2018年第45卷第2期文章目次

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  • 1  基于特征模型的电梯用永磁同步电机抗扰动自适应控制
    沈宏丽 郭健 樊卫华 吴益飞
    2018, 45(2):1-6.
    [摘要](13) [HTML](0) [PDF 776.42 K](46)
    摘要:
    针对电梯用永磁同步电机(PMSM)建模的复杂性及高性能控制的需求,设计了基于特征模型的抗扰动自适应控制算法。在采用id=0的矢量控制下建立系统的二阶特征模型,设计了速度环相应的积分黄金分割自适应控制。针对电梯运行时的负载扰动,设计了一种转矩观测器,将转矩观测量补偿到电流环输出中。仿真结果表明,基于特征模型的抗扰动自适应控制具有良好的稳态精度及鲁棒性;进一步结合电梯速度曲线的仿真研究,验证了其用于电梯PMSM调速系统的可行性。
    2  三相VIENNA整流器矢量控制策略的研究
    陈达 张羽 陈息坤
    2018, 45(2):7-12, 24.
    [摘要](10) [HTML](0) [PDF 748.30 K](42)
    摘要:
    针对三电平VIENNA整流器存在中点电位波动、控制复杂的问题,将直流侧中点电压偏差引入到电压定向电流解耦的双环控制中,通过调整矢量作用时间来达到直流侧中点电压平衡控制,并探究了一种三电平空间矢量平面简化到两电平矢量平面的简化空间矢量脉宽调制算法。最后通过MATLAB/Simulink搭建VIENNA整流器矢量控制仿真模型,通过仿真分析证实了该控制策略简单可行,且具有良好的动态性能和静态性能。
    3  一种永磁同步电机谐波抑制的工程化方法
    童怀 陈坚波 陈新度 黄运保 吴明安 鹿红伟
    2018, 45(2):13-18.
    [摘要](10) [HTML](0) [PDF 817.84 K](40)
    摘要:
    提出了一种抑制永磁同步电机电流谐波的工程化方法。对相电流谐波进行坐标变换和低通滤波,提取出其中5次、7次谐波的直流分量,求解高次谐波稳态电压方程,再通过坐标反变换计算出电压谐波补偿量,最后注入PARK逆变换输出电压中作为SVPWM计算单元输入,可以抑制相电流中的5次、7次谐波。试验结果证明所提工程化方法是可行和有效的。
    4  永磁同步电机有限集模型预测直接转矩控制
    包广清 何婷 刘小宝
    2018, 45(2):19-24.
    [摘要](7) [HTML](0) [PDF 747.22 K](42)
    摘要:
    针对永磁同步电机(PMSM)模型预测直接转矩控制(DTC)转矩脉动大、功率元件开关频率不恒定等问题,将两电平逆变器的8个电压空间矢量作为有限控制集,应用到PMSM DTC中。设计考虑转矩误差、最大转矩电流比及电流约束的成本函数,利用成本函数来估算有限集合中各电压矢量的占空比,从而求得逆变器的最优电压矢量作为系统控制量。与传统模型预测控制方法相比,该方法的电流谐波和转矩脉动显著降低,且转矩动态性能也得到改善。仿真试验结果验证了所提出的控制方案有效性。
    5  基于驱动程序硬核化的永磁同步电机双核控制方案
    尤钱亮 朱保鹏 魏海峰 张懿
    2018, 45(2):25-27, 33.
    [摘要](9) [HTML](0) [PDF 533.65 K](45)
    摘要:
    针对永磁同步电机(PMSM)驱动的开发门槛高以及开发难度大的问题,提供了基于驱动程序硬核化的PMSM双核控制方案——FU68XX系列MCU。详细介绍了PMSM驱动程序硬核化模块——电机控制硬核(ME)以及事件处理模块——8051内核。基于专用于PMSM控制的FU6811芯片,搭建了PMSM控制试验平台。通过试验发现,提出的方案相对于传统开发方案,上手速度快,开发难度低,降低了开发门槛,并且试验结果表明提出的方案控制精度高、性能稳定。
    6  基于SVPWM过调制的超前角弱磁控制永磁同步电机的策略研究
    刘雨石 乔鸣忠 朱鹏
    2018, 45(2):28-33.
    [摘要](53) [HTML](0) [PDF 814.88 K](79)
    摘要:
    研究了电动车用内置式永磁同步电机的控制策略,提出了超前角弱磁控制与空间矢量脉宽调制(SVPWM)过调制结合的控制系统。超前角弱磁控制使用转速、电流和电压的3个闭环控制,电机端电压与直流侧电压组成电压控制环,产生电机弱磁的电流超前角直接给定交直轴电流。SVPWM过调制算法可以有效提高逆变器输出电压基波幅值,电机使用弱磁控制方式达到最大转速后使逆变器进入过调制状态,最大限度扩大转速范围。对该控制系统进行了仿真研究,仿真结果证明了理论分析的正确性和可行性。
    7  一种基于开关次数最小的含零电压矢量永磁同步电机直接转矩控制开关表
    李耀华 曲亚飞 师浩浩 孟祥臻 焦森
    2018, 45(2):34-39.
    [摘要](12) [HTML](0) [PDF 716.06 K](46)
    摘要:
    介绍了永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制(DTC)理论,研究了零电压矢量的作用。基于开关次数最小提出了选择零电压矢量的策略,给出了一种新型含零电压矢量开关表。仿真结果表明使用新型开关表PMSM DTC系统能正常驱动。与传统开关表相比,使用新型开关表DTC系统开关次数降低了近56%,进而降低了开关损耗。
    8  带阻尼线圈的无轴承永磁同步电机控制研究
    郄晨杰 张少如 贾谊堃 王帅 张蒙蒙 乔文转
    2018, 45(2):40-46.
    [摘要](12) [HTML](0) [PDF 888.93 K](83)
    摘要:
    分析了无轴承永磁同步电机(BPMSM)的悬浮原理,在转子中加入了一组阻尼线圈,建立了带有阻尼线圈BPMSM径向悬浮力的精确数学模型。通过对加入阻尼线圈前后的数学模型进行计算、对比、分析,证明了阻尼线圈对转子稳定性的增强。采用转子磁场定向控制策略设计并构建了BPMSM的控制系统,对转子的位移等参数进行仿真。结果表明加入阻尼线圈后,有效提高了电机的稳定悬浮性能及系统的鲁棒性。
    9  基于四开关三相变频器的永磁同步电机驱动系统转矩脉动优化控制
    张铮 赵一心
    2018, 45(2):47-55.
    [摘要](14) [HTML](0) [PDF 31.39 M](46)
    摘要:
    针对低成本三相四开关变频器构成的永磁同步电机驱动系统存在转矩脉动较大的问题,提出了一种系统转矩脉动优化控制策略。系统中存在的转矩脉动分为低频和高频转矩脉动,对于由直流电容电压波动产生的低频脉动,采用了引入一种基于非正交坐标变换的补偿方案,而对于高频脉动,分析评估了不同调制策略的影响,选择了最优调制策略。此外,线性调制范围设置考虑了系统直流电容电压波动,避免了低频脉动造成的过调制。同时,还设计了电容电压偏移抑制控制以扩大线性调制区范围。试验结果验证了新型控制策略抑制系统转矩脉动的效果明显。
    10  IE4超超高效率电动机系列产品的开发
    黄坚 姚丙雷 顾德军 李光耀 王鸿鹄
    2018, 45(2):56-61.
    [摘要](13) [HTML](0) [PDF 690.73 K](47)
    摘要:
    IE4超超高效率为目前全球统一的最高的电动机能效等级。着重介绍了达到IE4效率等级的4个系列产品:YZTE4系列(IP55)铸铜转子三相异步电动机,YE4系列(IP55)三相异步电动机(H80~355),YE4系列(IP55)低压大功率三相异步电动机,TYE4系列(IP55)自起动永磁同步电动机。
    11  基于有限元法的驻波型直线超声波电机振动特性分析
    蒋春容 谭宇渲 周良志 陆旦宏
    2018, 45(2):62-65, 101.
    [摘要](29) [HTML](0) [PDF 602.30 K](133)
    摘要:
    采用有限元法研究一种驻波型直线超声波电机的振动特性。建立了电机的三维有限元模型,在有限元模型的基础上对电机进行模态分析,得到了电机横向一阶弯曲振动的共振频率,并分析了驱动足的位置对共振频率的影响。在模态分析的基础上,给电机通以高频交流电进行谐响应分析,研究电机在外加电源作用下的横向弯曲振动的振幅以及驱动足尖的运动轨迹。制作了驻波型直线超声波电机样机,对样机进行阻抗-频率特性测试,测试结果验证了理论分析结果。
    12  一种优化五相感应电机SVPWM算法仿真研究
    许伯强 程华鑫
    2018, 45(2):66-70.
    [摘要](10) [HTML](0) [PDF 685.45 K](46)
    摘要:
    针对五相电机电压空间矢量多、控制复杂的问题,提出了一种优化的五相感应电机空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法与仿真。依据矢量空间解耦理论与载波统一性理论,采用基于最大矢量的SVPWM算法,综合考虑电压脉动与开关损耗等因素,对算法进行了优化。建立了系统数学模型,进行了仿真验证,对仿真过程中产生误差的部分进行了分析和优化。仿真结果表明,优化后的算法满足电机控制的需求,与传统的SVPWM算法相比,谐波畸变率降低,开关损耗降低约20%。
    13  基于Ansoft的电力机器人永磁吸附单元有限元分析
    袁硕 刘天羽
    2018, 45(2):71-74, 127.
    [摘要](12) [HTML](0) [PDF 609.64 K](44)
    摘要:
    为满足爬壁机器人在狭窄的发电机定子气隙中能可靠地运行,设计了一种基于Halbach阵列的永磁吸附单元。使用Ansoft Maxwell 软件建立二维磁场模型,采用有限元分析法对新型吸附单元的磁场进行分析,得到了其磁力线与磁感应强度的分布;通过与传统永磁吸附单元磁场的比较,得出新型吸附单元具有永磁磁能利用率高、单边磁场的特点,验证了新型吸附单元在发电机定子气隙中吸附的可靠性;并分析了结构参数的变化对吸附性能的影响,为吸附单元结构设计提供了参考数据。
    14  U型无铁心永磁同步直线电机磁场建模与分析
    李争 张家祯 王群京
    2018, 45(2):75-80.
    [摘要](13) [HTML](0) [PDF 746.83 K](44)
    摘要:
    传统的铁心式直线电机由于铁心开断的影响,造成了横向和纵向边端效应,使推力输出波动较大;无铁心永磁直线电机具有零齿槽效应的优点,结构简单,控制灵活。采用两种解析法求解无铁心永磁同步直线电机气隙磁场的问题,即等效磁势法和等效磁化电流法,同时采用有限元法对电机磁场进行有限元分析,验证解析法磁场解析计算的准确性。最后分析电机主要尺寸对气隙磁场的影响。通过改变电机参数,进行了优化设计,为同类电机的设计与分析提供了参考。
    15  考虑效率最大化的新型感应电机转子磁链给定
    韦汉培 朱保鹏,魏海峰 张懿,
    2018, 45(2):81-85.
    [摘要](10) [HTML](0) [PDF 589.67 K](42)
    摘要:
    为提高感应电机(IM)运行效率,在考虑铁损数学模型的基础上,给出了高低转速工况下的电压电流约束条件,将保证损耗最小的最优转子磁链给定转化为在约束条件下的目标函数求最小值问题。通过定义广义Lagrange函数,结合Kuhn-Tucker定理分别求解出恒转矩区和恒功率区约束条件下的最优转子磁链给定,保证IM在整个工作范围内的效率最大化。试验结果验证了该方法的有效性。
    16  改进的参考电压矢量获取方法
    吴扬 赵龙章 龚嫒雯 墨蒙
    2018, 45(2):86-89, 96.
    [摘要](9) [HTML](0) [PDF 618.46 K](46)
    摘要:
    针对基于空间矢量调制的永磁同步电机直接转矩控制方法中,参考电压矢量获取涉及电机参数,而电机参数的变化又导致预测结果不可靠的问题,提出了一种不依赖电机参数的参考电压矢量获取方法。通过对转矩误差以及定子磁链幅值误差进行PI控制,对其输出量分别分配一定的权重,用其绝对值的加权,作为参考电压矢量幅值的控制量,用其比值作为确定参考电压矢量相对于定子磁链矢量角度偏差的依据。仿真结果表明,该方法能很好克服电机参数变化造成的影响,从而试验验证了该方法的有效性。
    17  10 kW超高速永磁电机三维瞬态温度场计算
    崔刿楷 程文杰 肖玲 樊红卫 谢宗明
    2018, 45(2):90-96.
    [摘要](11) [HTML](0) [PDF 985.87 K](47)
    摘要:
    为了考察电机在装配螺旋槽水冷套时对转子的冷却效果,针对1台功率10 kW、额定转速90 000 r/min的超高速永磁电机,采用有限元方法对电机三维温度场进行了研究,考虑了定子铁损、定子铜损,转子铁损和转子风摩擦损耗的影响。结果表明:定转子小间隙内的空气对转子起到了类似“热密封”的作用,当转子损耗功率较大时,仅依靠螺旋槽水冷套并不能有效地冷却转子,还必需辅以定转子小间隙的强迫空气冷却,以进一步降低转子温度。研究结果为大功率高速永磁电机热设计提供了重要参考依据。
    18  永磁同步力矩电机的多领域联合设计与分析
    李天宇 代颖 赵剑飞 郑江
    2018, 45(2):97-101.
    [摘要](8) [HTML](0) [PDF 748.62 K](50)
    摘要:
    基于Ansys、MATLAB/Simulink等仿真软件,对永磁同步力矩电机的工作特性进行多领域分析。以抑制转矩脉动和振动为目标对电机进行电磁仿真和模态分析;仿真电机空载最高转速的转子离心应力和转子结构形变;校核技术指标要求的最高转速工作点的运行可靠性;基于Ansys Simplorer平台对电机控制系统的转矩特性进行联合仿真;分析电机加工工艺对电机性能的影响。从而从整体系统角度出发,寻求最优的电机设计方案。
    19  电机绝缘系统在高频冲击下局部放电试验研究
    张生德 汪双灿 赵超
    2018, 45(2):102-105.
    [摘要](25) [HTML](0) [PDF 637.31 K](101)
    摘要:
    高频冲击局部放电(PD)测试可以有效的检测电机绝缘系统的绝缘状态。根据传感器的不同,电机绝缘系统在高频冲击下PD测试方法主要有两种:高频电流传感器法和超高频天线法。试验表明:在高频冲击电压下,PD主要发生在冲击的上升沿和下降沿,在同一放电电压下,上升沿和下降沿的PD幅值较大;在风力发电机定子绝缘系统鉴别试验中,随着老化试验的进行,线圈的PD起始电压总体呈下降趋势。通过鉴别试验,可以确定绝缘系统的冲击电压绝缘等级及类型。
    20  一种新型井下架线电机车供电电源设计
    刘瑨琪 徐晓贤 张岚 陈言峰 王聪
    2018, 45(2):106-111.
    [摘要](10) [HTML](0) [PDF 831.08 K](41)
    摘要:
    提出了一种新型的基于单周期控制的单位功率因数整流器为井下电机车供电。该电源由维也纳整流级和高频隔离DC-DC变换级两级功率变换器级联构成,但控制电路采用一级协调控制。电路控制简单,不需要乘法器和输入电压检测就可以实现单位功率因数运行,且可以降低开关器件一半的电压应力。详细分析了新型整流电路的基本工作原理和双闭环控制策略,并通过仿真和试验对此新型电路拓扑及其相应控制策略的正确性进行了验证。
    21  同步发电机励磁功率单元中可控整流桥的故障工况研究
    李啸骢 冀晓诚 彭诚 徐俊华 龚彪 赵能能 段垿 张焕博 袁睿智
    2018, 45(2):112-117, 133.
    [摘要](6) [HTML](0) [PDF 835.54 K](49)
    摘要:
    分析了三相全控桥式整流电路的各种故障工况,得出故障下触发角与输出励磁电压之间的定量关系,并提出了相应的解决措施。通过对MATLAB/Simulink搭建的同步发电机励磁功率单元模型进行仿真,结果表明,所提措施能有效减轻故障对系统的不利影响,在脉冲丢失时,可以为备用设备切换赢得时间;晶闸管发生故障时,有利于调控发电机平稳退出运行以避免产生稳定性问题。
    22  反推滑模控制在电磁耦合调速型风电机组中的应用研究
    郭风堂 包广清
    2018, 45(2):118-127.
    [摘要](7) [HTML](0) [PDF 1.20 M](40)
    摘要:
    针对电磁耦合调速型风电机组的风能跟踪中存在的跟踪效果较差的问题,提出了一种基于反推滑模控制的最大风能跟踪控制算法。依据风力机运行特性和电磁耦合器的工作原理建立了电磁耦合调速型调速型风电机组的数学模型,阐述了在该风电机组中最优转矩控制的具体应用方法,并获得参考转矩。最后依据反推滑模控制原理设计分别应用于最大风能跟踪区恒转速区的转矩滑模反推控制器和转速滑模反推控制器,验证了系统的稳定性。与转矩反推控制和传统最优转矩控制相比,该方法能够快速准确地跟踪风速的变化,以最佳叶尖速比运行,更好地实现最大风能跟踪的目标。
    23  风速前馈与变论域模糊结合的变桨距控制
    金鹏飞 谢源
    2018, 45(2):128-133.
    [摘要](5) [HTML](0) [PDF 1.01 M](43)
    摘要:
    针对传统PID变桨距控制难以在大惯性、强耦合的风力发电机组中取得较好的控制效果,提出了一种风速前馈的变论域模糊变桨距控制方法。根据功率误差及其变化率,通过模糊推理得到输入与输出论域的伸缩因子,避免了确定伸缩因子函数模型及其参数的困难;又采用风速前馈的方式实现桨距角的动态补偿,提高了系统的响应速度。仿真结果表明:当风速超过额定风速时,所提方法能使风力发电机组的转速更加稳定、输出功率更加平稳。

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