2020年第10期文章目次

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  • 1  考虑磁饱和特性下特殊位置电感的开关磁阻电机无位置传感器控制
    冯创,颜建虎,周怡,宋同月,应展烽
    2020, 47(10):1-6. DOI: 10.12177/emca.2020.114
    [摘要](17) [HTML](0) [PDF 834.31 K](15)
    摘要:
    开关磁阻电机(SRM)在实际运行时由于负载增加导致电流增大,会使SRM进入磁饱和工作状态。传统的无位置传感器控制方法解决磁饱和问题需要进行大量离线测量。因此,提出一种基于特殊位置判断的SRM无位置传感器控制策略。该方法通过向非导通相注入高频脉冲电压以得到全周期电感,通过电感曲线非饱和段的线性变化关系在线得出15°、30°、45°、60° 4个特殊位置对应的非饱和相电感值,根据电感与角度对应关系,在一个周期内得到4个特殊位置,通过相邻2次位置估算电机转速与全周期转子位置。在此基础上,搭建了基于Simulink的仿真模型和基于DSP的试验平台,通过仿真与试验验证了该方法的正确性。
    2  基于拓展电压矢量集合的表贴式永磁同步电机磁链和转矩无差拍控制
    李耀华,周逸凡,赵承辉,秦玉贵,秦辉,苏锦仕
    2020, 47(10):7-16. DOI: 10.12177/emca.2020.099
    [摘要](15) [HTML](0) [PDF 1.06 M](16)
    摘要:
    建立了定子磁链坐标系下表贴式永磁同步电机(PMSM)磁链与转矩变化量简化计算模型,针对直接转矩控制(DTC)转矩脉动较大的问题,提出磁链和转矩无差拍(DB)控制。基于简化计算模型,推导出DB控制的理想电压矢量,并采用模型预测控制(MPC)技术实现DB控制。为了提升系统性能,提出一种基于角度拓展电压矢量的方法,将备选电压矢量数目增加到37个,并通过判断理想电压角度减少了计算负担。采用查表方式直接生成电压矢量,无需空间矢量调制(SVM)计算,提高系统实时性能。仿真结果表明:拓展电压矢量集合可降低转矩脉动。为了进一步减低磁链与转矩脉动,提出一种基于角度与幅值的电压矢量拓展方法,仅需判断电压矢量角度和幅值是否接近理想状态,查表即可产生幅值任意的电压矢量。仿真结果表明:该方法可进一步显著减小磁链和转矩脉动。
    3  基于非奇异快速终端模糊滑模控制器的SPMSM无速度传感器控制
    朱昱豪,于永进
    2020, 47(10):17-23. DOI: 10.12177/emca.2020.113
    [摘要](10) [HTML](0) [PDF 870.86 K](15)
    摘要:
    传统PI速度控制和传统滑模控制(SMC)导致表贴式永磁同步电机(SPMSM)运行时速度调节差,在负载发生改变和转速突变时不能很好地控制,系统抖振较大。为了解决此问题,提出一种新型非奇异快速终端(NSFT)滑模面与模糊控制相结合的方法,设计速度控制器以实现SPMSM的无速度传感器控制。用连续函数υ(s)代替趋近律中的开关函数,有效抑制抖振;设计模糊控制规则和模糊参数自适应律,对趋近律中的参数进行自适应调整;设计Lyapunov函数证明新型SMC的稳定性。MATLAB仿真结果表明,所设计的新型NSFT模糊滑模速度控制器(NSFT-Fuzzy-SMC)在系统状态发生改变时,调节速度更快,效果更好,系统的鲁棒性更强,稳定运行时抖振更小,比传统SMC具有更好的控制性能和抗干扰能力。
    4  基于自抗扰控制的船舶永磁电机无位置传感器混合控制
    陈再发,刘彦呈,庄绪州
    2020, 47(10):24-32. DOI: 10.12177/emca.2020.117
    [摘要](9) [HTML](0) [PDF 1.11 M](15)
    摘要:
    无位置传感器控制是船舶电力推进系统可靠性的重要保障。针对目前没有单一算法能够实现全转速范围的无位置传感器控制,提出了一种基于自抗扰的无位置传感器混合控制策略。对于电机零、低速区域采用高频电流注入法估算转子位置,对于中、高速区域采用扩展反电动势(EMF)法估算转子位置,并将2种估算方案集成到同一控制结构中,分别设计了适用于其电流内环的自抗扰控制器,使用扩张状态观测器实现了高性能的位置估计,最后针对2种算法切换的问题给出了融合过渡方案。实物平台验证了算法的精准性及强鲁棒性,为实现全转速范围船舶推进内置式永磁同步电机(IPMSM)无位置传感器控制提供了依据。
    5  基于改进自抗扰的永磁同步电机位置伺服系统
    贾红敏,张立广,闫曌
    2020, 47(10):33-39. DOI: 10.12177/emca.2020.111
    [摘要](11) [HTML](0) [PDF 881.22 K](16)
    摘要:
    为了提高系统对未知扰动和参数变化的鲁棒性,将自抗扰控制(ADRC)策略引入到永磁同步电机(PMSM)位置伺服系统中,并对ADRC策略进行改进,使系统满足高性能伺服控制要求。通过对ADRC中扩张状态观测器(ESO)结构的改进,提高观测器对扰动的观测速度。同时,针对ADRC中使用的转动惯量与实际惯量间存在误差,会影响速度ADRC控制器中控制增益的选取,采用在线惯量辨识方法,实时调节控制器参数。综合以上2点改进措施,分别设计转速环、位置环改进ADRC控制器,从根本上提高系统的动态性能和抗扰动能力。最后,通过仿真验证改进ADRC策略在PMSM位置伺服系统中的有效性。
    6  基于参数辨识的永磁伺服系统转速自适应控制
    罗伟维
    2020, 47(10):40-45. DOI: 10.12177/emca.2020.126
    [摘要](7) [HTML](0) [PDF 781.87 K](17)
    摘要:
    针对伺服电机驱动中转速控制器性能因伺服系统参数变化而下降的问题,提出一种基于参数辨识的转速自适应控制方法。对于转动惯量的变化,在连续域建立模型参考自适应系统(MRAS),通过Popov超稳定性理论设计一种比例+积分(PI)型自适应律,提高了惯量辨识的收敛速度和稳态精度。对于负载转矩,提出一种基于中间变量设计的扰动观测器。将辨识值反馈至速度控制器中,实现控制器参数在线自整定。试验结果表明,所提转速自适应控制方法能准确辨识出转动惯量和负载转矩从而进行控制器参数调整,该方法对参数变化具有良好的鲁棒性。
    7  定子鼠笼式智能多相电机绕组交流损耗研究
    赵子健,黄礼坤,江景成,施振川,解伟
    2020, 47(10):46-50. DOI: 10.12177/emca.2020.108
    [摘要](12) [HTML](0) [PDF 687.49 K](8)
    摘要:
    针对定子鼠笼式智能多相电机定子绕组受到高频电流引起涡流效应、趋肤效应和邻近效应的问题,重点分析了不同因素对交流损耗的影响。采用有限元软件,建立定子鼠笼式电机模型,分析了绕组上的趋肤效应与邻近效应,探究定子槽型尺寸、导条槽内位置以及导条截面积对于绕组交流损耗的影响规律,对比研究不同极对数、不同材料下的交流损耗情况。研究结果表明:改变定子槽型尺寸、导条截面积以及绕组材料等可以明显降低定子绕组的交流损耗。
    8  紧凑型变频调速永磁同步电机转子拓扑结构对比分析
    吴小夫,韦福东,吴艳红
    2020, 47(10):51-55. DOI: 10.12177/emca.2020.127
    [摘要](10) [HTML](0) [PDF 674.17 K](9)
    摘要:
    以1台72槽6极内置式变频调速永磁同步电机(VFAS-PMSM)为例,运用数值法和有限元仿真分析,从空载反电动势及谐波含量、齿槽转矩波动和损耗等方面对比不同转子拓扑结构对电机电磁性能的影响。另外,通过考虑径向电磁力对转子应力的影响,运用数值分析和电磁-结构静力学耦合仿真不同转子拓扑结构时转子铁心的受力及变形情况。通过样机试验,验证了所设计的内置式VFAS-PMSM转子拓扑结构对比分析方法具有一定的指导意义。
    9  复兴号FXD1动力集中动车组用异步牵引电机设计
    何冲,何云风,唐子谋
    2020, 47(10):56-60. DOI: 10.12177/emca.2020.120
    [摘要](5) [HTML](0) [PDF 685.00 K](6)
    摘要:
    介绍了复兴号FXD1动力集中动车组用异步牵引电机的设计情况。主要从整车总体技术要求、电机结构设计、电磁方案设计、电机特性、关键技术、电机试验等方面进行了阐述。根据异步牵引电机的技术特点,通过对电磁设计、结构设计及冷却设计等关键技术研究,设计了1台异步牵引电机,并进行了试验。试验结果表明该异步牵引电机满足整车技术指标要求,验证了设计方案的可行性。
    10  空压机用高速永磁电机铁心和磁钢损耗的影响因素
    陈广勋
    2020, 47(10):61-67. DOI: 10.12177/emca.2020.118
    [摘要](8) [HTML](0) [PDF 1.03 M](7)
    摘要:
    高速电机具有电流频率高、定子铁耗和转子涡流损耗大等特点。针对额定功率10 kW、额定转速100 000 r/min空压机用高速永磁电机,对比分析了平行充磁和径向充磁、脉冲振幅调制(PAM)方波驱动和基于SiC的正弦波驱动时对损耗的影响。分析结果表明,平行充磁气隙磁密谐波小,空载定子铁心损耗比径向充磁低约40%;驱动方式对电机损耗尤其是转子损耗影响较大,正弦波驱动时转子损耗几乎可忽略,方波驱动时转子损耗占比可达总损耗的20%。针对方波驱动转子损耗大的问题,在转子表面增加一层铜屏蔽层,分析结果表明可以有效降低转子涡流损耗。对同一台带压缩机负载的高速电机对比测试了2种驱动器控制下的母线输入的有功功率,验证了驱动方式对电机损耗的影响。
    11  铜铝混合转子在超高效电机中的应用
    孙军建,王国龙,李亚丽
    2020, 47(10):68-73. DOI: 10.12177/emca.2020.116
    [摘要](10) [HTML](0) [PDF 861.89 K](11)
    摘要:
    随着对电机能效要求的大幅提升,通过增加电机材料和体积的方法来提高能效,会产生电机外形尺寸和制造成本大幅增加的问题,尤其在防爆系列电机中,由于其较大的定子外径,将产生客户安装尺寸干涉的现象。因此,提出了一种铜铝混合转子的方法,通过铜铝混合转子的特性介绍和计算分析,说明了铜铝混合转子在超高效电机中的效率提升作用,以及在降低成本和抑制电磁噪声方面的良好效果。
    12  电机轴智能制造方案
    顾德军,陈翔,马莉
    2020, 47(10):74-79. DOI: 10.12177/emca.2020.119
    [摘要](17) [HTML](0) [PDF 928.27 K](7)
    摘要:
    介绍了电机智能制造实施中电机轴加工产线设计原则和设计方案、产能平衡原则等。对比了U型和直线型电机轴加工产线排列方案的优缺点,并介绍了产线的车间数据采集和信息交互等,为电机行业的轴加工产线规划提供参考依据。项目改造后所需生产设备下降了29%,员工人数下降了77%,生产效率提高了35%,不良率由原来的2.5%降至0.25%,提高了产品质量的一致性。
    13  面向大功率芯片散热的电动汽车电机控制器结构优化
    唐广笛,张天昊,章桐
    2020, 47(10):80-84. DOI: 10.12177/emca.2020.100
    [摘要](6) [HTML](0) [PDF 680.78 K](9)
    摘要:
    电动汽车电机控制器集成度较高,设计空间有限,并且为了保证可靠性,许多控制器不能使用风扇对大功率芯片进行降温。因此,为了降低电动汽车电机控制器内大功率芯片的温度,需要对电机控制器结构进行优化设计。通过3种方案来进行优化:首先,通过改变芯片的纵向布置改变芯片周围流场;然后,通过改变控制板结构来改变芯片周围的流场;最后,通过设置冷端导热结构对芯片进行散热。将几种方法的分析结果对比进而得到可以有效降低大功率芯片温度的最佳控制器结构优化方案,优化结果为电机控制器散热设计提供了理论指导。
    14  高功率密度双驱动控制器开发与验证
    陈登峰,周诗君,位超群,魏粲然
    2020, 47(10):85-91. DOI: 10.12177/emca.2020.112
    [摘要](10) [HTML](0) [PDF 1.04 M](7)
    摘要:
    针对新型混合动力机电耦合总成系统开发了一款高功率密度双驱动控制器。详细阐述了该控制器的结构设计方案,并对硬件电气原理和软件控制策略进行了介绍,提出了叠层式七通道的冷却设计方案,并通过有限元仿真对双驱动控制器的散热效果进行了热仿真研究。最后,通过制造样机对双驱动电机控制器进行了台架试验,试验结果表明,所设计的双驱动电机控制器具有高效的冷却效果和稳定的控制性能。
    15  基于电力电子变换器的双三相永磁同步电机模拟器
    邓念,郑虎
    2020, 47(10):92-96. DOI: 10.12177/emca.2020.104
    [摘要](7) [HTML](0) [PDF 717.21 K](7)
    摘要:
    电动助力转向(EPS)系统是汽车的核心部件,采用功率硬件在环仿真测试技术可以缩短系统的开发时间、降低开发成本,同时降低开发风险,已经成为开发流程中非常重要的一环。以EPS用相移30°的双三相永磁同步电机(PMSM)为研究对象,提出了一种基于电力电子变换器的电机模拟器方案,以实现对不同负载条件下的电机动、静态电气行为模拟,为EPS系统的控制算法开发和故障模拟测试提供了高效平台。仿真结果验证了所提方案的有效性和可行性。
    16  基于遗传算法的车用永磁电机转子尺寸多目标优化设计
    范庆锋,王振
    2020, 47(10):97-102. DOI: 10.12177/emca.2020.107
    [摘要](11) [HTML](0) [PDF 764.14 K](10)
    摘要:
    新能源汽车(NEV)驱动电机对于转矩密度、功率密度、转矩脉动、振动噪声和高效率区间等参数有着较为严格的性能要求。转子拓扑及其结构尺寸直接影响电机的磁场大小、磁场分布和谐波磁场含量,对于汽车电机性能起着重要影响。针对该类电机多工况多性能参数的特点,利用有限元软件建立主要工况的电磁场计算模型,确定需要优化的转子结构尺寸。根据车用电机的主要性能指标,以转矩脉动、齿槽转矩、气隙反电动势谐波畸变率和输出转矩作为优化目标,根据不同工况性能需求定义目标函数,选择遗传算法作为多目标优化设计算法,再根据优化计算结果进行方案筛选,最终确定电机的最优转子尺寸。该优化设计方法可快速确定车用永磁电机的最优电磁设计方案,丰富了该类电机的高效优化设计途径。
    17  基于电流延时补偿的逆变器控制策略
    殷鹏涛
    2020, 47(10):103-106. DOI: 10.12177/emca.2020.122
    [摘要](10) [HTML](0) [PDF 639.54 K](9)
    摘要:
    针对三电平逆变器并网系统,研究了一种基于电流延时补偿的逆变器控制策略。首先,根据三电平逆变器并网系统的拓扑,研究了一种改进空间矢量调制策略,可以有效降低共模电压。然后,研究基于电容电流反馈的有源阻尼控制方法和补偿延时的电流半周期控制策略,分析表明半周期控制策略能够避开阻抗极性跃变,提高系统稳定性。最后,通过仿真和试验验证了该方法的有效性。
    18  立式电机转子无纸杯压铸熔杯设计
    王岳
    2020, 47(10):107-109. DOI: 10.12177/emca.2020.115
    [摘要](11) [HTML](0) [PDF 549.21 K](5)
    摘要:
    鼠笼电机转子质量直接影响电机的性能。立式压铸工艺是工业电机常用的生产工艺,转子压铸熔杯的质量及工艺温度控制是顺利制造转子、保证质量的关键。无纸杯压铸工艺取消了石棉纸杯,杜绝了石棉纸压入转子的可能,配合大比压压铸设备有效地提高了电机转子的内在质量,更好地满足超高效电机的性能要求。

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    《电机与控制应用》
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