2020年第47卷第6期文章目次

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  • 1  基于最小二乘法的永磁同步电机电感辨识研究
    刘旭,王旭平,王淑红,梁力波,黄济文
    2020, 47(6):1-5. DOI: 10.12177/emca.2020.033
    [摘要](125) [HTML](0) [PDF 646.52 K](139)
    摘要:
    内置式永磁同步电机(PMSM)的电感会随着磁路的饱和程度加深而减小,导致电机控制系统中,不同运行状态下,电感参数会发生变化,因此准确辨识电感参数对电机的控制性能影响很大。针对这一问题,提出了利用PMSM瞬态电压方程建立基于带遗忘因子的最小二乘法的电感辨识方法。搭建了仿真模型,分析了在转速、转矩发生变化时该辨识方法的辨识结果,并在基于dSPACE的试验平台上试验验证了该辨识方法。通过对比仿真和试验的结果,证明该方法在内置式PMSM控制中具有良好的实时性和有效性。
    2  基于模糊自抗扰的精密直线电机运动控制
    隋延飞,李旭,李星占,刘海波,王永青
    2020, 47(6):6-11. DOI: 10.12177/emca.2020.019
    [摘要](66) [HTML](0) [PDF 821.98 K](100)
    摘要:
    针对精密直线电机运动平台模型参数不确定以及直线电机结构特性带来的端部效应和定位力波动等非线性因素引起的系统动态响应性能下降问题,分析了直线电机运动平台数学模型,设计了一种模糊自抗扰控制器(ADRC)。通过Simulink建立伺服运动平台和控制器模型,并进行仿真优化。仿真结果表明,与传统PID控制器和经典ADRC相比,设计的模糊ADRC的跟随误差明显下降,抵抗系统扰动能力明显上升,说明了模糊ADRC具有更高精度的动态跟随能力及更好的抗干扰性、鲁棒性和自适应能力。
    3  基于改进型模糊自整定PI控制的无刷直流电机PLC调速系统
    刘向辰,张海燕,陈磊,柴乾隆
    2020, 47(6):12-16. DOI: 10.12177/emca.2020.023
    [摘要](84) [HTML](0) [PDF 777.40 K](104)
    摘要:
    针对无刷直流电机(BLDCM)在中低速运行过程中,电机转速存在波动且动态调速特性较差的问题,提出了一种将改进型模糊自整定PI控制与PLC相结合的BLDCM调速方案。改进型模糊自整定PI控制在传统PI控制的基础上引入积分重置环节,既能够对参数进行实时调节,又避免了控制过程中积分饱和的问题。用Visual C++编写控制程序对PLC进行模块化编程。通过试验,证明了改进型方法在电机中低速运行过程中,具有响应速度快、稳定性好、无超调量等优点。
    4  基于新型滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制
    胡锦涛,邵宜祥,周百灵,李伟祚,卫楚奇
    2020, 47(6):17-21. DOI: 10.12177/emca.2020.040
    [摘要](108) [HTML](0) [PDF 764.81 K](144)
    摘要:
    滑模观测器(SMO)的高鲁棒性使其在永磁同步电机(PMSM)无传感器控制系统中成为了研究热点之一。针对传统SMO的计算量大及自身存在的高频抖振现象,主要研究了PMSM无传感器中高速控制过程,设计了一种新型SMO,将边界层和锁相环(PLL)技术共同应用于SMO中,理论分析并建立PMSM的SMO数学模型后,对PLL的设计进行了严格的推导,验证其获得转子位置的精确性。最后,对整体设计方案进行了全面的仿真和试验,结果表明新型SMO对高频抖振的抑制效果显著,且具有更高的精确性和更强的鲁棒性。
    5  基于磁热耦合法的电机模型参数计算
    吴尧辉,方鑫,付豪
    2020, 47(6):22-26. DOI: 10.12177/emca.2020.030
    [摘要](88) [HTML](0) [PDF 703.09 K](163)
    摘要:
    基于有限元法与集总热网络法建立电机温升模型,仿真计算电机瞬态温升。针对电机温升模型参数繁多且计算复杂的问题,从损耗分布和热量传递的角度,系统研究了电机的电磁参数和热参数。根据电机的结构参数建立物理模型,通过电磁仿真结合解析计算修正漏感参数,计算配置端部及外壳换热系数,等效处理定转子气隙对流系数,采用磁热耦合法计算温升。通过试验与仿真对比电机主要部位温升,验证了电机参数计算的准确性。
    6  基于响应曲面法的单边盘式发电机优化设计
    王娜,唐传胜,时磊
    2020, 47(6):27-32. DOI: 10.12177/emca.2020.024
    [摘要](59) [HTML](0) [PDF 768.41 K](104)
    摘要:
    为了拓展单边永磁盘式发电机的应用范围,对该类发电机进行优化设计。通过分析不同永磁体厚度、气隙、形状对发电机的影响,对比有无铁心单边结构发电机的性能,选择适合汽车工况的发电机为研究对象。通过响应曲面法,建立以永磁体厚度、形状为优化变量,电压波形畸变率、效率为优化目标的多目标优化方程。结果表明,不同永磁体厚度与形状对发电机性能具有重要影响,通过响应曲面优化后的单边永磁发电机效率提高了0.83%,THD降低了16.7%。因此,所提优化方法对单边盘式发电机永磁体结构的设计具有一定的指导意义。
    7  变频牵引电机定子绕组绝缘老化特性研究
    雷平振,樊洁心,刘冠芳,李斌寅,牛玉龙
    2020, 47(6):33-37. DOI: 10.12177/emca.2020.038
    [摘要](37) [HTML](0) [PDF 723.31 K](48)
    摘要:
    对比测量了不同运行年限的变频牵引电机的定子绕组绝缘诊断参数,包括绝缘电阻、介质损耗因数、局部放电起始电压(PDIV)、剩余击穿电压等特征参数,以及沿绕组不同部位的绝缘材料取样进行了热失重分析(TGA)来研究绝缘老化特征。介电性能测量结果表明,与新电机相比,运行后定子绕组的绝缘介电性能有不同程度的下降,出槽口附近绝缘的老化程度高于槽内。TGA分析结果表明,使用了长达10年的牵引电机定子绕组绝缘性能略有下降,且线圈下层边的绝缘老化比上层边明显。
    8  微特电机控制器的电磁兼容改善设计
    黄其,郭航城,罗玲,李凡考
    2020, 47(6):38-45. DOI: 10.12177/emca.2020.037
    [摘要](68) [HTML](0) [PDF 1.20 M](67)
    摘要:
    微特电机广泛应用在日常生活设备和工业驱动系统中,各国对电子设备提出了相应的电磁兼容标准。针对一款出口欧洲的微特电机系统,其传导干扰、辐射干扰均超过欧洲EN55032标准,在安装尺寸固定条件下,根据电机的控制原理和结构,对其进行了传导干扰、辐射干扰改善设计。从理论上分析控制器的电磁干扰和耦合途径,通过傅里叶变换分类出共模电流和差模电流的成分,采用调整驱动电阻和开关频率、增加RC吸收电路来削弱干扰源,通过接地滤波来抑制传播途径2种方法来降低电磁干扰。试验结果显示,加滤波电路可以降低传导干扰,加RC吸收电路可以降低辐射干扰。
    9  大功率高速永磁电机的电磁设计与损耗分析
    欧金生,沈贤锋,于文昊,王索
    2020, 47(6):46-51. DOI: 10.12177/emca.2020.029
    [摘要](85) [HTML](0) [PDF 856.63 K](68)
    摘要:
    大功率高速永磁电机的损耗与温升等影响电机功率密度的提高。以500 kW、12 000 r/min高速永磁电机为例,分析了电机极对数、定子绕组形式、转子结构、永磁体等对电机性能特别是损耗的影响。采用电机的有限元仿真模型,对电机的转子结构强度、输出性能、损耗进行了分析计算。试制了样机并对相关性能进行试验验证,分析计算与试验结果均表明,电机达到了较高的技术指标要求,为高速永磁电机的优化设计提供了参考。
    10  双轴伸结构电机转子的动力学分析与结构优化
    白照昊,张磊
    2020, 47(6):52-57. DOI: 10.12177/emca.2020.027
    [摘要](80) [HTML](0) [PDF 858.54 K](77)
    摘要:
    高速电机在设计、制造和运行过程中会出现大量的问题,若仅依靠经验不断地摸索解决,将会耗费大量的时间,效率极低。为此,可以利用合适的计算分析软件对结构进行针对性的分析和优化。利用转子动力学方法对转子结构的振动性能进行评估,继而进行转子结构优化,这是一种行之有效的方法。以1台双轴伸电机的转子振动为例,利用梁单元方法求解转子的静挠度,并使用有限元分析软件ANSYS对电机转子进行转子动力学分析,找出转子振动的原因,并根据计算结果和转子结构的特点进行针对性的优化,根据优化方案对转子结构进行调整,成功解决了该电机的转子振动问题。
    11  3 MW紧凑型低噪声异步风力发电机电磁及冷却设计
    胡雄辉
    2020, 47(6):58-63. DOI: 10.12177/emca.2020.047
    [摘要](61) [HTML](0) [PDF 895.05 K](58)
    摘要:
    以3 MW高效率低噪声笼型风力异步发电机为例,针对笼型异步风力发电机的发展趋势:高效、低噪声、高功率密度的要求展开工作。介绍了笼型异步风力发电机的电磁和冷却方案的计算过程,通过电磁仿真技术对气隙谐波磁场在转子导条中产生的附加损耗进行了优化,通过流体仿真技术计算通风噪声。最后,根据型式试验数据进行对比和分析。结果表明,电机设计方法可行,电机整体性能较优。
    12  基于电机本体的新能源客车电磁噪声分析
    赵吉星,周立新,刘伟,李文军
    2020, 47(6):64-69. DOI: 10.12177/emca.2020.046
    [摘要](63) [HTML](0) [PDF 825.49 K](65)
    摘要:
    为了研究新能源整车在行驶过程中的高频电磁噪声,采用试验与仿真相结合的方法,对某款新能源客车进行噪声、振动与声振粗糙度(NVH)测试,对新能源客车电机进行电磁仿真分析。对求解的电磁力密度进行时空的二维傅里叶变换,结合试验数据确定了电磁噪声主要来自于0阶72倍频;从电机本体出发,以电机转子的磁钢夹角、磁钢长宽等结构参数为设计变量,优化电机电磁力密度与转矩脉动;同时对优化后的模型利用有限元方法进行电磁、结构与声学的多物理场联合仿真,进一步求解电机的电磁噪声,并进行整车的NVH试验验证。试验结果表明:优化后的整车总体噪声减小了8.53 dB(A),电机72倍频噪声最大值减小了18.59 dB(A),减速机7阶噪声最大值减小了5.02 dB(A),仿真结果与试验测试结果吻合。
    13  电动助力转向电机控制系统死区效应研究
    张成宝,苏阳,周中坚
    2020, 47(6):70-75. DOI: 10.12177/emca.2020.044
    [摘要](44) [HTML](0) [PDF 732.84 K](47)
    摘要:
    在汽车电动助力转向(EPS)系统中,逆变器的死区问题是影响转向电机输出性能的主要因素,表现为电流谐波含量增加,引发电机转矩脉动,增加电机附加损耗。双三相永磁同步电机采用2套定子绕组相移30°结构,通过双dq坐标变换控制使6次谐波电流含量降低,电磁转矩总谐波含量减小。仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性。
    14  基于转子辅助槽的车用永磁同步电机振动噪声优化
    刘皖秋,代颖,叶飞,孙涛
    2020, 47(6):76-81. DOI: 10.12177/emca.2020.035
    [摘要](60) [HTML](0) [PDF 911.49 K](64)
    摘要:
    车用永磁同步电机(PMSM)的电磁噪声是新能源汽车噪声的主要来源,直接影响整车的振动噪声特性。作用于电机定子结构的低阶径向电磁力是电机电磁噪声的主要原因,以1台额定功率35 kW的新能源车用PMSM为研究对象,提出一种转子外缘开辅助槽的优化方案以降低电机的振动噪声,通过对辅助槽的多个参数进行多变量寻优确定最优的参数值。采用有限元法对采用辅助槽前后的电机进行振动噪声的仿真对比,最后通过样机的振动噪声试验验证了理论研究的正确性,实测样机通过转子开辅助槽的优化方案使电机振动加速度幅值降低了2g,噪声降低了4 dB。
    15  柴油发电机调速系统迭代学习控制
    邹屹东,钱晶,曾云,王芳芳,刘红锐,郭雅卿
    2020, 47(6):82-87. DOI: 10.12177/emca.2020.053
    [摘要](44) [HTML](0) [PDF 832.61 K](56)
    摘要:
    针对柴油发电机调速系统大多采用传统PID控制,提出采用以PID作为学习律的迭代学习控制(ILC)策略,利用其具有不依赖于被控系统的精确数学建模,跟踪收敛快的特性,设计了柴油发电机调速系统控制器。在MATLAB/Simulink中建立了柴油发电机调速系统仿真模型,对3种基本工况进行了仿真研究,详细分析了ILC在柴油发电机调速控制过程中的跟踪特性,并将控制效果和传统PID控制进行了对比,从仿真结果发现,基于ILC建立的控制器不仅适用于柴油发电机调速系统,而且表现出更好的动态性能。为柴油发电机的控制提供了新途径。
    16  永磁耦合调速电机实现火电厂给煤机低电压穿越
    王煜伟,张强,丁永三,邢云,孙京京
    2020, 47(6):88-92. DOI: 10.12177/emca.2020.049
    [摘要](38) [HTML](0) [PDF 707.37 K](52)
    摘要:
    电网电压短暂跌落往往会触发火电厂给煤机的变频器保护动作,从而影响正常的电力生产。提出了一种采用永磁耦合调速电机构建给煤机的电动系统,依靠电机性能解决低电压穿越问题的方法。分析了永磁耦合调速电机实现低电压穿越性能的工作原理,设计了双闭环控制系统。建立5.5 kW给煤机电动系统试验平台进行试验,试验结果表明:永磁耦合调速电机及其控制系统的快速性和准确性优良,在电网发生短暂电压跌落时,能够维持给煤机正常工作,具有低电压穿越能力。
    17  一种直流电源模块并联运行均流方法
    韩猛,陈昭,张玮麟
    2020, 47(6):93-96. DOI: 10.12177/emca.2020.039
    [摘要](50) [HTML](0) [PDF 561.61 K](53)
    摘要:
    电源模块间的并联运行均流控制是实际应用中常见的问题。针对电源模块并联运行均流控制中存在的均流精度不高、稳定性差、抗干扰能力低的问题,提出了一种电压环结合双电流环进行均流控制的方法。对直流电源模块的输出电压进行采样,形成外电压环,稳定输出电压。利用最大电流均流的方法对模块输出电流进行均流控制,形成外电流环。各模块主电路电流经过采样电路连接到处理器形成内电流环,保证输出电流和均流的精度。电压环和双电流环经过处理器的调制,产生脉宽调制(PWM)对各个直流电源模块进行控制。通过仿真分析和2台4 000 W样机测试,验证了电压环和双电流环控制的均流方法具有均流精度高、稳定性好、抗干扰能力强的优点。
    18  基于前馈自抗扰控制方法的蓄电池储能控制策略
    刘志坚,李晓磊,梁宁,刘杰
    2020, 47(6):97-102. DOI: 10.12177/emca.2020.034
    [摘要](50) [HTML](0) [PDF 814.55 K](48)
    摘要:
    针对光储微电网系统中蓄电池储能存在抗干扰能力较弱、直流母线电压波动较大、充放电有效性差等问题,提出了基于前馈线性自抗扰控制(FF-LADRC)方法的蓄电池储能控制策略。建立双向DC-DC变换器数学模型,并在传统蓄电池双闭环储能控制的研究基础上,通过在电压环和电流环中分别引入LADRC,并且在电压环中加入前馈控制,从而完善了双闭环控制策略,以实现对蓄电池储能系统中充放电过程进行有效控制。仿真结果表明,所提基于FF-LADRC方法的蓄电池储能控制策略能够抑制直流母线电压波动,并且有效提高蓄电池储能系统的充放电性能和降低储能系统超调量。
    19  基于感应滤波方法提高变电站的电能质量
    石赛美,黄肇,张贻文
    2020, 47(6):103-109. DOI: 10.12177/emca.2020.032
    [摘要](39) [HTML](0) [PDF 1013.04 K](46)
    摘要:
    为了改善变电站的220 kV供电网的电能质量,提出一种四绕组感应滤波变压器(FW-IFT)组合无源滤波装置的IF方法来屏蔽电网负荷侧的特定次谐波,使其无法窜入供电网。阐述了新型IF方案,详细分析了FW-IFT的IF机理。然后,基于辐射型电路建立基波与谐波下FW-IFT的电压方程,并分析了滤波性能。最后,通过MATLAB仿真和样机试验,验证了所提方法是有效可行的。
    20  双馈风机调频特性对系统暂态功角稳定性的影响
    赵伟,张雪娟,吴水军,孙士云,杨兴雄,黄柯昊,海世芳
    2020, 47(6):110-118. DOI: 10.12177/emca.2020.011
    [摘要](52) [HTML](0) [PDF 1.05 M](62)
    摘要:
    计及双馈风机(DFIG)调频特性,建立适用于暂态功角稳定性分析的DFIG等值阻抗模型。在含DFIG的扩展双机系统中,将其等值为含DFIG的扩展单机无穷大系统,基于等面积定则推导出极限切除角关于风电比例和调频控制中下垂系数的表达式,进而理论分析系统极限切除角随DFIG的风电比例和下垂系数的变化趋势,并结合功角特性曲线揭示其变化的内在机理。充分考虑DFIG低电压穿越特性和调频控制特性,在PSD-BPA中对DFIG进行详细建模,搭建了含详细风电模型的扩展两机系统和云南电网仿真模型,对理论分析结果进行仿真验证。理论分析与仿真结果均表明,DFIG参与调频对系统暂态功角稳定性具有一定的改善作用。

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