2020年第47卷第9期文章目次

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  • 1  开关磁阻电机功率变换器综述
    易灵芝,王力雄,李旺,王艺皓,段仁哲
    2020, 47(9):1-7. DOI: 10.12177/emca.2020.109
    [摘要](83) [HTML](0) [PDF 872.85 K](92)
    摘要:
    开关磁阻电机(SRM)具有坚固耐用、功率密度高、调速范围广、起动转矩大等一系列优点,然而关于其功率变换器的研究较少。结合国内外文献,分析不对称半桥功率变换器、公共开关型功率变换器、裂相型功率变换器以及三开关型功率变换器等传统功率变换器的结构特点;对比了传统变换器的优缺点,在此基础上分析了几类新型功率变换器拓扑结构以及电流电压转换关系,并概述了功率变换器未来发展趋势,为功率变换器发展提供参考。
    2  基于卷积神经网络和直接转矩控制的永磁同步电机模型预测转矩控制策略
    李耀华,赵承辉,周逸凡,秦玉贵,秦辉,苏锦仕
    2020, 47(9):8-15. DOI: 10.12177/emca.2020.110
    [摘要](47) [HTML](0) [PDF 990.71 K](83)
    摘要:
    模型预测转矩控制(MPTC)需要遍历所有备选电压矢量进行预测计算,从中选择最优电压矢量,控制性能良好,但算法计算量大和实时性差。采集MPTC的运行数据离线训练卷积神经网络(CNN),将训练好的CNN代替MPTC进行电压矢量选择。为了解决CNN失控问题,提出了基于CNN控制和直接转矩控制(DTC)的MPTC策略。仿真结果表明,该控制策略可有效解决CNN控制的失控问题,控制效果与MPTC基本相当,转矩和磁链脉动明显低于DTC。
    3  基于变比例-退饱和式PI调节器的-开关磁阻电机调速系统设计
    魏子涵,赵咪,谷贵志,付昶鑫
    2020, 47(9):16-21,65. DOI: 10.12177/emca.2020.078
    [摘要](17) [HTML](0) [PDF 761.17 K](69)
    摘要:
    开关磁阻电机调速系统的积分饱和现象导致了系统的控制性能较差,针对这一问题,提出了变比例退饱和式PI调节器设计方法,并给出了调节器参数整定方法。此外,分别在恒速空载和变速带载情况下,利用MATLAB/Simulink软件验证了传统PI调节器、抗饱和式PI调节器和变比例退饱和式PI调节器的控制性能。结果表明:变比例退饱和式PI调节器具有更好的动态性能和抗扰性能。
    4  基于电磁转矩的永磁同步电机新型变结构PI控制方法
    戴连盟,卢秀和
    2020, 47(9):22-28. DOI: 10.12177/emca.2020.097
    [摘要](25) [HTML](0) [PDF 858.44 K](66)
    摘要:
    针对永磁同步电机(PMSM),在传统PI控制时易出现转速超调、冲击电流大、转速环抗负载扰动能力差等现象,通过对PMSM数学模型的推导分析以及基于PI控制理论,提出了一种基于电磁转矩的新型变结构PI(VSPI)控制方法。该方法是在传统PI控制VSPI的基础上,通过融合微分前馈控制以及引入转矩反馈量等闭环控制策略,较好地解决了转速超调以及系统的抗干扰性等问题,并给出了电磁转矩的电压电流混合观测模型结构以及计算方法,同时分析了开环增益变化给予系统稳定性的影响情况,最后通过仿真试验验证了该新型方法的可行性和有效性。
    5  永磁直线同步电机插入式积分滑模控制
    张戟,纪铁生,王乃福,吴志友
    2020, 47(9):29-33. DOI: 10.12177/emca.2020.094
    [摘要](11) [HTML](0) [PDF 635.68 K](65)
    摘要:
    永磁直线同步电机(PMLSM)因具有高速、高动态响应等优点而备受关注。参数变化、端部效应和摩擦力等不确定因素将会降低直线电机控制系统应有的性能。为了提高系统的鲁棒性,提出了一种插入式积分滑模控制。该滑模控制将原有控制器的输出量加入到所设计的滑模面中,使得控制系统在不改变原有控制器结构和性能的情况下,获得较强的鲁棒性。同时,以连续的超螺旋控制替换积分滑模控制中原有的不连续部分,削弱了滑模固有的抖振。MATLAB/Simulink仿真结果证实了所提方法的有效性。
    6  基于新型高频注入的永磁同步电机无传感器控制
    胡锦涛,邵宜祥,周百灵,卫楚奇,李伟祚
    2020, 47(9):34-38,72. DOI: 10.12177/emca.2020.091
    [摘要](47) [HTML](0) [PDF 725.75 K](82)
    摘要:
    脉振高频电压注入法(PHFVI)利用在电机中产生的凸极效应有效解决了电机无传感器控制在零低速范围内的许多难题。针对永磁同步电机(PMSM)在零低速范围内的PHFVI控制策略存在的动态性能差及估计误差大问题,在传统方法的基础上,提出了一种新型PHFVI,在对高频信号的电流响应进行信号解调时,同时考虑了估计同步坐标系中的直轴分量与交轴分量,且转速与转子位置的获取过程中使用了锁相环(PLL)技术,理论分析并建立PMSM数学模型后,对PLL的设计过程进行了严格的推导。最后,对整体设计方案进行了全面的仿真,仿真结果证明PMSM在新型高频注入法下的动态性能更好,估计误差更小,鲁棒性更强。
    7  一种应用于动车组牵引变流器控制的变压器直流偏磁抑制方法
    李康乐,李学亮,李雪珍
    2020, 47(9):39-43,50. DOI: 10.12177/emca.2020.081
    [摘要](11) [HTML](0) [PDF 745.92 K](24)
    摘要:
    动车组(EMU)牵引供电系统采用25 kV单相牵引变压器从接触网取电,EMU运行过程中的弓网离线、功率器件的非线性特性、硬件电路和控制系统的不对称性等,均会引起直流分量通过电气回路注入车载牵引变压器,引起变压器的直流偏磁。通过将比例-积分-谐振(PIR)控制应用于电流内环控制器,同时实现正弦信号的稳定跟踪和直流分量的抑制。仿真和硬件在环的半实物仿真结果验证了该控制策略的有效性。
    8  航空电反推驱动用永磁同步电机振动及强度分析
    孙桂林,蒋佳楠,袁瑞林,王培路,宋受俊,刘卫国
    2020, 47(9):44-50. DOI: 10.12177/emca.2020.104
    [摘要](15) [HTML](0) [PDF 967.76 K](26)
    摘要:
    电机的模态是分析振动的基础,由固有频率、振型和阻尼比决定。当电机工作时的激振频率与某一阶的固有频率相同或者相近时,会产生共振,导致电机剧烈振动,影响其正常运转。在对应用于航空电反推系统的双通道永磁同步电机PMSM进行三维建模之后,将三维模型送入ANSYS Workbench,在ANSYS工作平台上进行电机模态、响应谱分析与冲击响应的仿真。给出了该电机的前6阶次的固有频率和振型,以及在外加响应谱下的电机等效应力与在瞬态冲击下的电机机械结构上的应力分布。
    9  高速动车组大功率永磁牵引电机研制
    贾喜勤,许勇,李广,刘永强,徐萌,苏晓伟,霍向飞
    2020, 47(9):51-55,96. DOI: 10.12177/emca.2020.096
    [摘要](51) [HTML](0) [PDF 711.29 K](40)
    摘要:
    随着动车组(EMU)速度等级的不断提高,要求牵引电机的功率更大、质量更轻、效率更高。为此,主要从高速动车组永磁牵引电机参数选取、结构设计等方面展开研究,并进行仿真分析计算,在现有安装空间内,研制出更高转速、更大功率密度的永磁牵引电机,以满足EMU运行要求。
    10  地铁车辆用160 kW永磁直驱同步牵引电机转子结构优化设计
    刘焕,晏才松,曹晴,张道禄
    2020, 47(9):56-60. DOI: 10.12177/emca.2020.093
    [摘要](40) [HTML](0) [PDF 683.45 K](35)
    摘要:
    基于地铁车辆用160 kW永磁直驱同步牵引电机的技术要求,分析了160 kW直驱电机的设计难点。针对永磁直驱电机的设计难点,以电机的V型永磁体转子拓扑结构为研究对象,基于电磁计算软件Maxwell,优化转子拓扑结构。通过对不同永磁体V型转子拓扑结构的空载磁场和负载磁场进行计算与分析,得到电机空载和负载性能更好的V型转子拓扑结构。基于此结构研制了1台永磁同步直驱牵引电机,并进行了试验,样机试验结果验证了设计的可行性。
    11  释压式高压电机主接线盒短路容量研究
    陈辉,乔建伟,吴琼,朱新年,张海红,杨子强
    2020, 47(9):61-65. DOI: 10.12177/emca.2020.103
    [摘要](11) [HTML](0) [PDF 784.12 K](31)
    摘要:
    考虑到目前高压电机主接线盒短路爆炸时有发生,易造成严重的人身伤亡或财产损失,因此对高压电机主接线盒短路容量进行研究具有重大的现实意义。基于释压式10 kV电机主接线盒,重点介绍了在短路电流40 kA、持续时间0.25 s下的短路容量试验,并根据试验结果提出了高安全等级主接线盒设计的普适性建议,从设计源头降低主接线盒发生短路爆炸的风险,保障主接线盒在工业现场的安全可靠运行。
    12  一种单绕组双速感应电机定子绕组节能改造方案
    姚鹏
    2020, 47(9):66-72. DOI: 10.12177/emca.2020.098
    [摘要](34) [HTML](0) [PDF 901.18 K](31)
    摘要:
    在利用改进绕组设计对电机进行双速或多速节能改造时,存在一些特殊工况要求不同转速时的能效尽可能接近,这就需要对定子绕组进行特殊设计以实现2种转速条件下效率最优。针对该需求,对比了3种单绕组双速电机实现方案,对比发现反向换相法在2种极对数情况下均能保持较高的基波绕组系数,进一步利用有限元方法研究了不同节距和绕组匝数对电机运行性能的影响,并提出了最优的绕组设计方案。以1台5.5 kW、4极电机为例,利用所提方法进行4/6极绕组设计并进行试验验证,结果表明2种转速下电机效率基本一致,验证了所提设计方法的可行性及有效性。
    13  一款48 V BSG电机控制器开发与验证
    陈登峰,董大伟,张舟云,陈雷
    2020, 47(9):73-78. DOI: 10.12177/emca.2020.087
    [摘要](13) [HTML](0) [PDF 990.11 K](28)
    摘要:
    针对轻型混合动力汽车开发了一款48 V带传动一体化起/发电机(BSG)电机控制器。阐述了该控制器的总体设计方案,对BSG电机控制器的结构、硬件、软件进行了分析,提出了基于功率MOSFET模块的风冷电机控制器设计方案,并对风冷散热板进行了热仿真,研究了MOSFET模块散热效果。最后,对试验样机进行了台架测试,由测试结果可以看出,所设计48 V BSG电机控制器具有良好的控制效果。
    14  转子不同方式分段斜极对永磁同步电机噪声的影响
    范庆锋,王光晨
    2020, 47(9):79-83. DOI: 10.12177/emca.2020.102
    [摘要](32) [HTML](0) [PDF 668.15 K](32)
    摘要:
    电磁振动噪声水平是衡量电动汽车舒适性的综合指标。径向电磁力是电磁振动噪声的主要激振源。对电动汽车驱动用永磁同步电机(PMSM)的径向电磁力进行分析,对径向电磁力时空分离得到的三维频谱图提取出对电磁噪声影响较大的时空阶次及力密度,再运用有限元法对转子不同方式分段斜极的PMSM进行振动噪声仿真,通过结果对比找到最优的转子分段斜极方式。
    15  基于改进下垂控制关键负载电压实时稳定的电力弹簧控制
    方乐,周建萍,茅大钧,张健,葛祥一,叶剑桥
    2020, 47(9):84-90. DOI: 10.12177/emca.2020.072
    [摘要](9) [HTML](0) [PDF 1023.16 K](20)
    摘要:
    针对新能源并网发电引起的间歇性问题,电力弹簧(ES)的提出可有效改善关键负载(CL)电能质量。当电网电压不平衡与线路阻抗阻性较大存在控制耦合时,单相多ES采用传统下垂控制无法获取稳定的电压和频率,因而需要实时修正参数的改进下垂控制策略。首先利用二阶广义积分发生器构造虚拟的正交电压和电流信号完成单相dq旋转坐标变换,进而提出用优化粒子群算法(PSO)实时改进下垂系数:PSO模块检测各CL两端电压不平衡度信息并生成状态变量矩阵,同时下垂控制模块实时采集线路信息并在每个周期更新时将其输入到PSO模块来优化电压偏差,其优化结果反馈到下垂参数并实时更新。最后,通过软件仿真对比传统下垂控制策略和改进下垂控制策略,验证了所提控制策略的有效性。
    16  电网电压骤降故障时双馈风机虚拟阻抗改进控制技术
    王璨,佘玉龙
    2020, 47(9):91-96. DOI: 10.12177/emca.2020.106
    [摘要](8) [HTML](0) [PDF 826.53 K](29)
    摘要:
    针对电网电压骤降故障所导致的风电机组过电流问题,已有的基于虚拟电阻的过电流抑制技术无法兼顾过电流抑制效果和基频控制性能,同时未考虑系统的高频稳态性能,导致故障穿越期间的谐波抑制性能较差。为了兼顾故障穿越性能及故障穿越期间的谐波抑制性能,通过分析电网电压骤降时的双馈风机(DFIG)数学模型,研究了过电流及暂态磁链抑制机理,进一步基于虚拟阻抗技术,提出了电网电压骤降故障时DFIG改进控制技术。通过在机侧变流器转子电流控制环路中引入附加控制环,实现对暂态磁链振荡的抑制,从而提升DFIG低电压穿越性能。进一步地,对所提出的虚拟阻抗环节进行了参数设计分析,保证了该控制方法可以兼顾过电流抑制性能、高频性能及基频控制性能。最后,通过仿真结果验证了所提改进控制策略的有效性和可行性。
    17  基于压电纤维复合材料的洋流能发电装置发电性能分析
    王海清,刘龙建,胡利民,孙斌,余世科,李皓
    2020, 47(9):97-105. DOI: 10.12177/emca.2020.101
    [摘要](8) [HTML](0) [PDF 1.11 M](26)
    摘要:
    设计了一种基于压电纤维复合材料(MFC)的洋流能发电装置,并分析了其发电性能。以悬臂梁结构为分析对象,对影响发电性能的因素进行了分析,研究了基底材料的类型和厚度、频率、位移激励幅值、单晶和双晶结构对发电性能的影响规律。基于上述分析结论,设计了一种洋流能发电装置。分析了该发电装置的发电性能。分析结果表明,该发电装置在转子转速为500 r/min的工作条件下,最大输出功率为9.31 W,能满足功率要求。
    18  基于小波降噪和共振解调法的异步电机故障诊断方法
    丁小健,周健,梁超,王远航,李小兵,王春辉
    2020, 47(9):106-110. DOI: 10.12177/emca.2020.095
    [摘要](34) [HTML](0) [PDF 747.50 K](24)
    摘要:
    针对异步电机故障时的振动信号特征,提出了一种基于峭度、小波降噪和共振解调法相结合的异步电机故障诊断方法。通过对正常、离心开关打开不完全、定转子扫膛、后轴承损坏等4种状态的单相交流异步电机进行故障试验,利用NI CompactRIO平台搭载振动信号采集卡,采集电机前端盖侧面和顶端的振动信号,进行峭度统计分析,同时通过小波降噪和共振解调法提取振动信号的频域故障特征。试验结果表明,提出的方法能够良好地实现异步电机故障诊断。

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    • 主办单位:上海电器科学研究所(集团)有限公司
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