2020年第47卷第7期文章目次
2020, 47(7):1-8.
DOI: 10.12177/emca.2020.074
摘要:
真空泵作为真空获得的重要设备，在电子芯片、大规模集成电路、精细化工、生物制药、光伏产业等领域受到了广泛关注及应用，其性能指标很大程度取决于驱动电机及其控制技术。介绍了真空泵驱动电机的基本种类与工作原理，总结了共性规律和个性特点，对其拓扑结构、冷却方式和智能控制等关键技术进行综述，分析了真空泵驱动电机在特殊工况条件下的控制策略问题。最后，对真空泵驱动电机及其控制系统的主要研究方向进行了展望。
真空泵作为真空获得的重要设备，在电子芯片、大规模集成电路、精细化工、生物制药、光伏产业等领域受到了广泛关注及应用，其性能指标很大程度取决于驱动电机及其控制技术。介绍了真空泵驱动电机的基本种类与工作原理，总结了共性规律和个性特点，对其拓扑结构、冷却方式和智能控制等关键技术进行综述，分析了真空泵驱动电机在特殊工况条件下的控制策略问题。最后，对真空泵驱动电机及其控制系统的主要研究方向进行了展望。
2020, 47(7):9-16，28.
DOI: 10.12177/emca.2020.061
摘要:
设计了永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制(DTC)双模糊控制系统，采用模糊控制器同时控制电压矢量角度和电压矢量幅值。一个模糊控制器取代传统DTC系统中的磁链和转矩滞环比较器及开关表来输出基本电压矢量，即电压矢量角度；另一个模糊控制器输出基本电压矢量作用时间，即电压矢量幅值。仿真结果表明：PMSM DTC双模糊控制系统运行良好，可实现四象限运行。与仅采用模糊控制输出电压矢量角度或电压矢量幅值控制相比，双模糊控制系统可有效抑制转矩和磁链脉动。
设计了永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制(DTC)双模糊控制系统，采用模糊控制器同时控制电压矢量角度和电压矢量幅值。一个模糊控制器取代传统DTC系统中的磁链和转矩滞环比较器及开关表来输出基本电压矢量，即电压矢量角度；另一个模糊控制器输出基本电压矢量作用时间，即电压矢量幅值。仿真结果表明：PMSM DTC双模糊控制系统运行良好，可实现四象限运行。与仅采用模糊控制输出电压矢量角度或电压矢量幅值控制相比，双模糊控制系统可有效抑制转矩和磁链脉动。
2020, 47(7):17-21，52.
DOI: 10.12177/emca.2020.068
摘要:
晶闸管逆变器作为异步电动机的供电电源时，输出的电压和电流中含有丰富的谐波，对异步电机的运行性能会产生显著影响，主要表现在功率损耗增加、效率和功率因数下降等，传统脉宽调制(PWM)方法虽然可以消除低次谐波的影响，但整体效果不理想。通过谐波对定子及其他电机参数影响的具体分析，提出了以电机总损耗最小为目标函数，并根据各种损耗系数随频率变化情况与逆变器晶闸管开关元件切换次数的关系，确定载波比，对传统PWM进行优化策略设计方案。试验结果表明，优化后的方案可有效抑制谐波影响。
晶闸管逆变器作为异步电动机的供电电源时，输出的电压和电流中含有丰富的谐波，对异步电机的运行性能会产生显著影响，主要表现在功率损耗增加、效率和功率因数下降等，传统脉宽调制(PWM)方法虽然可以消除低次谐波的影响，但整体效果不理想。通过谐波对定子及其他电机参数影响的具体分析，提出了以电机总损耗最小为目标函数，并根据各种损耗系数随频率变化情况与逆变器晶闸管开关元件切换次数的关系，确定载波比，对传统PWM进行优化策略设计方案。试验结果表明，优化后的方案可有效抑制谐波影响。
2020, 47(7):22-28.
DOI: 10.12177/emca.2020.052
摘要:
中高压变频器在工业变频领域应用广泛。H桥级联多电平变频器具有模块化特点，可利用低压器件实现电压和功率的扩展。为此，介绍了一种3级H桥级联变频器拖动笼型异步电机的主回路结构，载波移相正弦波脉宽调制，功率单元直流电压均衡控制，以及基于电压电流混合磁链观测器的无速度传感器矢量控制等核心控制技术。MATLAB仿真结果验证了该变频器采用所提出的控制技术控制笼型异步电机，具有良好的起动和运行性能，为中高压大功率传动应用领域提供了技术保障。
中高压变频器在工业变频领域应用广泛。H桥级联多电平变频器具有模块化特点，可利用低压器件实现电压和功率的扩展。为此，介绍了一种3级H桥级联变频器拖动笼型异步电机的主回路结构，载波移相正弦波脉宽调制，功率单元直流电压均衡控制，以及基于电压电流混合磁链观测器的无速度传感器矢量控制等核心控制技术。MATLAB仿真结果验证了该变频器采用所提出的控制技术控制笼型异步电机，具有良好的起动和运行性能，为中高压大功率传动应用领域提供了技术保障。
2020, 47(7):29-34.
DOI: 10.12177/emca.2020.031
摘要:
双向隔离型DC-DC变换器在超级电容储能供电的电动汽车上应用广泛，为了实现变换器中所有开关管零电压开关(ZVS)过程，提高双向隔离型变换器效率，提出了一种新型双向有源桥式变换器控制策略。在桥式变换器中增加并联谐振电感，利用占空比补偿的方法对驱动信号进行补偿，对谐振腔的电流值进行设计求解，选取合适的谐振电感值，对谐振过程中桥式结构一次侧和二次侧电压的相位差进行控制，通过脉宽调制(PWM)处理器综合调制后控制双向隔离型变换器。保证了能量双向流动的同时，实现了双向隔离型DC-DC变换器中所有开关管ZVS过程。试验测试表明，所提出的新型控制策略能够有效提高双向隔离型DC-DC变换器的效率。
双向隔离型DC-DC变换器在超级电容储能供电的电动汽车上应用广泛，为了实现变换器中所有开关管零电压开关(ZVS)过程，提高双向隔离型变换器效率，提出了一种新型双向有源桥式变换器控制策略。在桥式变换器中增加并联谐振电感，利用占空比补偿的方法对驱动信号进行补偿，对谐振腔的电流值进行设计求解，选取合适的谐振电感值，对谐振过程中桥式结构一次侧和二次侧电压的相位差进行控制，通过脉宽调制(PWM)处理器综合调制后控制双向隔离型变换器。保证了能量双向流动的同时，实现了双向隔离型DC-DC变换器中所有开关管ZVS过程。试验测试表明，所提出的新型控制策略能够有效提高双向隔离型DC-DC变换器的效率。
2020, 47(7):35-38，47.
DOI: 10.12177/emca.2020.059
摘要:
提出了一种基于ANSYS Maxwell 2D等效磁路法的电磁仿真和工程热分析相结合的电机设计方法。通过Maxwell 2D 对4.8 MW中速永磁风力发电机进行设计，为了进一步研究发电机的运行特性，建立了永磁发电机有限元分析计算模型。对发电机的空载、额定负载和短路性能进行仿真分析计算，获得各工况下的电流、反电动势和电磁转矩等波形，并且采用热路法对电机各部分温升情况进行计算。仿真计算结果表明该发电机设计合理，各项指标均符合要求。电磁仿真和工程热分析相结合可以更加准确地指导电机设计，为发电机的电磁设计和结构优化提供理论依据。
提出了一种基于ANSYS Maxwell 2D等效磁路法的电磁仿真和工程热分析相结合的电机设计方法。通过Maxwell 2D 对4.8 MW中速永磁风力发电机进行设计，为了进一步研究发电机的运行特性，建立了永磁发电机有限元分析计算模型。对发电机的空载、额定负载和短路性能进行仿真分析计算，获得各工况下的电流、反电动势和电磁转矩等波形，并且采用热路法对电机各部分温升情况进行计算。仿真计算结果表明该发电机设计合理，各项指标均符合要求。电磁仿真和工程热分析相结合可以更加准确地指导电机设计，为发电机的电磁设计和结构优化提供理论依据。
2020, 47(7):39-43，52.
DOI: 10.12177/emca.2020.050
摘要:
永磁同步电机(PMSM)控制系统在民用领域和军用领域如机器人、雷达控制、光电转台等方面均有着重要应用。GD32F450作为国产化高性能处理器，具有丰富的电机控制外设，在国内芯片自主可控的背景下，十分适合应用于电机控制系统。针对一款低压PMSM，设计了伺服驱动电路。针对常用的PI速度控制器容易出现超调现象的问题，使用滑模速度控制器替代，与PI控制相比，可实现速度控制更加平滑，试验结构证明了方案的合理性。
永磁同步电机(PMSM)控制系统在民用领域和军用领域如机器人、雷达控制、光电转台等方面均有着重要应用。GD32F450作为国产化高性能处理器，具有丰富的电机控制外设，在国内芯片自主可控的背景下，十分适合应用于电机控制系统。针对一款低压PMSM，设计了伺服驱动电路。针对常用的PI速度控制器容易出现超调现象的问题，使用滑模速度控制器替代，与PI控制相比，可实现速度控制更加平滑，试验结构证明了方案的合理性。
2020, 47(7):44-47.
DOI: 10.12177/emca.2020.066
摘要:
通风噪声是空空冷异步电机噪声的主要来源之一。结合实践经验，介绍了常见的降低电机通风噪声的方法以及采用蜗壳风罩结构这种新方法。通过几个实例来说明其降噪效果，为降低电机通风噪声提供了参考。
通风噪声是空空冷异步电机噪声的主要来源之一。结合实践经验，介绍了常见的降低电机通风噪声的方法以及采用蜗壳风罩结构这种新方法。通过几个实例来说明其降噪效果，为降低电机通风噪声提供了参考。
2020, 47(7):48-52.
DOI: 10.12177/emca.2020.065
摘要:
通过测试和复特征值法仿真分析新能源汽车用直流有刷电机，发现碳刷和换向器间的摩擦系数影响系统振动模态，从理论上解释了产生电机尖叫噪声的原因。当超过临界摩擦系数时，系统会产生模态耦合效应导致振动不稳定，使电机碳刷系统产生尖叫噪声。通过更改碳刷弹片结构设计，降低了摩擦系数对系统的振动不稳定影响的敏感性，解决了碳刷尖叫噪声。该研究为解决直流电机碳刷尖叫噪声提供了指导和理论支持。
通过测试和复特征值法仿真分析新能源汽车用直流有刷电机，发现碳刷和换向器间的摩擦系数影响系统振动模态，从理论上解释了产生电机尖叫噪声的原因。当超过临界摩擦系数时，系统会产生模态耦合效应导致振动不稳定，使电机碳刷系统产生尖叫噪声。通过更改碳刷弹片结构设计，降低了摩擦系数对系统的振动不稳定影响的敏感性，解决了碳刷尖叫噪声。该研究为解决直流电机碳刷尖叫噪声提供了指导和理论支持。
2020, 47(7):53-57.
DOI: 10.12177/emca.2020.041
摘要:
针对微电网并网系统中存在的电压跌落电能质量问题，研究了一种基于神经元自适应控制的蓄电池储能动态电压恢复器(DVR)。主要由蓄电池、逆变器、LC滤波器、变压器4个部分组成。其中，为了提升该DVR的控制性能，引入神经元自适应控制算法改进了外环电压PI调节器，实现了外环控制参数的自适应调节，从而得到新的双闭环控制策略。然后，结合空间电压矢量调制法最终实现控制。最后，在MATLAB/Simulink仿真软件中搭建了基于神经元自适应控制的蓄电池储能DVR的并网系统模型。试验结果表明，采用神经元自适应控制的蓄电池储能DVR能够补偿微电网的电压跌落，具有较强的动态响应能力和抗扰能力。
针对微电网并网系统中存在的电压跌落电能质量问题，研究了一种基于神经元自适应控制的蓄电池储能动态电压恢复器(DVR)。主要由蓄电池、逆变器、LC滤波器、变压器4个部分组成。其中，为了提升该DVR的控制性能，引入神经元自适应控制算法改进了外环电压PI调节器，实现了外环控制参数的自适应调节，从而得到新的双闭环控制策略。然后，结合空间电压矢量调制法最终实现控制。最后，在MATLAB/Simulink仿真软件中搭建了基于神经元自适应控制的蓄电池储能DVR的并网系统模型。试验结果表明，采用神经元自适应控制的蓄电池储能DVR能够补偿微电网的电压跌落，具有较强的动态响应能力和抗扰能力。
2020, 47(7):58-61，86.
DOI: 10.12177/emca.2020.048
摘要:
设计了一种用于储能电站的电池管理系统(BMS)。基于储能电站BMS拓扑结构及锂电池的特性，设计了一种以Freescale单片机和ADI电池管理芯片(MC9S12与LTC6811)为核心的BMS。该BMS可实现对多路电池电压、温度采集及均衡控制；同时，可根据采样数据利用改进型安-时积分法进行电池荷电状态(SOC)计算。根据现场实际数据，将电池电压、温度的采样值与实际值比较，同时对电池均衡效果及SOC进行分析。试验结果证明，设计的BMS具有较高的采样精度和采样速度，均衡控制合理，SOC估算值误差较小，验证了所设计BMS的实用性。
设计了一种用于储能电站的电池管理系统(BMS)。基于储能电站BMS拓扑结构及锂电池的特性，设计了一种以Freescale单片机和ADI电池管理芯片(MC9S12与LTC6811)为核心的BMS。该BMS可实现对多路电池电压、温度采集及均衡控制；同时，可根据采样数据利用改进型安-时积分法进行电池荷电状态(SOC)计算。根据现场实际数据，将电池电压、温度的采样值与实际值比较，同时对电池均衡效果及SOC进行分析。试验结果证明，设计的BMS具有较高的采样精度和采样速度，均衡控制合理，SOC估算值误差较小，验证了所设计BMS的实用性。
2020, 47(7):62-67，92.
DOI: 10.12177/emca.2020.060
摘要:
针对纯电动汽车对电机控制器的高功率密度需求设计了一款碳化硅控制器。阐述了该碳化硅控制器的总体电气原理设计方案，并对其结构、硬件、软件设计方案进行了详细的分析，提出了基于碳化硅MOSFET模块的碳化硅控制器设计方案，并针对该碳化硅控制器的散热效果进行了仿真研究。最后，对碳化硅控制器样机进行了台架测试验证，测试结果表明，所设计的碳化硅控制器具有良好的控制性能。
针对纯电动汽车对电机控制器的高功率密度需求设计了一款碳化硅控制器。阐述了该碳化硅控制器的总体电气原理设计方案，并对其结构、硬件、软件设计方案进行了详细的分析，提出了基于碳化硅MOSFET模块的碳化硅控制器设计方案，并针对该碳化硅控制器的散热效果进行了仿真研究。最后，对碳化硅控制器样机进行了台架测试验证，测试结果表明，所设计的碳化硅控制器具有良好的控制性能。
2020, 47(7):68-73.
DOI: 10.12177/emca.2020.045
摘要:
电机系统是新能源汽车的主要动力源，电机系统性能直接影响整车经济性、驾驶感受等。扭矩的准确性以及系统效率的优化依赖于电机与电机控制器的准确标定，通过分析电机控制器的扭矩控制框图，针对标定过程中影响扭矩控制准确性及系统稳定性的因素进行了分析，确定了电机控制器的标定内容和标定方法，通过搭建的测试台架完成了电机与电机控制器的系统标定。通过不同转速及扭矩下的控制测试，验证了标定方法的有效性。
电机系统是新能源汽车的主要动力源，电机系统性能直接影响整车经济性、驾驶感受等。扭矩的准确性以及系统效率的优化依赖于电机与电机控制器的准确标定，通过分析电机控制器的扭矩控制框图，针对标定过程中影响扭矩控制准确性及系统稳定性的因素进行了分析，确定了电机控制器的标定内容和标定方法，通过搭建的测试台架完成了电机与电机控制器的系统标定。通过不同转速及扭矩下的控制测试，验证了标定方法的有效性。
2020, 47(7):74-78，92.
DOI: 10.12177/emca.2020.055
摘要:
通过热管传热技术快速导出端部绕组的热量，实现电机温升的降低，是解决电动汽车电机高功率密度问题的途径之一。设计了热管装配工艺，利用ANSYS Fluent对2种电机进行有限元模型建立和温度场仿真计算，并制作样机进一步试验。试验结果表明：仿真结果与样机测试结果相近，高温区域位于绕组端部，装有热管的冷却系统电机设计能够有效地降低电机温升。
通过热管传热技术快速导出端部绕组的热量，实现电机温升的降低，是解决电动汽车电机高功率密度问题的途径之一。设计了热管装配工艺，利用ANSYS Fluent对2种电机进行有限元模型建立和温度场仿真计算，并制作样机进一步试验。试验结果表明：仿真结果与样机测试结果相近，高温区域位于绕组端部，装有热管的冷却系统电机设计能够有效地降低电机温升。
2020, 47(7):79-86.
DOI: 10.12177/emca.2020.063
摘要:
分析了电机驱动控制器硬件在环(HIL)仿真技术的关键点，基于NI平台和OPAL-RT电机和电力电子仿真工具包建立了完整的用于开发、测试和验证车辆微控制单元(MCU)的HIL仿真测试系统，功能涵盖试验配置和管理、模型自定义、非线性特征定义和在线调参等。详细介绍了试验中各部分模型的建立方法。结合电机标定测试工况，分别基于电机定参数模型和变参数模型进行仿真测试。测试结果表明，变参数电机模型的试验结果与真实台架的测试结果近似，误差小于15%。通过软件故障注入功能，方便地实现了功率管失效、桥臂直通和相间短路等电气故障注入测试。
分析了电机驱动控制器硬件在环(HIL)仿真技术的关键点，基于NI平台和OPAL-RT电机和电力电子仿真工具包建立了完整的用于开发、测试和验证车辆微控制单元(MCU)的HIL仿真测试系统，功能涵盖试验配置和管理、模型自定义、非线性特征定义和在线调参等。详细介绍了试验中各部分模型的建立方法。结合电机标定测试工况，分别基于电机定参数模型和变参数模型进行仿真测试。测试结果表明，变参数电机模型的试验结果与真实台架的测试结果近似，误差小于15%。通过软件故障注入功能，方便地实现了功率管失效、桥臂直通和相间短路等电气故障注入测试。
2020, 47(7):87-92.
DOI: 10.12177/emca.2020.056
摘要:
介绍了一种基于ARM处理器的电机状态评估和诊断边缘装置，围绕电机设备远程运维云架构下边缘装置的特点，提出了其底层硬件架构、软件设计等。该边缘装置实现了对电机运行参数进行实时采集，解析关键特征参数，并与云端运维平台进行实时数据交互，实现对电机运行状态的监测管理。最后，将该边缘装置在现场环境与远程电机运维云平台进行应用，证明了系统的有效性。
介绍了一种基于ARM处理器的电机状态评估和诊断边缘装置，围绕电机设备远程运维云架构下边缘装置的特点，提出了其底层硬件架构、软件设计等。该边缘装置实现了对电机运行参数进行实时采集，解析关键特征参数，并与云端运维平台进行实时数据交互，实现对电机运行状态的监测管理。最后，将该边缘装置在现场环境与远程电机运维云平台进行应用，证明了系统的有效性。
2020, 47(7):93-98.
DOI: 10.12177/emca.2020.062
摘要:
对电机总装关键工艺——有绕组铁心入壳压装技术——进行分析和研究。在智能制造前提下，对定子入壳压装工艺进行改进。设计了数字化卧式定子机壳自动压装设备及工装，并由PLC系统集中协调控制，可实现机壳定子的自动定位、卧式装夹与压装、压装参数的采集/反馈/监控、与数字化车间运行管理系统交互等功能。实际应用表明：采用改进工艺后，定子入壳压装效率提高40%，产品不良率降低85.7%，人工减少30%。
对电机总装关键工艺——有绕组铁心入壳压装技术——进行分析和研究。在智能制造前提下，对定子入壳压装工艺进行改进。设计了数字化卧式定子机壳自动压装设备及工装，并由PLC系统集中协调控制，可实现机壳定子的自动定位、卧式装夹与压装、压装参数的采集/反馈/监控、与数字化车间运行管理系统交互等功能。实际应用表明：采用改进工艺后，定子入壳压装效率提高40%，产品不良率降低85.7%，人工减少30%。
2020, 47(7):99-102.
DOI: 10.12177/emca.2020.057
摘要:
分析了开式水泵电机的负载特性，分析探讨了稀土永磁同步电机(PMSM)的起动策略。PMSM具有效能高、结构简单、运行经济、维护方便等优点，将其应用于电厂辅机系统有先天优势，能提高电机运行效率，改善末端电压供电水平，实现了较好的节能效果。应用于电厂开式水系统的现场测试结果进一步验证了该结论。
分析了开式水泵电机的负载特性，分析探讨了稀土永磁同步电机(PMSM)的起动策略。PMSM具有效能高、结构简单、运行经济、维护方便等优点，将其应用于电厂辅机系统有先天优势，能提高电机运行效率，改善末端电压供电水平，实现了较好的节能效果。应用于电厂开式水系统的现场测试结果进一步验证了该结论。
《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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