也可降低用户停机、维修时间,极大地提高用户生产效率。
    19  微粒群优化相关向量机的开关磁阻电机转子位置自检测
    项倩雯 袁野 于焰均
    2018, 45(10):100-105.
    [摘要](10) [HTML](0) [PDF 813.82 K](69)
    摘要:
    将电机在有位置传感器运行条件下采样获得的磁链、电流和转角作为样本数据,基于相关向量机回归理论,通过对样本数据的训练与学习,构建开关磁阻电机转子位置的非线性相关向量机预测模型。为提高预测模型的拟合精度和泛化能力,训练过程中采用微粒群算法优化相关向量机的核函数参数。以1台三相12/8极样机为例,开展仿真研究,结果表明:该预测模型能够正确地检测出开关磁阻电机的转子位置,并且检测精度较高。
    20  改进型SVM在轴向磁轴承转子位移自检测中的应用
    陶涛 马小燕 花良浩
    2018, 45(10):106-112.
    [摘要](13) [HTML](0) [PDF 912.75 K](40)
    摘要:
    磁轴承采用位移自检测技术能够减少磁轴承体积、降低成本和提高可靠性。提出了一种基于混合核函数最小二乘支持向量机(LSSVM)预测模型的磁轴承自检测技术。介绍了轴向主动磁轴承的工作原理并推导了其悬浮力的数学模型;在混合核函数LSSVM回归原理的基础上,建立了控制线圈电流与转子位移之间的非线性预测模型,并优化了LSSVM参数,实现了无位移传感器控制。构建了轴向主动磁轴承系统自检测仿真模型,针对所提自检测方法进行了仿真研究,仿真结果表明该模型能够准确预测转子轴向位移。进一步的试验结果表明,该方法具有良好的轴向位移自检测性能,实现了轴向主动磁轴承无位移传感器下稳定悬浮运行。
    21  基于满意PID控制的MCMS10试验机电控系统研究
    胡涞 吴怀超 殷松 陈华
    2018, 45(10):113-119.
    [摘要](15) [HTML](0) [PDF 959.46 K](45)
    摘要:
    为揭示高压轴向柱塞泵滑靴副摩擦磨损性能,需提供1台高精度、高性能以及主轴转速恒定可靠的滑靴副摩擦磨损试验机。但在测试滑靴副时,试验机主轴的速度调控和位移的精确控制非常难以把握。当试验机主轴转速在3 000 r/min的基础上升高时,试验机油温急剧升高,会对滑靴副性能测试的精度产生极大的影响。针对MCMS10试验机的电控系统,设计出硬件图,采用满意PID算法控制其主轴转速和位移两个参数。最后通过组态软件设计实时监控画面并开展试验分析。结果表明:将满意PID算法运用到MCMS10试验机电控系统中,不但精度非常高,而且在主轴转速约为3 200 r/min时,油温始终保持在65 ℃左右。
    22  双馈风力发电机转子绕组故障的试验研究
    李思源 马宏忠
    2018, 45(10):120-125.
    [摘要](23) [HTML](0) [PDF 903.54 K](62)
    摘要:
    在实际生产中,双馈风力发电机(DFIG)转子绕组状态监测能有效提高风电机组的运行可靠性。为研究DFIG转子绕组运行故障试验方案,首先介绍试验平台的基本原理、现场试验装置及搭建过程中主要问题的解决方法;然后以变换器网侧电流作为研究对象,分析故障特征信息流经变流器电力电子器件的传播规律,基于电流频谱提取转子绕组发生不平衡故障的诊断依据;最后基于获取的转子绕组三相不对称负载故障运行前后的转子绕组电流频谱图,可分析转子侧电气量故障特征频率。依据试验结果将转子变换器网侧电流频谱中的100 Hz、200 Hz和几个特征频率边频分量作为转子绕组不平衡故障的诊断依据;将3sf和(2±3s)f(s为转差率,f为基频)作为转子三相负载不对称故障的特征频率,具有一定的试验指导性和工程意义。
    23  负序磁场中同步发电机转子绕组匝间短路故障恶化的分析
    武玉才 马倩倩 王逸仙 蔡波冲
    2018, 45(10):126-133.
    [摘要](16) [HTML](0) [PDF 1.03 M](41)
    摘要:
    以1台300 MW同步发电机为例,考虑了阻尼系统,在不对称运行条件下,研究了励磁绕组匝间短路后发电机的相关故障特征量,包括励磁电流、励磁绕组的感应电动势、被短路的励磁回路电流以及阻尼绕组电流等。在此基础上研究了负序磁场中励磁短路线圈的匝数、节距以及短路点过渡电阻等因素对励磁短路电流的影响,并粗略地计算了短路点的发热量。研究结果可为发电机经历恶劣工况后的励磁匝间短路故障的维修提供可靠的决策支持。

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