2021年第48卷第2期文章目次
2021, 48(2):1-12.
DOI: 10.12177/emca.2020.197
摘要:
概述了中小型电机行业当前的发展状况，指出了国内电机行业发展存在的主要问题。结合国际、国内环境，分析了国内中小型电机行业的发展机遇和市场需求状况。提出了“十四五”期间行业发展的指导思想、战略和目标，阐述了重点发展领域，并展望了中小型电机行业产品结构调整和产业结构调整的方向。
概述了中小型电机行业当前的发展状况，指出了国内电机行业发展存在的主要问题。结合国际、国内环境，分析了国内中小型电机行业的发展机遇和市场需求状况。提出了“十四五”期间行业发展的指导思想、战略和目标，阐述了重点发展领域，并展望了中小型电机行业产品结构调整和产业结构调整的方向。
2021, 48(2):13-21.
DOI: 10.12177/emca.2020.202
摘要:
由于波浪储量丰富，具有随机性，如何控制波能转换系统捕获最大波能和控制并网电能质量成为波浪发电的核心问题。简述了波能转换装置实现最大波能捕获的方法，综述了滑模变结构控制、自适应控制、最优控制、智能算法、模糊控制、无源控制在控制最大波能捕获以及改善电能质量方面的研究成果。并提出未来的控制算法应是多种先进控制算法相结合。
由于波浪储量丰富，具有随机性，如何控制波能转换系统捕获最大波能和控制并网电能质量成为波浪发电的核心问题。简述了波能转换装置实现最大波能捕获的方法，综述了滑模变结构控制、自适应控制、最优控制、智能算法、模糊控制、无源控制在控制最大波能捕获以及改善电能质量方面的研究成果。并提出未来的控制算法应是多种先进控制算法相结合。
2021, 48(2):22-30.
DOI: 10.12177/emca.2020.204
摘要:
传统伺服系统的位置控制器只采用纯比例控制，不能兼顾系统的响应速度和稳定裕度，且对斜坡等输入信号不能实现无差跟踪。通过分析位置伺服系统的传递函数，设计了一种新型前馈反馈复合控制器。该复合控制器重构了系统的误差传递函数，使系统能够准确跟踪给定信号，提高了伺服系统的跟踪性能和稳定性。为了进一步提升电流环动态性能，在电流环添加反电动势前馈势补偿，用于减小反电动势对电流响应的影响。仿真和试验表明，该控制方法提高了位置伺服系统的动态性能和跟踪精度，验证了前馈反馈复合控制的有效性。
传统伺服系统的位置控制器只采用纯比例控制，不能兼顾系统的响应速度和稳定裕度，且对斜坡等输入信号不能实现无差跟踪。通过分析位置伺服系统的传递函数，设计了一种新型前馈反馈复合控制器。该复合控制器重构了系统的误差传递函数，使系统能够准确跟踪给定信号，提高了伺服系统的跟踪性能和稳定性。为了进一步提升电流环动态性能，在电流环添加反电动势前馈势补偿，用于减小反电动势对电流响应的影响。仿真和试验表明，该控制方法提高了位置伺服系统的动态性能和跟踪精度，验证了前馈反馈复合控制的有效性。
2021, 48(2):31-35，44.
DOI: 10.12177/emca.2020.187
摘要:
针对旋转变压器解码电路误差对永磁同步电机(PMSM)转子位置检测精度的影响，深入分析了解码电路工作原理，基于角度/速度观测器，设计了一种高精度快响应的旋转变压器信号估算方法。电路采用低电压运放MCA33202对旋变输出正弦和余弦信号进行解码，基于解码后的估算角度构建了单位反馈闭环系统，优化了解码电路关键器件参数，提高了PMSM转子位置检测精度。通过1台2.5 kW高速PMSM验证了该算法的有效性和可行性。
针对旋转变压器解码电路误差对永磁同步电机(PMSM)转子位置检测精度的影响，深入分析了解码电路工作原理，基于角度/速度观测器，设计了一种高精度快响应的旋转变压器信号估算方法。电路采用低电压运放MCA33202对旋变输出正弦和余弦信号进行解码，基于解码后的估算角度构建了单位反馈闭环系统，优化了解码电路关键器件参数，提高了PMSM转子位置检测精度。通过1台2.5 kW高速PMSM验证了该算法的有效性和可行性。
2021, 48(2):36-39.
DOI: 10.12177/emca.2020.189
摘要:
针对普通无速度传感器矢量控制算法无法满足永磁同步电机(PMSM)高速运行问题，设计了一种基于模型参考自适应系统(MRAS)的矢量控制方案。该方案由I/F控制器和MRAS控制器组成。低转速采用I/F控制器控制电机转速，高转速采用MRAS控制电机转速，特殊处理后使切换过程中电流平滑过渡，以达到高低转速均可正常运行的目的。以磁悬浮PMSM作为驱动对象，电机转子联接风机实现带载。试验结果表明，与传统的无传感器矢量控制相比，所提出的控制方案更有效地驱动PMSM，满足高速运行工况。
针对普通无速度传感器矢量控制算法无法满足永磁同步电机(PMSM)高速运行问题，设计了一种基于模型参考自适应系统(MRAS)的矢量控制方案。该方案由I/F控制器和MRAS控制器组成。低转速采用I/F控制器控制电机转速，高转速采用MRAS控制电机转速，特殊处理后使切换过程中电流平滑过渡，以达到高低转速均可正常运行的目的。以磁悬浮PMSM作为驱动对象，电机转子联接风机实现带载。试验结果表明，与传统的无传感器矢量控制相比，所提出的控制方案更有效地驱动PMSM，满足高速运行工况。
2021, 48(2):45-49，56.
DOI: 10.12177/emca.2020.201
摘要:
磁阻电机电感非线性、电磁环境复杂多变，MATLAB对于复杂电磁参数处理能力有限且不能精确反映电机实际运行工况。设计了一款新型磁阻电机并对Maxwell、Simplorer与MATLAB耦合使用的可行性进行研究。通过理论计算、分析，推算了新型磁阻电机的数学模型。基于Motor-CAD搭建电机模型。基于Maxwell对电机参数进行优化并阐述了ECE模型提取过程。基于Simplorer建立了驱动电路模型。基于MATLAB/Simulink建立直接转矩控制（DTC）主电路模型，之后耦合进行联合调试。仿真结果表明基于DTC的新型磁阻电机的转矩脉动更低，多款软件的耦合仿真分析是可行的，且能够精确反应磁阻电机实时工况和任意时刻磁力线分布。丰富了电机设计途径的多样性。
磁阻电机电感非线性、电磁环境复杂多变，MATLAB对于复杂电磁参数处理能力有限且不能精确反映电机实际运行工况。设计了一款新型磁阻电机并对Maxwell、Simplorer与MATLAB耦合使用的可行性进行研究。通过理论计算、分析，推算了新型磁阻电机的数学模型。基于Motor-CAD搭建电机模型。基于Maxwell对电机参数进行优化并阐述了ECE模型提取过程。基于Simplorer建立了驱动电路模型。基于MATLAB/Simulink建立直接转矩控制（DTC）主电路模型，之后耦合进行联合调试。仿真结果表明基于DTC的新型磁阻电机的转矩脉动更低，多款软件的耦合仿真分析是可行的，且能够精确反应磁阻电机实时工况和任意时刻磁力线分布。丰富了电机设计途径的多样性。
2021, 48(2):50-56.
DOI: 10.12177/emca.2020.192
摘要:
潜油电机槽满率低、振动大，增大了绕组绝缘损坏的风险。为此，提出一种定子模块组合式潜油电机(MCSPMM)结构，能够有效增大电机的槽满率，减小电机振动。但在高温高压的工作条件下，需要对这种特殊结构电机的温升进行进一步设计和校核。由于实际工况下电机温升测试困难，为了确保电机运行的稳定性，对超细长潜油永磁电机的温升进行了研究。其发热量可用热负荷进行近似考量并用有限元进行了验证，计算极限工况下电机的温升分布，为超细长MCSPMM的设计提供重要依据。
潜油电机槽满率低、振动大，增大了绕组绝缘损坏的风险。为此，提出一种定子模块组合式潜油电机(MCSPMM)结构，能够有效增大电机的槽满率，减小电机振动。但在高温高压的工作条件下，需要对这种特殊结构电机的温升进行进一步设计和校核。由于实际工况下电机温升测试困难，为了确保电机运行的稳定性，对超细长潜油永磁电机的温升进行了研究。其发热量可用热负荷进行近似考量并用有限元进行了验证，计算极限工况下电机的温升分布，为超细长MCSPMM的设计提供重要依据。
2021, 48(2):57-63.
DOI: 10.12177/emca.2020.203
摘要:
针对高温阀用电磁机构（EM-HTV）应用环境温度高（约200 ℃）的特点,首先采用电磁场及温度场分析方法，研究了EM-HTV的电磁场损耗分布、温度场分布。随后，提出了一种“线圈分段+段间导热环+外壳散热板”的新型结构，基于正交试验原理对所提出结构中的关键尺寸进行了优化设计，对现有电磁机构进行了改进，并对提出的新结构进行温升试验验证，试验数据与仿真数据的误差在合理范围内，证明了电磁场及温度场分析方法应用于线圈温升分析的可行性。最后，研究了新型结构高温阀用电磁机构的温度分布，发现最高温度由优化前的278.29 ℃下降至241.23 ℃，温度降低了约13.32%，低温区域明显增多，满足可靠运行温升要求。此外，所提出的新型结构具有绕线方便、便于排除故障、易模块化加工以及易对现有产品改造的优点。
针对高温阀用电磁机构（EM-HTV）应用环境温度高（约200 ℃）的特点,首先采用电磁场及温度场分析方法，研究了EM-HTV的电磁场损耗分布、温度场分布。随后，提出了一种“线圈分段+段间导热环+外壳散热板”的新型结构，基于正交试验原理对所提出结构中的关键尺寸进行了优化设计，对现有电磁机构进行了改进，并对提出的新结构进行温升试验验证，试验数据与仿真数据的误差在合理范围内，证明了电磁场及温度场分析方法应用于线圈温升分析的可行性。最后，研究了新型结构高温阀用电磁机构的温度分布，发现最高温度由优化前的278.29 ℃下降至241.23 ℃，温度降低了约13.32%，低温区域明显增多，满足可靠运行温升要求。此外，所提出的新型结构具有绕线方便、便于排除故障、易模块化加工以及易对现有产品改造的优点。
2021, 48(2):64-70，75.
DOI: 10.12177/emca.2020.194
摘要:
针对传统双馈风电机组(DFIG)低电压穿越(LVRT)能力不足问题，提出了储能型双馈风电场联合STATCOM的无功协调控制。该控制是在网侧变流器（GSC）原有的模型上将超级电容经隔离型DC/DC变换器并联到风机直流侧，以此吸收故障期间直流侧产生的不平衡功率；在发生低电压故障时，根据超级电容投入情况，对两侧变流器和并联在风机出口母线上的STATCOM进行无功协调控制来支撑电网电压；同时超级电容储能装置采用电压电流双闭环控制，满足了系统稳定性和经济性的要求。仿真结果表明：该方法应用在风电并网系统中可以使DFIG的LVRT能力得到极大的提升。
针对传统双馈风电机组(DFIG)低电压穿越(LVRT)能力不足问题，提出了储能型双馈风电场联合STATCOM的无功协调控制。该控制是在网侧变流器（GSC）原有的模型上将超级电容经隔离型DC/DC变换器并联到风机直流侧，以此吸收故障期间直流侧产生的不平衡功率；在发生低电压故障时，根据超级电容投入情况，对两侧变流器和并联在风机出口母线上的STATCOM进行无功协调控制来支撑电网电压；同时超级电容储能装置采用电压电流双闭环控制，满足了系统稳定性和经济性的要求。仿真结果表明：该方法应用在风电并网系统中可以使DFIG的LVRT能力得到极大的提升。
2021, 48(2):71-75.
DOI: 10.12177/emca.2020.190
摘要:
为了实现双馈风力发电系统在额定风速以下运行时发电功率的最大输出与平稳运行，提出一种电流内环与自抗扰控制（ADRC）速度外环的控制方式，使双馈风力发电机（DFIG）电流与转速能快速响应风速变化，进行最大功率追踪。仿真分析验证了ADRC控制具备优良的抗干扰性能与应变性，能够实现风力发电系统的最大功率追踪。
为了实现双馈风力发电系统在额定风速以下运行时发电功率的最大输出与平稳运行，提出一种电流内环与自抗扰控制（ADRC）速度外环的控制方式，使双馈风力发电机（DFIG）电流与转速能快速响应风速变化，进行最大功率追踪。仿真分析验证了ADRC控制具备优良的抗干扰性能与应变性，能够实现风力发电系统的最大功率追踪。
2021, 48(2):76-83.
DOI: 10.12177/emca.2020.198
摘要:
采用模块化设计方法研制了一套大功率、宽转速的电动车动力系统测试平台，可针对不同类型的电动汽车驱动电机、控制器和动力总成等进行单部件及系统测试，可适应不同通信协议的电机CAN通信配置，且可进行自定义路况试验（包含电惯量模拟）。主要从测试平台总体设计原理，测试平台测控系统设计和试验结果分析3个方面进行分析。结果表明，该测试平台能够满足不同类型的宽转速范围的电机及控制器的测试需求。
采用模块化设计方法研制了一套大功率、宽转速的电动车动力系统测试平台，可针对不同类型的电动汽车驱动电机、控制器和动力总成等进行单部件及系统测试，可适应不同通信协议的电机CAN通信配置，且可进行自定义路况试验（包含电惯量模拟）。主要从测试平台总体设计原理，测试平台测控系统设计和试验结果分析3个方面进行分析。结果表明，该测试平台能够满足不同类型的宽转速范围的电机及控制器的测试需求。
2021, 48(2):84-90.
DOI: 10.12177/emca.2020.182
摘要:
为了提高无刷直流电机（BLDCM）运行的可靠性，提出一种基于最小二乘法的霍尔传感器故障诊断及容错控制方法。利用最小二乘法拟合曲线作为一阶泰勒算法的评价模型，对电机的转子位置进行精确估算，从而实现对有故障霍尔传感器的诊断。采用正常霍尔位置传感器跳变沿对霍尔传感器故障下丢失的跳变沿时间进行重构，重新获得最小二乘法拟合曲线。该方法能实现霍尔传感器故障下的容错控制，从而有效抑制机械安装偏差对霍尔传感器故障下位置估算错误的产生。试验结果表明，提出的故障诊断方法能快速准确地识别故障霍尔传感器，且提出的容错控制方法能够有效改善故障时的系统性能。
为了提高无刷直流电机（BLDCM）运行的可靠性，提出一种基于最小二乘法的霍尔传感器故障诊断及容错控制方法。利用最小二乘法拟合曲线作为一阶泰勒算法的评价模型，对电机的转子位置进行精确估算，从而实现对有故障霍尔传感器的诊断。采用正常霍尔位置传感器跳变沿对霍尔传感器故障下丢失的跳变沿时间进行重构，重新获得最小二乘法拟合曲线。该方法能实现霍尔传感器故障下的容错控制，从而有效抑制机械安装偏差对霍尔传感器故障下位置估算错误的产生。试验结果表明，提出的故障诊断方法能快速准确地识别故障霍尔传感器，且提出的容错控制方法能够有效改善故障时的系统性能。
2021, 48(2):91-95，100.
DOI: 10.12177/emca.2020.196
摘要:
针对中性点箝位型(NPC)三电平逆变器开路故障诊断计算复杂、准确率低等问题，提出一种基于小波包变换和支持向量机(SVM)的故障诊断方法。采用小波包变换将具有各自时频特征的故障信号分解为若干个频段，并重构提取小波包能量作为故障特征向量；将该故障特征向量作为SVM的输入量，运用交叉验证径向基核函数，通过训练数据集得到多类SVM模型，将随机选取的测试集输入训练好的模型中。仿真试验结果表明，该方法可对IGBT开路故障进行诊断并具有更高的故障识别准确率。
针对中性点箝位型(NPC)三电平逆变器开路故障诊断计算复杂、准确率低等问题，提出一种基于小波包变换和支持向量机(SVM)的故障诊断方法。采用小波包变换将具有各自时频特征的故障信号分解为若干个频段，并重构提取小波包能量作为故障特征向量；将该故障特征向量作为SVM的输入量，运用交叉验证径向基核函数，通过训练数据集得到多类SVM模型，将随机选取的测试集输入训练好的模型中。仿真试验结果表明，该方法可对IGBT开路故障进行诊断并具有更高的故障识别准确率。
2021, 48(2):96-100.
DOI: 10.12177/emca.2020.193
摘要:
针对电机智能制造新模式下的成品电机在线检测需求，研究了电机在线检测工艺，研制了全自动、智能化和信息化的电机在线检测装备。装备实现了0.75～15 kW功率段、220～690 V电压范围内的三相异步电机的直流电阻、绝缘、耐压、堵转、空载、噪声、温度的全自动无人检测，测试节拍60 s/台。装备的研制和应用提高了电机在线检测数据的一致性、准确性和溯源性，保障了高强度、快速作业下的电机质量，为电机智能制造新模式的推广应用提供了设备支持和技术保障。
针对电机智能制造新模式下的成品电机在线检测需求，研究了电机在线检测工艺，研制了全自动、智能化和信息化的电机在线检测装备。装备实现了0.75～15 kW功率段、220～690 V电压范围内的三相异步电机的直流电阻、绝缘、耐压、堵转、空载、噪声、温度的全自动无人检测，测试节拍60 s/台。装备的研制和应用提高了电机在线检测数据的一致性、准确性和溯源性，保障了高强度、快速作业下的电机质量，为电机智能制造新模式的推广应用提供了设备支持和技术保障。
2021, 48(2):101-105.
DOI: 10.12177/emca.2020.188
摘要:
随着电机制造技术的进步，电机绝缘技术也在快速发展。根据在电动汽车/混合动力汽车（EV/HEV）驱动电机制造领域的工程实践，从绝缘浸渍漆、工艺、设备3方面出发，介绍了一种适用于散嵌绕组电机的新型绝缘处理技术：电加热紫外光固化工艺（E-UV）。通过实际应用，证实了该技术具有能耗低、生产周期短、绝缘浸渍漆利用率高等特点，适用于EV/HEV驱动电机的批量生产。
随着电机制造技术的进步，电机绝缘技术也在快速发展。根据在电动汽车/混合动力汽车（EV/HEV）驱动电机制造领域的工程实践，从绝缘浸渍漆、工艺、设备3方面出发，介绍了一种适用于散嵌绕组电机的新型绝缘处理技术：电加热紫外光固化工艺（E-UV）。通过实际应用，证实了该技术具有能耗低、生产周期短、绝缘浸渍漆利用率高等特点，适用于EV/HEV驱动电机的批量生产。
《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
- 地址：上海市武宁路505号
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