2019年第46卷第10期文章目次

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  • 1  轴向充磁圆筒型永磁直线同步电机气隙磁场解析计算
    任宁宁 范乐 杨科科 李长乐
    2019, 46(10):1-5, 13.
    [摘要](61) [HTML](0) [PDF 676.45 K](80)
    摘要:
    介绍了一种基于许-克变换法的轴向充磁结构圆筒型永磁直线同步电机(TPMLSM)气隙磁场解析计算方法。首先采用许-克变换法计算出无齿槽时电机的气隙磁场;然后利用许-克变换法求取初级铁心开槽时的气隙相对比磁导函数,分析铁心开槽对气隙磁场的影响;最后通过无齿槽时的气隙磁场与有齿槽时的气隙磁场相对比磁导函数得到有齿槽时电机的气隙磁场分布。同时给出了该种充磁结构TPMLSM气隙磁场解析计算表达式,并以1台36/12极槽配合轴向充磁TPMLSM样机进行试验。试验结果证明空载气隙磁场的有限元分析值与解析值较吻合,空载电动势(EMF)计算值、试验测试值、有限元分析值一致。
    2  表贴式永磁电机碳纤维护套转子强度及过盈量分析
    杨振中 许欣 段宗玉 石江 韦在凤
    2019, 46(10):6-13.
    [摘要](27) [HTML](0) [PDF 924.43 K](53)
    摘要:
    针对表贴式永磁电机转子在高速高温状态下转子强度计算问题,提出了考虑磁钢分块结构的转子模型。基于厚壁圆筒理论推导了转子强度计算的解析解,分别计算出碳纤维护套及磁钢的切向应力和径向应力;基于有限元法分析了多种工况下的转子强度,在高速及高温工况下转子所受应力均会增加;对比解析分析结果表明,有限元法及解析法均能准确计算碳纤维护套应力,而磁钢却受到边缘效应的影响,磁钢边缘应力增大,解析分析难以进行精准计算;基于有限元法分析护套与磁钢过盈量,优化了转子结构,提出了过盈量的最优范围。
    3  基于CMPSO算法的永磁同步电机转动惯量识别研究
    田峰 林荣文 吴雅琳
    2019, 46(10):14-18, 65.
    [摘要](21) [HTML](0) [PDF 678.79 K](55)
    摘要:
    永磁同步电机(PMSM)是一种具有很强非线性的动态系统,在工业驱动应用中发挥着重要作用。实时辨识转动惯量对于高精度PMSM系统控制和稳定性状态监测具有重要意义,但传统转动惯量识别方法精度较低。在传统离散模型参考自适应理论基础之上,用柯西变异粒子群优化(CMPSO)算法代替待辨识参数自适律设计环节,以实现PMSM转动惯量识别。该转动惯量辨识方法充分利用了CMPSO算法的快速高效收敛性,仿真结果和试验结果表明了可行性、正确性和准确性。
    4  基于程序集成及响应面模型的电机冷却性能优化
    李成功 杨建玺 王团锋 王帅 毛亚洲
    2019, 46(10):19-24.
    [摘要](19) [HTML](0) [PDF 816.67 K](55)
    摘要:
    建立某60 kW电动汽车用永磁同步电机模型,理论分析得到最佳流道条数以及流道参数取值范围。以冷却流道宽度a、高度b作为设计变量,电机温升和流道进出口压差作为目标函数,通过Isight集成网格变形软件Sculptor和CFD计算软件Fluent,应用拉丁超立方设计方法创建样本点,并进行数据的自动提交仿真计算。根据得到的数据建立响应面模型,采用多岛遗传算法对近似模型寻优。优化后,电机温升和进出口压差分别下降了6.01%、6.81%,电机的性能和安全运行得到了保障。
    5  直驱风电场并网对系统静态电压稳定性的影响
    郑新宇 孙士云 张雪娟 王春又 赵伟
    2019, 46(10):25-34, 45.
    [摘要](18) [HTML](0) [PDF 1.24 M](59)
    摘要:
    风电场的大规模接入会对电网静态电压稳定性造成不容忽视的影响。以含直驱风电机组的扩展单机无穷大系统为例,通过2种静态潮流计算方法对含直驱风机的系统等值模型进行分析,推导风电接入后系统并网点母线电压的解析式。在BPA中分别建立含直驱风电机组的扩展单机无穷大系统以及实际电网系统的仿真模型,对比理论计算结果与仿真试验结果。分析并网点母线电压在不同控制方式下,风电渗透率、风机并网位置、负荷接入比例和负荷接入位置等因素对系统静态电压稳定性的影响。
    6  基于改进粒子群优化模糊控制的MPPT算法研究
    徐偲喆 查晓锐
    2019, 46(10):35-39.
    [摘要](35) [HTML](0) [PDF 759.27 K](85)
    摘要:
    在光照强度和温度变化时,常规的最大功率点跟踪(MPPT)算法难以快速准确地跟踪光伏系统最大功率点。针对此问题,设计了一种改进粒子群优化算法(PSO)的模糊控制器。首先,依据常规MPPT特性,设计了一种带调整因子的模糊控制算法以快速收敛到最大功率点;然后,采用参数自适应PSO对设计的模糊控制器调整因子进行动态优化。仿真结果表明:所设计的参数自适应PSO优化模糊控制器能快速准确地跟踪最大功率点,保证了MPPT的动态响应速度和稳态精度,提高了光伏系统的工作效率。
    7  四相横向磁通永磁电机的三电平滞环电流控制
    段津津 陈志辉 张昌锦 陈佳鑫
    2019, 46(10):40-45.
    [摘要](17) [HTML](0) [PDF 834.43 K](51)
    摘要:
    以新型四相横向磁通永磁电机为研究对象,利用MATLAB/Simulink软件平台以及Simpower System工具箱,对闭环控制系统进行了研究。在传统双闭环调速控制基础上,为滞环电流控制环引入零电平,将滞环分为上滞环和下滞环。综合考虑开关频率与电流THD确定合适的滞环环宽,并根据偏差电流值与滞环环宽比较值得到逆变器控制信号。通过仿真得到各种工况下的电机运行数据,说明该控制方法能够对四相横向磁通永磁电机进行有效控制。
    8  无刷直流电机高精度换相控制
    尤钱亮 陆佳琪
    2019, 46(10):46-50, 57.
    [摘要](16) [HTML](0) [PDF 713.73 K](57)
    摘要:
    针对无刷直流电机(BLDCM)换相期间不导通相续流而产生端电压脉冲的问题,依据反电动势(EMF)过零法原理,分析了端电压脉冲产生的原因及对反电动势过零检测精度的影响,提出了一种利用软件算法避开端电压脉冲从而实现无位置传感器BLDCM高精度换相的控制方法。首先,利用条件语句及程序运行时间差避开端电压脉冲;为了在重载情况下提高所设计程序运行时间差的容错率,提出一种减小换相续流时间的方法;最后,搭建了无传感器BLDCM试验平台对上述方法进行试验验证。试验结果证明了所提方法在不同占空比和负载下的有效性和准确性。
    9  直驱式电动台钻用开关磁阻电机高效控制
    朱孟美 周广旭 宋宁冉 慕永云 高佳 马建辉 马宏伟 刘义军
    2019, 46(10):51-57.
    [摘要](12) [HTML](0) [PDF 994.50 K](50)
    摘要:
    直驱式电动台钻用效率较高的开关磁阻电机(SRM)替换单相感应电机,将钻头直接固定到电机转子的输出端,省去传统台钻的皮带、塔轮等机械传动装置,实现直接驱动。为了实现直驱式电动台钻全转速范围内的无极调速功能,提出起动阶段采用电流斩波控制(CCC)提供大扭矩;低速阶段采用基于正余弦电流分配的方法抑制低速转矩脉动;中高速阶段采用电压斩波控制(CVC)+角度控制(APC)的变角度电压斩波组合控制方式对转速进行调节。从而实现了不同控制模式间的平滑切换的控制策略。试验结果表明:所提出的全转速范围的控制策略效率高、调速性能好,可有效提高电动台钻的性能。
    10  五相永磁同步电机缺两相容错型直接转矩控制
    王凌波 闫震 周扬忠
    2019, 46(10):58-65.
    [摘要](13) [HTML](0) [PDF 1021.38 K](50)
    摘要:
    为了增强五相永磁同步电机(PMSM)驱动系统的可靠性,以永磁体磁通中含有3次谐波分量的五相凸极式PMSM为研究对象,在无故障数学模型的基础上,针对五相绕组缺两相故障情况,提出了相应的缺两相容错型直接转矩控制(PTC)策略。该策略通过构建五相电机缺两相后的α1β1空间电压矢量分布图,基于当前周期的基波磁链信息和基波转矩信息,挑选出下一周期逆变器输出的最优电压矢量。为了实现平滑转矩,基波转矩采用总转矩给定值前馈补偿的方式以抵消电机缺相后3次谐波磁链耦合至α1β1空间而产生的转矩脉动。最后通过试验验证了所提控制方案能够在互相电机缺两相故障情况下平稳运行,且能实现正常运行到容错运行的快速切换。
    11  基于虚拟主轴的分数阶趋近律同步控制策略
    张靓 张鑫 鲁文儒
    2019, 46(10):66-71.
    [摘要](16) [HTML](0) [PDF 779.19 K](52)
    摘要:
    针对机械臂各关节高精度同步控制问题,选取与传统趋近律不同的分数阶趋近律,采用交叉耦合控制结构,提出了一种基于方差虚拟主轴的分数阶趋近律同步控制策略,并对所提的控制策略进行了稳定性证明。以两关节机械臂为研究对象进行了仿真验证。仿真结果表明:所提的控制策略可以使机械臂系统的跟踪误差和同步误差均快速收敛,且具有更快的响应速度和较强的鲁棒性。
    12  大功率高速同步电机暖机进程及顶升油泵系统测试分析
    蒲斌 王洪健
    2019, 46(10):72-76, 110.
    [摘要](16) [HTML](0) [PDF 716.95 K](57)
    摘要:
    根据长输管道大功率高速同步电机暖机进程及顶升油泵系统现状,对机组暖机进程进行测试并跟踪分析,发现暖机进程与同步电机过临界转速时振动值的相关度不高,暖机时间可以进行减少或取消。对同步电机顶升油泵系统进行测试,分析取消顶升油泵时同步电机振动、温度、起停机时间等的变化情况。试验结果表明,可降低顶升油泵联锁停泵转速。
    13  基于DSC整流器和双闭环PR逆变器的模块化中频静变电源
    唐剑飞 聂子玲 许杰 朱俊杰 原景鑫
    2019, 46(10):77-83.
    [摘要](12) [HTML](0) [PDF 924.30 K](49)
    摘要:
    与传统中频电源相比,模块化中频静变电源具有选用灵活、可靠性高、冗余性好、便于系统维护等优点。中频静变电源整流器在控制母线电压稳定的同时还要实现单位功率因数控制。为此,具体分析了双电流环控制策略,给出了双电流环控制器中电压电流正负序分离原理和双dq锁相环的具体实现方法,即延时信号抵消(DSC)和双闭环准比例谐振(PR)。针对逆变器输出电压基波无差跟踪困难、谐波含量高等问题,采用双闭环多重准PR控制策略,实现中频电压的稳定输出。仿真和试验结果表明,双电流环控制器能同时实现母线电压稳定和单位功率因数控制,采用双闭环多重准PR控制策略的中频逆变器能够输出稳定的中频交流电压。
    14  电动汽车用永磁同步电机控制器设计
    黄其 陈翔 罗玲 薛利昆
    2019, 46(10):84-91.
    [摘要](18) [HTML](0) [PDF 1.19 M](72)
    摘要:
    电动汽车逐渐成为人们出行的交通工具之一,对技术可靠性和安全性的要求较高。电机控制器是实现电池直流电源向三相交流电源转换的装置,驱动永磁同步电机(PMSM)输出力能。设计了一款基于瑞萨单片机的PMSM控制器,从元器件选型、硬件保护电路原理、PCB布局、控制算法、结构强度和热分析方面展开分析。最后生产控制器样机并搭建试验平台,对PMSM控制器进行了效率特性测试、发电测试和温升测试。试验结果验证了设计方案的合理性。
    15  新能源汽车灌封电机温度特性研究
    董江东 许时杰 于冰 唐小春
    2019, 46(10):92-98, 110.
    [摘要](20) [HTML](0) [PDF 935.62 K](99)
    摘要:
    新能源汽车用电机对大小及质量的要求严格,具有功率密度高、质量轻、体积小、内部结构紧凑等特点,故不可避免会产生较大的散热压力,因此带水套的液冷电机成为主流形式。如何建立电机内部与壳体之间高效的导热通道,是限制电机性能的重要问题之一。运用电机灌封技术在定子槽内绕组以及端部绕组处填充热导率相对较高的灌封胶,以提高绕组的导热效率。利用流体仿真的方法对灌封后的电机流场以及温度场进行研究,与未灌封电机对比,利用现有的试验平台,对仿真结果进行验证。结果表明:电机灌封后有效的改善了端部绕组以及槽内绕组的散热条件,降低了端部与槽内的温度梯度,电机绕组的最高温度下降了22 K,效果较为显著。
    16  一款基于双面水冷IGBT的双电机控制器开发与验证
    陈俊 王莹 魏俊天 卢航宇
    2019, 46(10):99-103.
    [摘要](24) [HTML](0) [PDF 765.68 K](55)
    摘要:
    针对双电机混合动力汽车开发了一款双电机控制器。阐述了该控制器的总体设计方案,从系统的结构、硬件、软件进行了分析,提出了基于双面水冷IGBT的双电机控制器设计方案,并对双面水冷散热器进行了热仿真,研究了IGBT模块的散热效果。最后,对试验样机进行了台架试验,由试验波形可看出,所设计的双电机控制器具有良好的控制效果。
    17  电动汽车用永磁同步电机模型预测MRAS无速度传感器控制
    潘峰 秦国锋 王淳标 袁媛
    2019, 46(10):104-110.
    [摘要](14) [HTML](0) [PDF 952.99 K](52)
    摘要:
    针对电动汽车机械式传感器在复杂工作环境下易失效的问题,将基于模型参考自适应(MRAS)的无速度传感器技术应用于电动汽车中。针对传统MRAS无速度传感器控制存在的转子位置估计相位延迟较大、转速估计误差较大等问题,将模型预测控制算法应用到MRAS中。参考模型选用永磁同步电机(PMSM)电流磁链方程,可调模型选取电压磁链方程,代价函数是磁链的差值,待估计参数选择转子位置。与传统MRAS无速度传感器控制算法相比,转速、转子位置估计结果更加精确,估计误差较小,动态性能和稳态性能优良。通过仿真和试验验证了算法的可行性和有效性。

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