2018年第45卷第11期文章目次

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  • 1  磁悬浮无刷直流电机新型直接悬浮力控制
    孙玉坤 张宽 袁野
    2018, 45(11):1-6.
    [摘要](20) [HTML](0) [PDF 767.33 K](45)
    摘要:
    针对磁悬浮无刷直流电机(BBLDCM)这一非线性、强耦合系统,为解决悬浮系统控制难度大、转子抖动严重等问题,设计了一种新型的直接悬浮力控制策略。借鉴传统的无刷直流电机直接转矩的控制思想,依据BBLDCM运行特点,推导出不同状态下的悬浮力矢量,并给出了悬浮绕组导通表,同时阐明了新型直接悬浮力工作过程。最后通过Simulink对所提控制策略进行仿真验证,结果表明该方法不仅能够实现转子稳定悬浮,而且有效削弱了悬浮转子的抖动,简化了悬浮控制系统,提高了悬浮系统的控制精度。
    2  双定子磁悬浮开关磁阻电机直接转矩与直接悬浮力控制
    孙玉坤 于丰源 黄永红 张宽 林文威
    2018, 45(11):7-14, 20.
    [摘要](12) [HTML](0) [PDF 871.88 K](49)
    摘要:
    研究一种双定子磁悬浮开关磁阻电机。该电机采用内-外双定子结构,内定子和外定子上分别设置悬浮力绕组和转矩绕组。在结合拓扑结构说明其运行原理的基础上,针对该电机同时存在转矩脉动和悬浮力脉动过大的问题,提出了直接转矩(DT)与直接悬浮力控制(DSFC)策略。比较了传统方波控制策略与所提控制策略下系统的转矩脉动、悬浮力脉动以及转子径向位移波动。仿真结果表明:DT/DSFC不仅能提高系统动态响应速度,而且有效抑制了转矩和悬浮力脉动,削弱了转子径向抖振,验证了所提控制策略的有效性与优越性。
    3  一种内置式永磁同步电机直接转矩控制系统的效率优化方法
    童歆渝 张兴华
    2018, 45(11):15-20.
    [摘要](19) [HTML](0) [PDF 691.09 K](43)
    摘要:
    提出了一种适用于内置式永磁同步电机(IPMSM)直接转矩控制驱动系统的效率优化方法。基于考虑铁心损耗的IPMSM模型,对电机损耗与运行转速、电磁转矩以及定子磁链三者之间的关系进行了研究分析。根据典型的IPMSM直接转矩控制不使用零电压矢量的特点,对电机功率损耗计算式进行了简化,推导得出在一定运行工况条件下IPMSM的效率最优定子磁链幅值。仿真结果验证了该方法不仅可以保持直接转矩控制动态响应的快速性,而且有效地提高了电机在稳态运行时的效率。
    4  计及开关频率优化的永磁同步电机模型预测转矩控制
    田朱杰 吴晓新 於锋 刘兴
    2018, 45(11):21-27.
    [摘要](9) [HTML](0) [PDF 819.72 K](48)
    摘要:
    为减小逆变器开关频率对永磁同步电机(PMSM)性能的影响,提出了一种计及开关频率优化的PMSM模型预测转矩控制(MPTC)方法。建立了电磁转矩及定子磁链数学模型,并在此基础上设计了MPTC全速域价值函数。在全速域价值函数中加入了逆变器开关频率的限制条件,以实现恒转矩区内最大转矩电流比、恒功率区内弱磁调速并计及开关频率最优化的控制效果。仿真结果证明了所提方案不仅具有较高的动态响应性能,而且有效降低了逆变器的开关频率。
    5  基于非奇异快速终端滑模的永磁同步电机转速和电流控制
    王辉航 赵朝会 万东灵 胡怡婷 吉洪智
    2018, 45(11):28-33, 65.
    [摘要](12) [HTML](0) [PDF 694.46 K](51)
    摘要:
    针对永磁同步电机在矢量控制中存在转速和电流频繁超调、稳态精度低、鲁棒性弱等问题,运用非奇异快速终端滑模控制器替代传统PI控制下的转速环控制器和电流环控制器,并采用李雅普诺夫函数证明了3个控制器的稳定性。借助MATLAB/Simulink仿真软件分析了采用非奇异快速终端滑模控制器和PI控制器的转速、电流响应波形。仿真结果表明:采用非奇异快速终端滑模控制器有更小的超调量、更高的稳态精度和更强的鲁棒性。
    6  永磁同步电机无差拍电流控制电流稳态误差消除算法
    谢传林 曾岳南 王发良 许小龙 沈志峰
    2018, 45(11):34-38, 55.
    [摘要](8) [HTML](0) [PDF 474.43 K](49)
    摘要:
    电流环的响应速度决定永磁同步电机伺服系统的响应速度。无差拍电流控制可以使电流环具有良好的响应速度,但当电机参数与控制算法中电机参数不匹配时电流会产生稳态误差,无法输出期望转矩。针对该问题将离散积分加入无差拍电流控制算法中并且给出积分系数的取值范围,消除了因电机参数变化而引起的电流稳态误差,提高了电流跟踪精度。最后通过仿真与试验验证了所提算法的有效性和实用性。
    7  一种大转矩外转子永磁轮毂电机驱动特性分析
    史黎明 陈江岸 王培龙 张志华 李耀华
    2018, 45(11):39-44, 82.
    [摘要](10) [HTML](0) [PDF 861.93 K](53)
    摘要:
    提出一种大转矩外转子永磁轮毂电机,可用于纯电动机场摆渡车、机场大巴车、公交大巴车等。合理设计电机外转子的永磁磁极倾斜角,使电机相反电动势为只含有3次谐波的梯形波,线反电动势为正弦波,同时不降低电机的输出转矩。分析比较了采用不同矫顽力的磁钢对相反电动势的影响,兼顾转矩输出能力和电机调速范围后,选择了拥有合理矫顽力的永久磁钢。同时,搭建了基于SimplorerMaxwell软件的场路联合仿真平台,比较、分析了基于正弦波磁场定向控制策略和基于方波控制策略的电机驱动特性。虽然两种方法都能实现转矩控制,但磁场定向控制策略的转矩波动更小。
    8  分段式笼型转子无刷双馈电机的设计与分析
    杜怿 熊婷婷 仲叙 卢伟
    2018, 45(11):45-49, 125.
    [摘要](11) [HTML](0) [PDF 727.44 K](47)
    摘要:
    无刷双馈电机(BDFM)在风力发电系统中具有广阔的应用前景。其转子的磁场调制能力优劣直接影响着该类电机的功率密度和效率。基于笼型转子结构提出一种分段式笼型转子结构。介绍了BDFM的拓扑结构和变速恒频发电的基本原理,将几种笼型转子结构的BDFM进行有限元对比分析,深入研究转子导条间隔角度和导条层数对新型转子耦合能力的影响,确定了使得分段式笼型转子具有较强磁场调制能力的结构参数。结果表明:该新型转子结构在保证一定耦合能力的情况下,端部空间利用率更高,电机功率密度更大,且转子结构简单可靠、易于制造。
    9  基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制系统的优化研究
    李江波 刘述喜 童磊
    2018, 45(11):50-55.
    [摘要](8) [HTML](0) [PDF 769.10 K](45)
    摘要:
    为了优化传统基于滑模观测器(SMO)的永磁同步电机(PMSM)无传感器控制系统的性能,分析了传统控制系统中相应模块的数学模型和控制算法存在的问题,建立了优化的基于SMO的PMSM无传感器控制系统模型并进行了仿真。通过分析传统SMO的数学模型,在保证SMO满足Lyapunov稳定条件的前提下,根据电机不同工况对滑模增益进行实时优化,提高了SMO的观测性能。为了提高锁相环(PLL)输出信号的质量,在PLL输入端加上低通滤波器,并对低通滤波环节造成的位置角度偏差进行补偿。通过仿真验证上述所采用优化策略的正确性和可行性,结果表明:优化模型在保证系统动态性能的同时能够获得比传统观察系统质量更高的观测信号。
    10  基于变增益扩张状态观测器的永磁同步电机转速环自抗扰控制器设计
    王发良 曾岳南 谢传林 许小龙 沈志峰
    2018, 45(11):56-60.
    [摘要](8) [HTML](0) [PDF 592.52 K](47)
    摘要:
    线性扩张状态观测器(LESO)在观测初始阶段,系统状态量实际值与估计值误差较大。由于LESO高增益的影响,导致LESO在初始时刻的扰动估计输出出现很大的峰值,而且观测器增益越大,峰值现象越严重。针对上述问题,设计了一种变增益扩张状态观测器(TESO),其增益是一个时变函数,在初始时刻为较小的函数值,随着时间逐渐增大,直至趋于一个较大常数。利用李雅普诺夫变换和微分代数谱理论给出了参数整定公式。将线性自抗扰控制器(LADRC)中的扩张状态观测器替换为TESO,并将其应用于永磁同步电机转速控制中,计算机仿真和系统试验验证了该控制器设计的有效性。
    11  同步磁阻电机性能分析与研究
    姚丙雷 王鸿鹄
    2018, 45(11):61-65.
    [摘要](15) [HTML](0) [PDF 735.80 K](52)
    摘要:
    针对永磁同步电动机(PMSM)用材多、成本高等问题,开发了成本低、效率高的同步磁阻电机(SRM)产品,在部分工况下替代PMSM,实现高效率电动机的推广。对2.2 kW、4极SRM的结构、电磁参数、控制方式等关键技术展开研究,为产品的系列化设计提供了理论基础,对电机设计人员有一定的参考价值。
    12  非晶合金转子铁心对再制造电机性能的影响
    宋守许 胡孟成 杜毅 李诺楠
    2018, 45(11):66-71.
    [摘要](10) [HTML](0) [PDF 809.81 K](43)
    摘要:
    用铁基非晶合金转子铁心替换原电机中的硅钢转子铁心,基于有限元软件Ansoft分析了非晶转子铁心替换对电机性能的影响。与原电机相比,再制造电机的转矩提升了2.6%,效率提高了0.05%,齿槽转矩幅值大幅增加。采用定子斜槽削弱其齿槽转矩,当斜槽精确为一个齿距时,电机的齿槽转矩幅值为0.128 N·m,相比于未采用斜槽时的再制造电机减小了92.36%,相比于原电机减小了38.46%。
    13  感应电动机磁链观测与参数在线辨识方法研究
    周江华 万山明 华志超
    2018, 45(11):72-77.
    [摘要](18) [HTML](0) [PDF 774.76 K](42)
    摘要:
    针对感应电动机在矢量控制过程中存在的转子磁链定向不准确的问题,解释了磁链观测误差的原因,重点研究了电机参数的在线辨识方法。提出了基于模型参考自适应系统的感应电动机磁链观测与参数在线辨识方法。基于波波夫超稳定性定理,设计了转子时间常数与励磁互感的双参数自适应律。该方法以电压模型磁链观测器作为参考模型,在线辨识出电流模型磁链观测器所需的参数,使磁链观测结果具有收敛性和鲁棒性,从而避免了电机参数测量不准确与容易变化对磁链定向造成的不良影响。仿真结果表明该方法具有实时性与可行性。
    14  转子槽口深度和槽配合对异步电机转子损耗的影响
    李祥成 王迎春 黄新宇 孙强
    2018, 45(11):78-82.
    [摘要](8) [HTML](0) [PDF 702.68 K](51)
    摘要:
    为了分析转子槽口深度及定转子槽配合对三相变频调速异步电动机转子损耗的影响,采用ANSYS Maxwell软件对1台空载损耗异常的10极、1 100 kW三相变频调速异步电动机转子损耗进行详细分析。通过建立不同转子槽口深度和定转子槽配合的电机模型,结合电机内谐波磁场的理论,对比分析了不同槽口深度和定转子槽配合的电机模型转子铁心与转子导条中的损耗。根据仿真分析结果,对该样机进行改进设计。样机试验结果表明仿真计算的正确性,可为相关电机的设计提供参考。
    15  YE4系列三相异步电动机专用风扇的研究
    周洪发
    2018, 45(11):83-87.
    [摘要](10) [HTML](0) [PDF 617.47 K](47)
    摘要:
    通过对Y、Y2和YX3系列风扇典型规格进行风扇特性的对比分析,研究了风扇参数对风扇特性的影响。在此基础上,设计了YE4系列超超高效率三相异步电动机专用的风扇模型,在YE4132S22等5个规格样机上开展了对比试验验证,取得了预期效果。
    16  磁阻型电磁发射系统的发射体形态优化研究
    胡浩 陈息坤 王燕彬
    2018, 45(11):88-93.
    [摘要](8) [HTML](0) [PDF 793.20 K](39)
    摘要:
    根据磁阻型电磁发射原理及驱动线圈内部磁场分布情况,推导了基于线性化电感的发射体运动模型,给出了一个用于计算发射体在线圈中的受力和加速情况的简化方法,并归纳了部分影响因素。使用ANSYS Maxwell仿真软件对不同形状发射体在线圈中的受力变化进行仿真分析。研究结果为实际磁阻型电磁发射中应用的发射体形状设计提供了参考。
    17  计及全风况小干扰稳定的双馈风机变换器控制参数设计
    李玉博 贾燕冰 王金浩 马荣荣
    2018, 45(11):94-103.
    [摘要](7) [HTML](0) [PDF 980.15 K](46)
    摘要:
    随着双馈风电并网容量增大,系统的稳定性与风机变换器控制参数的相关性也越来越大,风机变换器控制参数整定时必须计及电网小干扰稳定性。针对双馈风机单机无穷大系统,建立风机工作在全风况下的小信号模型,采用李雅普诺夫线性化方法并考虑风速分区,分别推导出风机在最大功率跟踪区、恒转速区、恒功率区电网小干扰稳定分析的状态方程。分析风机变换器控制参数与特征根之间的相关性,引入表征系统稳定性强弱的小干扰稳定裕度指标,提出使系统全风况小干扰稳定的风机变换器控制参数设计方案。实例仿真表明:所提方案可快速获取有效参数,并保证全风况下电网小干扰稳定性。
    18  模块化定子永磁风力发电机及其控制
    王焜 谢宝昌 蔡旭
    2018, 45(11):104-109, 120.
    [摘要](11) [HTML](0) [PDF 789.36 K](46)
    摘要:
    针对海上风能开发和利用,提出和设计了一种新型结构的永磁风力发电机。所提出的电机由多个空间均匀移相的模块化定子永磁发电机(MSPMG)组成,每个MSPMG是独立的单相双凸极电机,每个定子模块包含永磁、齿极和线圈,减小了模块间的磁耦合和线圈互感。通过分析MSPMG的电磁特性和发电原理,基于变分原理推导出MSPMG的最优功率控制策略,利用单相H桥全控整流电路实现了对电枢电流的控制。有限元分析证明MSPMG各个模块间的磁路耦合很小,运行状态相互独立,因此该电机具有很强的容错运行能力。基于软件仿真证实了所设计电机及其控制策略的正确性和有效性。
    19  基于MISG算法的风力发电机液压变桨系统故障诊断
    黄文韬 文传博
    2018, 45(11):110-115.
    [摘要](7) [HTML](0) [PDF 682.72 K](45)
    摘要:
    针对受状态延时影响的风机变桨系统故障诊断,提出了一种基于多新息随机梯度(MISG)的故障诊断方法。该方法将复杂系统转化为状态空间模型,并建立系统辨识模型。将新息标量扩展成新息向量改善算法精度,利用系统发生故障引起参数改变的特征,算法对风机状态延时变桨系统完成参数估计,将系统故障诊断问题转换为系统辨识问题。仿真所得结果验证该方法可以达到诊断风机状态延时变桨系统故障的目的。
    20  基于TS模型的模糊神经网络光伏MPPT控制
    赵剑飞 卢航宇 丁朋飞
    2018, 45(11):116-120.
    [摘要](12) [HTML](0) [PDF 736.30 K](51)
    摘要:
    为了克服传统最大功率点跟踪(MPPT)方法的一些缺点,使光伏系统更加快速准确地工作在最大功率输出点,提出了基于模糊控制和神经网络控制相结合的自适应控制方法。该方法充分利用模糊神经网络处理非线性问题的优点,通过模糊控制来改变步长,利用神经网络的自学习能力来快速达到平衡,使光伏MPPT在跟踪速度和稳定性之间达到一个较优的平衡。仿真和试验结果表明,基于模糊神经网络自适应控制的MPPT方法具有较强的鲁棒性和自适应能力。
    21  双馈异步发电机定转子绕组过热故障监测方法
    李思源 马宏忠
    2018, 45(11):121-125.
    [摘要](11) [HTML](0) [PDF 779.30 K](43)
    摘要:
    双馈异步发电机(DFIG)在长期运行中很容易发生定转子绕组过热故障。以绕组温度为研究对象,在分析绕组过热故障成因的基础上,分别从电机热性能和参数辨识两方面进行检测。使用参数辨识法时,首先利用电机电磁数学模型辨识定转子绕组电阻,再根据电阻与温度之间的关系计算定转子温度,从而判断绕组是否过热。最后基于MATLAB软件仿真验证了定转子绕组参数辨识法的正确性,为DFIG诊断绕组过热故障提供理论支撑。

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