2018年第45卷第9期文章目次

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  • 1  基于旋转高频信号注入法的内置式永磁同步电机低速段转子位置检测及其误差补偿
    言钊 颜建虎 费晨
    2018, 45(9):1-8.
    [摘要](14) [HTML](0) [PDF 920.62 K](46)
    摘要:
    旋转高频信号注入法注入信号较为稳定,且位置估计过程不依赖电机参数,因而十分适用于内置式永磁同步电机(IPMSM)的零、低速转子位置检测。针对传统高频信号注入法无法辨别磁极的问题,用电压方波注入法检测磁极,结合有限元软件仿真,来合理选取方波电压幅值和时长,有效缩短了磁极判断耗时。分析了滤波器和信号离散化对位置估计精度的影响,提出在低速段可用线段拟合带通滤波器中心频率处的相频特性曲线,推导所需补偿角度与电机转速的关系。在理论分析的基础上,采用基于DSP28335的样机平台进行试验,结果表明磁极判断过程稳定,耗时较短,补偿后的位置估计值相比补偿前有明显改善,调速过程中系统动态性能良好。
    2  永磁同步电机的改进快速终端滑模控制
    吴飞 王杰 李鹏瀚
    2018, 45(9):9-13.
    [摘要](8) [HTML](0) [PDF 589.75 K](41)
    摘要:
    针对线性滑模控制永磁同步电机不能实现有限时间控制以及终端滑模控制不能实现快速收敛的问题,提出了一种改进快速终端滑模控制方法。所提控制方法经理论证明能实现更快的收敛速度。滑模控制律通过Lyapunov稳定性定理计算得出。对所提方法进行了仿真验证,并与终端滑模控制作对比,结果证明了所提改进快速终端滑模控制能有效地提高系统的起动性能和抗扰动性能。
    3  一种新型的内置式永磁同步电机无位置传感器控制策略
    黄向慧 陈慧凯 周奇勋
    2018, 45(9):14-18.
    [摘要](10) [HTML](0) [PDF 624.41 K](46)
    摘要:
    针对内置式永磁同步电机(IPMSM)在低速域运行时模型参考自适应观测器对电机参数变化敏感、位置检测精度低以及鲁棒性差等缺点,提出了通过利用电机本体的参考模型和相应可调模型的差值构造滑模面,取代了传统模型参考自适应观测器中采用PI调节器作为自适应机构的做法,并且采用模糊控制器自适应调整滑模增益以抑制滑模运动的抖振。在MATLAB/Simulink环境下搭建了仿真模型。仿真表明:在外部扰动以及电机参数变化时,估计转速和转子位置均能跟踪到实际的转速和转子位置。
    4  永磁驱动重构型车载充电机三相DC/DC变流器的研究
    袁晓强 於锋 吴晓 吴晓新 项财生
    2018, 45(9):19-24, 33.
    [摘要](7) [HTML](0) [PDF 773.18 K](48)
    摘要:
    提出了一种新型永磁驱动重构型车载充电机三相DC/DC变流器集成系统。该集成系统将永磁驱动的电机绕组和DC/AC逆变器重构成车载充电机实现电动汽车驱动-充电的集成,具有空间利用率高、充电快速和可靠性高等特点。分析了集成系统的结构和工作原理,推导了充电系统的三相DC/DC变换器数学模型。在此基础上,利用MATLAB/Simulink仿真软件搭建了驱动-充电集成系统仿真模型,对同步脉宽调制(PWM)控制和交错PWM控制策略进行仿真研究,分析对比了交流侧电压电流、直流侧电机绕组电感电流和直流侧电压波形。仿真结果表明,与交错PWM控制策略相比,同步PWM控制策略下该新型结构充电系统具有更好的运行性能。
    5  共直流母线开绕组的少稀土混合磁材料永磁无刷电机系统零序电流抑制策略
    史兵 朱孝勇 全力 左月飞 张超
    2018, 45(9):25-33.
    [摘要](12) [HTML](0) [PDF 983.41 K](45)
    摘要:
    为提高少稀土混合磁材料永磁无刷电机的功率密度和转矩输出能力,采用了新型共直流母线开绕组的逆变器拓扑结构。该结构会在电机绕组内产生零序电流,一定程度上影响了电机的运行效率和稳定性。为此,提出了一种解耦空间矢量脉宽调制法,有效提高了电机端电压利用率。对共直流母线情况下共模电压和零序反电动势均会导致3、9次电流谐波的问题,采用了具有针对性的重复控制器对零序电流进行闭环控制,在简化控制系统结构的同时,有效地解决了共模电压和零序反电动势的影响。最后,通过试验验证了所提方法的正确性和可靠性。
    6  一种单相光伏并网逆变器改进预测电流控制算法
    张兰红 冯宝刚 焦静静 陆广平
    2018, 45(9):34-40.
    [摘要](10) [HTML](0) [PDF 824.99 K](45)
    摘要:
    光伏并网逆变器传统预测电流控制算法由于采样与计算延时会造成差一拍控制,使得逆变器并网电流不能很好地跟踪目标电流,同时逆变器滤波电感模型值与实际值有误差时会造成并网电流谐波大,还可能导致系统不稳定。为克服这些不足,提出了一种改进的预测电流控制方法,可提前一个采样周期对并网逆变器输出电压进行预测,同时利用递推最小二乘法对电感参数进行在线辩识。仿真和试验结果表明所提方法有效提高了逆变器并网电流对目标电流的跟踪精度,减小了并网电流的谐波分量,提高了由逆变器进网的电能的质量。
    7  不同目标函数参数优化的FOPI直流调速控制
    张海明 缪仲翠 韩天亮
    2018, 45(9):41-47.
    [摘要](10) [HTML](0) [PDF 775.95 K](45)
    摘要:
    为了提高直流调速系统性能,将直流调速系统速度控制器设计为分数阶PI(FOPI),并与整数阶PI控制特性进行比较。在确定FOPI/PI控制器参数时,根据不同目标函数用粒子群算法对控制器参数进行了优化,并分析了不同目标函数所确定的控制器参数对调速系统性能的影响。仿真表明:FOPI有较好的控制性能。在设计控制器参数时,可根据性能要求选用不同的目标函数优化设计控制器参数。
    8  不平衡电网三相四开关变换器预测功率控制
    金楠 张涛 窦智峰 武洁 孔汉
    2018, 45(9):48-53.
    [摘要](16) [HTML](0) [PDF 688.69 K](48)
    摘要:
    为了提高三相四开关变换器并网电能质量,提出一种适用于不平衡电网条件的有限控制集模型预测直接功率控制策略。分析三相四开关变换器的工作机制和电压矢量变化关系,并建立其功率预测模型。使用αβ静止坐标系下的电网电压以及其90°延迟信号计算功率补偿值,设计价值函数,选择最优电压矢量对应的开关状态。该控制策略无需传统的正负序分离控制及锁相环技术,易于实现。仿真和试验结果表明,在不平衡电网条件下,所提出的控制策略能够有效降低并网电流畸变,消除功率波动,提高并网电能质量。
    9  双零序分量注入的六相载波脉宽调制技术
    闫岩 冯九一 宋文祥
    2018, 45(9):54-58, 78.
    [摘要](9) [HTML](0) [PDF 658.69 K](45)
    摘要:
    针对常规六相正弦脉宽调制(PWM)算法直流电压利用率低的问题,研究了一种基于双零序信号注入的六相载波脉宽调制算法。该算法通过在正弦调制波中注入一定双零序分量来提高六相逆变器的控制性能。分析了该算法双零序分量变化范围以及直流电压利用率的提升原理,给出了3种具有不同输出特性的双零序注入方法。通过对均值零序注入法进行仿真可以看出,该算法能增大直流电压利用率,改善系统运行特性,验证了该PWM算法的有效性和可行性。
    10  扩展近似时间最优伺服控制及其试验验证
    胡杨 滕召海 程国扬
    2018, 45(9):59-64, 78.
    [摘要](13) [HTML](0) [PDF 791.21 K](47)
    摘要:
    针对带有惯性阻尼环节的典型伺服系统,提出一种能实现大范围快速定点运动的控制方案。控制方案首先利用时间最优控制律进行快速目标追踪,当系统速度下降到一定范围内时平滑切换成线性控制律。采用线性控制区内的闭环极点阻尼系统和自然频率作为设计参数,给出了全参数化的控制律。基于Lyapunov理论分析了控制系统的闭环稳定性。将该控制方案用于一个直流伺服电机的位置-速度环的定点位置控制,并进行了MATLAB数字仿真和基于TMS320F28335 DSC的试验研究。结果表明:所设计的控制系统可以对大范围的给定目标进行快速和准确的跟踪,且对扰动和系统参数差异具有较好的鲁棒性。
    11  整数槽同步电机低振动噪声定子结构设计
    杜萌 罗建 马鸿泰 范应鹏 汪丹妮
    2018, 45(9):65-72.
    [摘要](22) [HTML](0) [PDF 860.41 K](46)
    摘要:
    针对电机电磁振动噪声问题,依据电磁振动噪声的基础理论,采用电磁和结构弱耦合的有限元仿真方法,以1台12极72槽车用永磁同步牵引电机为例,分析在不同长宽比、槽口宽度以及结构综合变化的条件下,径向电磁力密度的情况;同时对整个电机进行电磁-结构耦合场分析,研究结构振动位移在不同定子长宽比、槽口宽度以及结构综合变化时的响应情况。综合比较分析两种仿真结果,给出了电磁振动噪声关于定子结构长宽比和槽口宽度的变化规律。最后在额定负载工况下对实物样机进行振动检测和频谱分析,与仿真数值进行对比分析,以验证仿真试验的准确性。
    12  少稀土组合励磁永磁无刷电机设计与分析
    吴伟强 朱孝勇 项子旋 全力
    2018, 45(9):73-78.
    [摘要](16) [HTML](0) [PDF 726.51 K](47)
    摘要:
    基于采用稀土永磁和非稀土永磁组合励磁的磁钢结构,提出了一种并联磁路型的少稀土组合励磁永磁无刷电机。介绍了该电机的拓扑结构及运行原理,并在此基础上结合电机功率尺寸方程和励磁源等效方法,给出了电机的初始设计方法并优化确定了相关的设计参数。利用有限元方法深入分析了电机在空载和额定负载条件下的电磁性能。加工了1台5 kW样机,搭建试验平台进行了相关的试验,结果表明了该电机拓扑结构和优化设计方法的有效性。
    13  T1168H环保型耐高温浸渍树脂在牵引电机上的应用研究
    王健
    2018, 45(9):79-82.
    [摘要](5) [HTML](0) [PDF 570.71 K](45)
    摘要:
    对T1168H环保型耐高温浸渍树脂的耐热性能、环保性能、储存稳定性等进行了研究,并制作模拟线圈,对其在牵引电机上的应用性能进行测试。研究结果表明:T1168H树脂综合性能较优,温度指数达到222 ℃,挥发份低且无毒环保,树脂贮存性能稳定;浸渍T1168H树脂的线圈绝缘在击穿电压、绝缘电阻(浸水前后)以及介质损耗因数等方面性能优异,能够满足牵引电机对绝缘浸渍树脂的要求。
    14  限制转子电流的双馈风电机组虚拟同步控制策略
    霍现旭 陈培育 徐科 丁一 吴莉萍 李秉昀 杨秦敏
    2018, 45(9):83-88, 96.
    [摘要](5) [HTML](0) [PDF 814.40 K](46)
    摘要:
    随着新能源的大规模开发利用,其在能源结构中的占比不断提高。为了维持大电网的平稳运行,要求双馈风机等新能源机组参与电网调频。双馈风机的转子侧变流器存在容量限制,而调频过程中转子电流变化可能会超出此限。为应对这一问题,首先分析了双馈风力发电机的数学模型,并得出了额定转速下dq系的转子电流控制模型;然后使用误差转化函数与李雅普诺夫方法,设计了限制转子电流的控制器,并与常规的虚拟同步控制相结合,提出了一种改进的虚拟同步控制策略,可以兼顾风机调频的需求与调频动态过程中转子电流的限制。通过仿真验证了所提出控制器参与电网调频的能力以及对于转子电流的良好控制。
    15  基于同伦函数的直驱永磁同步风电机组次同步振荡特征值分析
    王淼 赵峰
    2018, 45(9):89-96.
    [摘要](14) [HTML](0) [PDF 810.76 K](47)
    摘要:
    为了研究直驱永磁同步风电机组的次同步振荡问题,建立了典型的风电系统数学模型。在使用传统特征值分析法的基础上,利用同伦函数代替参与因子法,准确且直观地辨识出系统振荡模态特征值对应的状态变量。在此基础上进一步分析状态变量对应的参数对系统振荡模态特征值的影响。最后,通过PSCAD/EMTDC平台进行时域仿真。结果表明:直流电压控制外环积分系数和电流控制内环比例系数对系统的次同步振荡有很大影响。
    16  基于分数阶滑模的风力发电机直接功率控制
    管萍 李军
    2018, 45(9):97-102.
    [摘要](15) [HTML](0) [PDF 647.56 K](42)
    摘要:
    为了改善双馈风力发电系统的控制性能,将分数阶滑模控制应用于双馈风力发电机的直接功率控制系统中。将分数阶微积分引入到滑模控制中,构成分数阶滑模控制器,利用分数阶的遗传衰减特性削弱滑模控制的抖振。推导了应用于双馈风力发电系统的分数阶滑模控制律,并用李雅普诺夫稳定性定理证明了系统的稳定性。所提出的分数阶滑模控制系统省略了电流环控制,简化了控制结构,实现了有功功率和无功功率的有效控制。仿真与试验结果显示出所用分数阶滑模控制策略的有效性,同时表明该系统削弱了传统滑模控制中存在的抖振。
    17  电动汽车驱动非晶开关磁阻电机静态测试与性能仿真
    李立军 李广敏 戴白杨 金晶 李德仁 卢志超
    2018, 45(9):103-107, 124.
    [摘要](12) [HTML](0) [PDF 691.71 K](72)
    摘要:
    试制了1台8 kW电动汽车驱动非晶开关磁阻电机(SRM),并对其进行了静态性能测试。使用有限元方法对电机在低速大扭矩及高速小扭矩共计4种工况下的铁耗、铜耗、扭矩和效率等性能进行了仿真计算。结果表明,相对于硅钢,非晶合金的高磁导率特性可有效保持SRM在高频激励条件下的相电感值;非晶合金的低损耗特性可有效降低电机铁耗值,尤其在铁耗为电机主要损耗的高速小扭矩工况下,可显著提升电机效率(3%~9%)。然而,非晶合金的饱和磁密较低,非晶电机的磁链-电流曲线相对于硅钢电机会有区别,应在其工作磁密、结构尺寸及控制参数上进行调整和优化以获得最佳性能。
    18  基于有限元法的电动汽车永磁同步电机模态分析
    席荣盛 吴柏禧
    2018, 45(9):108-111, 131.
    [摘要](11) [HTML](0) [PDF 663.29 K](50)
    摘要:
    车用永磁同步电机(PMSM)追求轻量化的设计带来了更为严重的电机振动噪声危害。准确分析计算PMSM的模态是对其进行振动噪声特性研究的基础。采用有限元法对电动汽车PMSM进行模态仿真计算。通过对电机模型进行适当的简化与等效,计算出电机自由状态下前6阶的固有频率及其对应的振型;并将样机进行锤击法的模态试验,验证了电机有限元模态仿真模型的准确性。
    19  “汽电双驱”系统电机瞬态性能仿真研究
    闫鑫洋 徐余法 孙明伦 彭大华
    2018, 45(9):112-116.
    [摘要](25) [HTML](0) [PDF 645.21 K](49)
    摘要:
    以上海电机厂有限公司“汽电双驱”项目中三相异步电动机/发电机为依据,基于以Ansoft软件,利用场路耦合法对系统中异步电机的瞬态性能进行分析。该电机为6 800 kW,750 r/min。针对其3种不同的工况,即空载起动、风机负载起动、大负载起动,分别进行分析计算,模拟系统中电机由电动机状态切换成发电机状态的过程,获得该三相异步电机在不同状态下的瞬时起动电流、电磁转矩、气隙磁密等电气参数,进而分析该异步电机的瞬态性能和相应的电磁场分布。
    20  双馈风力发电机轴承故障诊断研究现状与发展
    马宏忠 李思源
    2018, 45(9):117-124.
    [摘要](13) [HTML](0) [PDF 1.03 M](50)
    摘要:
    双馈风力发电机(DFIG)目前广泛应用于风电事业。就自身结构而言,轴承是电机非常重要的组成部分,其状态决定着电机整体的运行性能。在实际风电场中一般会定期更换电机轴承,但该方法不能避免轴承产生的早期故障。因此对其进行故障初期的诊断尤为重要。首先简单介绍DFIG轴承故障的产生机理及故障模式,再对近几年来相关的诊断方法做逐条归类阐述,最后基于现有成果展望未来DFIG轴承故障诊断方法的发展趋势,为日后该领域的突破和新方法的提出做好准备。
    21  基于小波变换的开关磁阻电机系统功率变换器故障诊断
    唐琛 杨剑 任兴 金凯丰 陈祖鸿 端木子昂
    2018, 45(9):125-131.
    [摘要](6) [HTML](0) [PDF 930.12 K](43)
    摘要:
    适用于开关磁阻电机(SRM)驱动系统的功率变换器是决定系统可靠性的关键环节,功率变换器的长时间故障运行会导致整个系统的崩溃,因此,功率变换器的故障诊断具有重要的作用。采用离散小波变换方法,提取故障相电流的平均值与标准差的比值作为诊断特征量,对功率变换器斩波管和位置管的4种故障类型进行分析和讨论,实现了故障类型的确定与故障器件的定位。最后通过仿真和试验验证了所提的故障诊断方法具有良好的可行性和有效性。

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