2019年第46卷第8期文章目次
2019, 46(8):1-10, 30.
摘要:
近年来,模型预测控制(MPC)的理论和技术得到了长足发展,应用前景广阔。介绍了MPC的基本原理；简要对比分析了国内外电机系统MPC技术的研究概况。研究了有限控制集模型预测控制(FCSMPC)应用于电机驱动系统的控制方案。总结了FCSMPC关于价值函数设计、计算量降低、矢量作用个数以及鲁棒性提高等方面的研究思路。展望了未来FCSMPC技术需要进一步深入和拓展的研究方向。
近年来,模型预测控制(MPC)的理论和技术得到了长足发展,应用前景广阔。介绍了MPC的基本原理；简要对比分析了国内外电机系统MPC技术的研究概况。研究了有限控制集模型预测控制(FCSMPC)应用于电机驱动系统的控制方案。总结了FCSMPC关于价值函数设计、计算量降低、矢量作用个数以及鲁棒性提高等方面的研究思路。展望了未来FCSMPC技术需要进一步深入和拓展的研究方向。
2019, 46(8):11-17.
摘要:
随着数字技术的发展,模型预测控制(MPC)已经广泛应用于交流传动系统。首先介绍了经典MPC策略——有限控制集MPC和连续控制集MPC的原理。其次综述了多步预测控制、多矢量预测控制、具有参数鲁棒性的预测控制、广义模型预测、显式模型预测这些常见的改进MPC的研究现状,并提出相关研究思路。最后,根据MPC的应用需求和研究现状,展望了未来需要进一步深入和拓展的研究方向。
随着数字技术的发展,模型预测控制(MPC)已经广泛应用于交流传动系统。首先介绍了经典MPC策略——有限控制集MPC和连续控制集MPC的原理。其次综述了多步预测控制、多矢量预测控制、具有参数鲁棒性的预测控制、广义模型预测、显式模型预测这些常见的改进MPC的研究现状,并提出相关研究思路。最后,根据MPC的应用需求和研究现状,展望了未来需要进一步深入和拓展的研究方向。
2019, 46(8):18-23, 58.
摘要:
永磁直线同步电机(PMLSM)直接推力控制系统中的传统机械传感器在恶劣工况下难以准确获取控制系统反馈信息。将模型参考自适应算法应用到PMLSM,设计了基于模型参考自适应系统(MRAS)的无速度传感器直接推力控制系统,依据辨识得到的磁链位置重新构建了一种磁链观测器,对磁链进行补偿,减小了直接推力控制推力响应的波动。通过仿真,证明了基于MRAS和磁链补偿的无速度传感器PMLSM直接推力控制系统能够准确地辨识初级的速度和位置信息,得到了较好的动静态性能。
永磁直线同步电机(PMLSM)直接推力控制系统中的传统机械传感器在恶劣工况下难以准确获取控制系统反馈信息。将模型参考自适应算法应用到PMLSM,设计了基于模型参考自适应系统(MRAS)的无速度传感器直接推力控制系统,依据辨识得到的磁链位置重新构建了一种磁链观测器,对磁链进行补偿,减小了直接推力控制推力响应的波动。通过仿真,证明了基于MRAS和磁链补偿的无速度传感器PMLSM直接推力控制系统能够准确地辨识初级的速度和位置信息,得到了较好的动静态性能。
2019, 46(8):24-30.
摘要:
在列车牵引逆变器中,为了防止上、下开关管同时导通,通常会在导通时间中加入死区时间。这会使牵引电机产生5、7次电流谐波。显然,研究如何抑制该谐波是非常有必要的。首先分析了死区时间引起的5、7次电流谐波；然后采用自适应陷波器提取电流中的谐波分量,来补偿死区时间并进行稳定性分析；最后在MATLAB/Simulink仿真平台上研究所提方法的有效性。
在列车牵引逆变器中,为了防止上、下开关管同时导通,通常会在导通时间中加入死区时间。这会使牵引电机产生5、7次电流谐波。显然,研究如何抑制该谐波是非常有必要的。首先分析了死区时间引起的5、7次电流谐波；然后采用自适应陷波器提取电流中的谐波分量,来补偿死区时间并进行稳定性分析；最后在MATLAB/Simulink仿真平台上研究所提方法的有效性。
2019, 46(8):31-36.
摘要:
伺服驱动器由于具有很强的非线性,导致永磁同步电机(PMSM)的定子电流中含有大量的高次谐波并且引发较大的转矩脉动。针对这一问题,提出基于级联型二阶广义积分器(SOGI)的谐波抑制方法,将级联型SOGI与电流环d、q轴的PI控制器并联,利用级联型SOGI提取d、q轴电流中的6次谐波分量,并将其注入到PI控制器的输出电压中,从而抵消参考电压中的谐波。仿真结果表明:采用基于级联型SOGI的电压补偿法进行谐波抑制,电流波形的畸变得到了明显改善,证明了所提算法的有效性。
伺服驱动器由于具有很强的非线性,导致永磁同步电机(PMSM)的定子电流中含有大量的高次谐波并且引发较大的转矩脉动。针对这一问题,提出基于级联型二阶广义积分器(SOGI)的谐波抑制方法,将级联型SOGI与电流环d、q轴的PI控制器并联,利用级联型SOGI提取d、q轴电流中的6次谐波分量,并将其注入到PI控制器的输出电压中,从而抵消参考电压中的谐波。仿真结果表明:采用基于级联型SOGI的电压补偿法进行谐波抑制,电流波形的畸变得到了明显改善,证明了所提算法的有效性。
2019, 46(8):37-40, 46.
摘要:
电压源型逆变器由于死区效应,导致输出发生非标准化、畸变化,影响感应电机的控制精确度,特别是无速度传感器矢量控制,同时造成电网侧能量的流失。为了减小死区效应产生的影响,列出误差计算公式,求得总延时时间。另外,对定子电阻进行自适应辨识,增加所求延时时间精确度的同时可以运用到电机矢量控制中。经过补偿误差电压,提高了控制性能,降低了对控制系统的影响。结果表明所提补偿策略对电流波形、总谐波失真具有改善作用。
电压源型逆变器由于死区效应,导致输出发生非标准化、畸变化,影响感应电机的控制精确度,特别是无速度传感器矢量控制,同时造成电网侧能量的流失。为了减小死区效应产生的影响,列出误差计算公式,求得总延时时间。另外,对定子电阻进行自适应辨识,增加所求延时时间精确度的同时可以运用到电机矢量控制中。经过补偿误差电压,提高了控制性能,降低了对控制系统的影响。结果表明所提补偿策略对电流波形、总谐波失真具有改善作用。
2019, 46(8):41-46.
摘要:
针对开关磁阻电机(SRM)的简化磁链法只能实现单相导通运行且导通区间固定的缺点,提出了一种结合固定关断角和自适应调节开通角的无位置传感器控制技术。利用曲线拟合关断位置磁链取代传统存储数据表,通过对比实时计算的动态磁链和曲线拟合的静态磁链,确定关断位置信号并估计转速和其他位置。考虑电机阻抗和电感的非线性特点,优化电感最小区域的开通角自调节模型确定导通区间。仿真结果验证了该方案的可行性和正确性,能够实现转子位置的间接检测,电机的运行效率得到进一步优化。
针对开关磁阻电机(SRM)的简化磁链法只能实现单相导通运行且导通区间固定的缺点,提出了一种结合固定关断角和自适应调节开通角的无位置传感器控制技术。利用曲线拟合关断位置磁链取代传统存储数据表,通过对比实时计算的动态磁链和曲线拟合的静态磁链,确定关断位置信号并估计转速和其他位置。考虑电机阻抗和电感的非线性特点,优化电感最小区域的开通角自调节模型确定导通区间。仿真结果验证了该方案的可行性和正确性,能够实现转子位置的间接检测,电机的运行效率得到进一步优化。
2019, 46(8):47-54.
摘要:
采用秸秆生产丁醇时,为了达到高效率发酵,需要使发酵液中菌体分布均匀,所加物料需要及时搅拌。工业化生产丁醇的发酵罐尺寸较大,搅拌过程对驱动电机的输出转矩要求较高,因此高效率、小体积、低速大转矩的秸秆发酵搅拌电机对工业化发酵生产丁醇意义重大。设计了一种定转子永磁游标电机用于发酵液搅拌,并对电机的槽极数、电磁性能进行了具体的研究。制造样机并采用滞环控制实现了对液态发酵对象的快速响应,且实现了低能耗、高效率的发酵过程。
采用秸秆生产丁醇时,为了达到高效率发酵,需要使发酵液中菌体分布均匀,所加物料需要及时搅拌。工业化生产丁醇的发酵罐尺寸较大,搅拌过程对驱动电机的输出转矩要求较高,因此高效率、小体积、低速大转矩的秸秆发酵搅拌电机对工业化发酵生产丁醇意义重大。设计了一种定转子永磁游标电机用于发酵液搅拌,并对电机的槽极数、电磁性能进行了具体的研究。制造样机并采用滞环控制实现了对液态发酵对象的快速响应,且实现了低能耗、高效率的发酵过程。
2019, 46(8):55-58.
摘要:
为了提升直流电动机起动效率,对其起动进行变分,得到唯一的转速下凹抛物极值轨线。通过仿真比较,验证此为最低能效的轨线。故而考虑其他几种起动轨线以寻找出能效最优的轨线,尤其是与变分极值轨线相对偶的凸抛物轨线,经仿真验证其为高能效轨线。另外经仿真验证,恒定高电流的简单起动方法也可以进一步提升效率。
为了提升直流电动机起动效率,对其起动进行变分,得到唯一的转速下凹抛物极值轨线。通过仿真比较,验证此为最低能效的轨线。故而考虑其他几种起动轨线以寻找出能效最优的轨线,尤其是与变分极值轨线相对偶的凸抛物轨线,经仿真验证其为高能效轨线。另外经仿真验证,恒定高电流的简单起动方法也可以进一步提升效率。
2019, 46(8):59-64.
摘要:
电动汽车轮毂电机经常要在复杂的运行工况和恶劣环境下运行,导致轮毂电机电流和内部电磁损耗不断发生变化,对电机温升分析和可靠运行产生严重影响。以1台4 kW轮毂电机为例,利用Maxwell电磁有限元分析软件,建立轮毂电机的电磁有限元模型并对电磁场进行计算。通过选取加速和过载中常见的8种工况进行计算,分析了轮毂电机各部件的电磁损耗分布状态和数值变化规律。由分析结果可知,定子铁耗随转速的上升而增加,随过载倍数增加的变化不大；转子产生的铁心损耗可以忽略不计；永磁体涡流损耗同时随着加速和过载的增加而增加,但加速工况产生的影响更强；绕组铜耗主要受过载倍数变化的影响,占总损耗的比重最大,是主要热源。研究结果为轮毂电机温度场的分析和冷却结构的设计提供重要的参考依据。
电动汽车轮毂电机经常要在复杂的运行工况和恶劣环境下运行,导致轮毂电机电流和内部电磁损耗不断发生变化,对电机温升分析和可靠运行产生严重影响。以1台4 kW轮毂电机为例,利用Maxwell电磁有限元分析软件,建立轮毂电机的电磁有限元模型并对电磁场进行计算。通过选取加速和过载中常见的8种工况进行计算,分析了轮毂电机各部件的电磁损耗分布状态和数值变化规律。由分析结果可知,定子铁耗随转速的上升而增加,随过载倍数增加的变化不大；转子产生的铁心损耗可以忽略不计；永磁体涡流损耗同时随着加速和过载的增加而增加,但加速工况产生的影响更强；绕组铜耗主要受过载倍数变化的影响,占总损耗的比重最大,是主要热源。研究结果为轮毂电机温度场的分析和冷却结构的设计提供重要的参考依据。
2019, 46(8):65-69, 86.
摘要:
通过构建二维槽号图,并运用统一设计法来对72槽8/10极变极异步电机的交流绕组进行分析研究,得出对8极来说有较高分布系数的2种绕组设计方案。这2个方案的基波相带宽度分别是60°/165°以及120°/120°。采用YY/Δ反向变极结构,经过绕组磁势谐波计算后,对2种绕组进行节距选择以及磁势谐波分析,得出三相平衡度高、谐波小的最优方案。
通过构建二维槽号图,并运用统一设计法来对72槽8/10极变极异步电机的交流绕组进行分析研究,得出对8极来说有较高分布系数的2种绕组设计方案。这2个方案的基波相带宽度分别是60°/165°以及120°/120°。采用YY/Δ反向变极结构,经过绕组磁势谐波计算后,对2种绕组进行节距选择以及磁势谐波分析,得出三相平衡度高、谐波小的最优方案。
2019, 46(8):70-75.
摘要:
针对YKS规格的高压高速电机单机容量高、局部温升大等特点,以1台YKS5602 3 000 kW规格的高压高速电机为例,依据电机实际尺寸,建立了电机端部绕组及定转子模型。采用有限元法对流体场与温度场进行了仿真,计算出电机运行时各个通风槽内冷却气体流动情况,并对电机整体进行流固耦合分析,得到高压电机端部绕组及定转子温度场分布。对仿真计算结果分析,并与样机试验数据比较,结果表明:流体场和温度场耦合的方法能够准确地了解YKS电机各个通风槽内的气体流动情况及电机内局部温升分布。
针对YKS规格的高压高速电机单机容量高、局部温升大等特点,以1台YKS5602 3 000 kW规格的高压高速电机为例,依据电机实际尺寸,建立了电机端部绕组及定转子模型。采用有限元法对流体场与温度场进行了仿真,计算出电机运行时各个通风槽内冷却气体流动情况,并对电机整体进行流固耦合分析,得到高压电机端部绕组及定转子温度场分布。对仿真计算结果分析,并与样机试验数据比较,结果表明:流体场和温度场耦合的方法能够准确地了解YKS电机各个通风槽内的气体流动情况及电机内局部温升分布。
2019, 46(8):76-81.
摘要:
磁悬浮轴承(MBs)作为飞轮系统的重要组成部分,工作在真空环境,然而散热条件差,温度过高严重影响了飞轮的运行,降低了飞轮的可靠性。在对飞轮储能用混合型磁悬浮轴承损耗进行分析的基础上,利用ANSYS有限元软件建立混合型磁轴承的3D热模型,将不同运行状态下磁悬浮轴承的损耗作为热源导入温度场中,得到了磁悬浮轴承在不同运行状态下的温度分布,为磁悬浮轴承的设计和温升控制提供了重要的依据。
磁悬浮轴承(MBs)作为飞轮系统的重要组成部分,工作在真空环境,然而散热条件差,温度过高严重影响了飞轮的运行,降低了飞轮的可靠性。在对飞轮储能用混合型磁悬浮轴承损耗进行分析的基础上,利用ANSYS有限元软件建立混合型磁轴承的3D热模型,将不同运行状态下磁悬浮轴承的损耗作为热源导入温度场中,得到了磁悬浮轴承在不同运行状态下的温度分布,为磁悬浮轴承的设计和温升控制提供了重要的依据。
2019, 46(8):82-86.
摘要:
与传统三相变频器相比,大功率多相变频驱动系统在功率不变的情况下可以通过增加相数降低电压,并在极短时间内进行飞车起动、在缺相情况下进行并网、旁路运行。整个系统具有安全可靠、系统效率高、低振动、低噪声、低成本、节能环保等优点。对高低压转换星型多相变频驱动系统拓扑结构进行了详细说明,对大功率多相变频驱动系统进行了参数与结构设计,并通过工程样机测试验证,依据数据分析、试验结果、现场运行验证了该产品的先进性。
与传统三相变频器相比,大功率多相变频驱动系统在功率不变的情况下可以通过增加相数降低电压,并在极短时间内进行飞车起动、在缺相情况下进行并网、旁路运行。整个系统具有安全可靠、系统效率高、低振动、低噪声、低成本、节能环保等优点。对高低压转换星型多相变频驱动系统拓扑结构进行了详细说明,对大功率多相变频驱动系统进行了参数与结构设计,并通过工程样机测试验证,依据数据分析、试验结果、现场运行验证了该产品的先进性。
2019, 46(8):87-95, 109.
摘要:
介绍了高速列车、轻轨、地铁等轨道交通领域永磁同步牵引系统技术在国内外的研究和产业应用现状,分析说明了永磁同步牵引系统的技术优势、风险分析及预防措施。以CRH5型车为原型,详细说明了永磁同步牵引系统样机设计过程的设计思路、关键技术和分析仿真试验。地面联调试验和装车考核结果表明,牵引控制单元、辅助控制单元、控制算法等系统核心技术安全可靠,系统效率提升3%以上。
介绍了高速列车、轻轨、地铁等轨道交通领域永磁同步牵引系统技术在国内外的研究和产业应用现状,分析说明了永磁同步牵引系统的技术优势、风险分析及预防措施。以CRH5型车为原型,详细说明了永磁同步牵引系统样机设计过程的设计思路、关键技术和分析仿真试验。地面联调试验和装车考核结果表明,牵引控制单元、辅助控制单元、控制算法等系统核心技术安全可靠,系统效率提升3%以上。
2019, 46(8):96-104.
摘要:
当船舶轴带无刷双馈电机(BDFG)功率绕组发生三相短路故障时,短路电流会对系统造成较大的危害。因此,有必要设计专门的保护电路保障系统的安全。利用空间旋转坐标系,建立船舶轴带BDFG功率绕组三相短路时的动态方程,并依据磁链守恒定律研究系统短路电流的变化特性。通过分析短路电流的各个分量,提出加入撬棒电阻和直流卸载电路的保护方式来卸载过电流,并进一步研究加入保护电路后的电流变化特性。以1台30 kVA的BDFG为仿真对象,运用MATLAB/Simulink进行模型仿真和理论值计算,验证了保护电路的有效性,对船舶轴带BDFG电气安全设计具有指导意义。
当船舶轴带无刷双馈电机(BDFG)功率绕组发生三相短路故障时,短路电流会对系统造成较大的危害。因此,有必要设计专门的保护电路保障系统的安全。利用空间旋转坐标系,建立船舶轴带BDFG功率绕组三相短路时的动态方程,并依据磁链守恒定律研究系统短路电流的变化特性。通过分析短路电流的各个分量,提出加入撬棒电阻和直流卸载电路的保护方式来卸载过电流,并进一步研究加入保护电路后的电流变化特性。以1台30 kVA的BDFG为仿真对象,运用MATLAB/Simulink进行模型仿真和理论值计算,验证了保护电路的有效性,对船舶轴带BDFG电气安全设计具有指导意义。
2019, 46(8):105-109.
摘要:
首先介绍了电动汽车用永磁同步电机(PMSM)运行特性和控制器输出特点。然后根据GB/T 18488—2015《电动汽车用驱动电机系统》标准规定的技术条件和试验方法,结合电动汽车用PMSM生产工艺规划,设计了电动汽车用PMSM在线检测工艺流程。在此基础上,设计了电动汽车用PMSM在线性能检测的测试系统,系统应用了先进的变频测量技术和计算机控制测量技术,能够按照相关的标准规定很好地完成电机在线性能检测。最后进行试验验证,结果表明:该系统测量精确、运行稳定、操作简便、自动化程度较高,具有较高的设计参考价值。
首先介绍了电动汽车用永磁同步电机(PMSM)运行特性和控制器输出特点。然后根据GB/T 18488—2015《电动汽车用驱动电机系统》标准规定的技术条件和试验方法,结合电动汽车用PMSM生产工艺规划,设计了电动汽车用PMSM在线检测工艺流程。在此基础上,设计了电动汽车用PMSM在线性能检测的测试系统,系统应用了先进的变频测量技术和计算机控制测量技术,能够按照相关的标准规定很好地完成电机在线性能检测。最后进行试验验证,结果表明:该系统测量精确、运行稳定、操作简便、自动化程度较高,具有较高的设计参考价值。
《电机与控制应用》
月刊，1959年创刊
- 主管单位：上海市经济和信息化委员会
- 主办单位：上海电器科学研究所（集团）有限公司
- 刊号：ISSN 1673-6540
- CN 31-1959/TM
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