2023年第50卷第7期文章目次
2023, 50(7):1-12.
DOI: 10.12177/emca.2023.081
摘要:
不同类型电机的机电能量变换过程有其内在关联性，这就是“统一”电机模型理论探讨的问题。作者此前提出了“法拉第参考系”和“牵连运动电动势”概念，可实现线圈固结坐标系与运动坐标系下电压矢量方程的一致表达，并为统一电机模型理论提供了一个有效的理论方法。在此基础上，提出四线圈原型电机模型，藉此统一表征电机的机电能量变换过程。基于空间矢量数学手段，具体推导了所述原型电机模型的电压、转矩表达式，讨论了原型电机模型的基本输入、输出特性。结合理论推导证明，通过设置附加约束条件，所述原型电机模型可推广表征常见典型电机。该工作来源于教学实践，是对统一电机模型理论的有益拓展和补充；该工作对于电机工程实践也有一定参考价值，基于所给出的矢量控制架构，有望实现不同类型电机矢量控制架构的统一。
不同类型电机的机电能量变换过程有其内在关联性，这就是“统一”电机模型理论探讨的问题。作者此前提出了“法拉第参考系”和“牵连运动电动势”概念，可实现线圈固结坐标系与运动坐标系下电压矢量方程的一致表达，并为统一电机模型理论提供了一个有效的理论方法。在此基础上，提出四线圈原型电机模型，藉此统一表征电机的机电能量变换过程。基于空间矢量数学手段，具体推导了所述原型电机模型的电压、转矩表达式，讨论了原型电机模型的基本输入、输出特性。结合理论推导证明，通过设置附加约束条件，所述原型电机模型可推广表征常见典型电机。该工作来源于教学实践，是对统一电机模型理论的有益拓展和补充；该工作对于电机工程实践也有一定参考价值，基于所给出的矢量控制架构，有望实现不同类型电机矢量控制架构的统一。
2023, 50(7):13-20.
DOI: 10.12177/emca.2023.073
摘要:
采用无槽结构的高速微型永磁电机在检测设备、医疗器械等方面应用广泛，但无槽电机绕组制作复杂，使用绕组印制技术可以简化绕组的制作过程。目前已有的印制技术多以刚性印制电路板（PCB）为载体应用于轴向磁通电机，对于径向磁通的高速电机来说，刚性PCB已无法满足绕组沿圆周方向分布的需求，柔性PCB绕组应运而生，不过目前还没有完整的柔性PCB绕组电机设计方案。因此，设计了一款高速微型柔性PCB绕组电机，针对柔性PCB绕组特有的缠绕不等距问题，提出了使用平均半径的解决方案，并通过仿真对电机进行了分析。结果表明，平均半径法解决了绕组缠绕不等距的问题，所设计的柔性PCB绕组电机能达到电机技术要求且具有良好的热稳定性。
采用无槽结构的高速微型永磁电机在检测设备、医疗器械等方面应用广泛，但无槽电机绕组制作复杂，使用绕组印制技术可以简化绕组的制作过程。目前已有的印制技术多以刚性印制电路板（PCB）为载体应用于轴向磁通电机，对于径向磁通的高速电机来说，刚性PCB已无法满足绕组沿圆周方向分布的需求，柔性PCB绕组应运而生，不过目前还没有完整的柔性PCB绕组电机设计方案。因此，设计了一款高速微型柔性PCB绕组电机，针对柔性PCB绕组特有的缠绕不等距问题，提出了使用平均半径的解决方案，并通过仿真对电机进行了分析。结果表明，平均半径法解决了绕组缠绕不等距的问题，所设计的柔性PCB绕组电机能达到电机技术要求且具有良好的热稳定性。
2023, 50(7):21-28.
DOI: 10.12177/emca.2023.078
摘要:
储能变流器是储能系统平抑新能源电站功率波动和支撑电网调频调压功能的核心载体。对储能变流器关键运行控制技术特别是电流控制模式下的控制策略进行研究，提出了电流内环无静差跟踪控制策略，建立了PI控制器比例、积分关键控制参数最佳阻尼比优化设计方法。基于开环幅相频率特性和开环对数频率特性方法，构建计及储能变流器电流内环的开环频域模型。通过Bode稳定判据，定量分析了不同电流内环比例系数、积分参数以及变流器阻感参数变化对储能变流器控制稳定性的影响，并采用Nyquist稳定判据对比验证，在实时数字仿真试验平台（RT-LAB）开展储能变流器并网测试，不同比例系数和积分系数下的并网系统均保持稳定。基于滤波器的输入电压到输出电流的传递函数，发现储能变流器存在谐波谐振问题，提出基于电容电流反馈的有源阻尼谐振抑制策略，有效消除谐波谐振影响。分析结果表明，所设计的储能变流器及其谐波谐振抑制策略，具备鲁棒性，能够为大型新能源电站建设提供有力支撑。
储能变流器是储能系统平抑新能源电站功率波动和支撑电网调频调压功能的核心载体。对储能变流器关键运行控制技术特别是电流控制模式下的控制策略进行研究，提出了电流内环无静差跟踪控制策略，建立了PI控制器比例、积分关键控制参数最佳阻尼比优化设计方法。基于开环幅相频率特性和开环对数频率特性方法，构建计及储能变流器电流内环的开环频域模型。通过Bode稳定判据，定量分析了不同电流内环比例系数、积分参数以及变流器阻感参数变化对储能变流器控制稳定性的影响，并采用Nyquist稳定判据对比验证，在实时数字仿真试验平台（RT-LAB）开展储能变流器并网测试，不同比例系数和积分系数下的并网系统均保持稳定。基于滤波器的输入电压到输出电流的传递函数，发现储能变流器存在谐波谐振问题，提出基于电容电流反馈的有源阻尼谐振抑制策略，有效消除谐波谐振影响。分析结果表明，所设计的储能变流器及其谐波谐振抑制策略，具备鲁棒性，能够为大型新能源电站建设提供有力支撑。
2023, 50(7):29-34.
DOI: 10.12177/emca.2023.075
摘要:
双三相永磁同步电机(DTP-PMSM)的传统模型预测控制(MPC)在一个控制周期内仅作用一个电压矢量，使得电机的控制效果不理想，尤其是稳态时的转矩波动。针对这个问题，提出一种基于虚拟电压矢量(VVV)的多矢量模型预测转矩控制(MPTC)策略。该方法在一个控制周期内作用多个电压矢量，扩大了矢量调制范围。通过这种方式，减小了转矩脉动，提高了稳态性能。此外，该策略采用了VVV，因此该策略抑制了谐波电流。选用无权重因子的代价函数对候选矢量组合进行筛选，降低了算法的复杂度。最后，在试验平台上，通过与传统双矢量MPTC进行对比验证了所提算法的有效性。
双三相永磁同步电机(DTP-PMSM)的传统模型预测控制(MPC)在一个控制周期内仅作用一个电压矢量，使得电机的控制效果不理想，尤其是稳态时的转矩波动。针对这个问题，提出一种基于虚拟电压矢量(VVV)的多矢量模型预测转矩控制(MPTC)策略。该方法在一个控制周期内作用多个电压矢量，扩大了矢量调制范围。通过这种方式，减小了转矩脉动，提高了稳态性能。此外，该策略采用了VVV，因此该策略抑制了谐波电流。选用无权重因子的代价函数对候选矢量组合进行筛选，降低了算法的复杂度。最后，在试验平台上，通过与传统双矢量MPTC进行对比验证了所提算法的有效性。
2023, 50(7):35-42.
DOI: 10.12177/emca.2023.071
摘要:
位置传感器策略虽然已经广泛应用在普通工业场合，却未推广到位置伺服领域，原因在于无法辨识转子机械角度。为此，提出一种基于高频电压注入的带辅助齿表贴式永磁同步电机（SPMSM）转子机械角度无传感器辨识策略。根据所推导的带辅助齿SPMSM数学模型，在电角度零点处注入高频电压信号，划分出机械扇区。再使用传统无位置传感器算法获得电角度。最后，由电角度、机械扇区、机械角度三者之间的关系得到机械角度。仿真结果表明：所提算法能够识别电机转子机械角度。
位置传感器策略虽然已经广泛应用在普通工业场合，却未推广到位置伺服领域，原因在于无法辨识转子机械角度。为此，提出一种基于高频电压注入的带辅助齿表贴式永磁同步电机（SPMSM）转子机械角度无传感器辨识策略。根据所推导的带辅助齿SPMSM数学模型，在电角度零点处注入高频电压信号，划分出机械扇区。再使用传统无位置传感器算法获得电角度。最后，由电角度、机械扇区、机械角度三者之间的关系得到机械角度。仿真结果表明：所提算法能够识别电机转子机械角度。
2023, 50(7):43-50.
DOI: 10.12177/emca.2023.067
摘要:
无轴承开关磁阻电机（BSRM）由于容错性高、损耗小、效率高等优点在工业领域已得到广泛应用，但电机运行时振动会限制其在某些领域的应用。以混合励磁双定子BSRM为研究对象引入一种在定转子齿部开窗的方法，通过改变外定子或转子铁心磁阻大小，可以减小气隙中的磁密大小，达到减小电磁振动的目的。采用电磁有限元法与正交试验法优化窗口的位置和尺寸，验证转子开窗对外定子径向力和转矩的影响，最后通过模态叠加法验证转子开窗对振动响应的影响。结果表明，该方法对混合励磁双定子BSRM电磁振动有较好的抑制效果但对电机转矩有一定影响。
无轴承开关磁阻电机（BSRM）由于容错性高、损耗小、效率高等优点在工业领域已得到广泛应用，但电机运行时振动会限制其在某些领域的应用。以混合励磁双定子BSRM为研究对象引入一种在定转子齿部开窗的方法，通过改变外定子或转子铁心磁阻大小，可以减小气隙中的磁密大小，达到减小电磁振动的目的。采用电磁有限元法与正交试验法优化窗口的位置和尺寸，验证转子开窗对外定子径向力和转矩的影响，最后通过模态叠加法验证转子开窗对振动响应的影响。结果表明，该方法对混合励磁双定子BSRM电磁振动有较好的抑制效果但对电机转矩有一定影响。
2023, 50(7):51-58.
DOI: 10.12177/emca.2023.079
摘要:
使用Rtunit快速原型开发系统对感应电机电流源激励系统进行快速开发和控制。在MATLAB/Simulink中完成对三相可编程电流源系统的建模和仿真，使用配套的组件将其转化为工程代码下载到硬件控制器中，通过集成开发环境在线检测和修改对应参数控制三相全桥逆变器，完成了三相电流源激励系统的开发，该系统可以稳定输出可实时调频调幅的三相电流源激励。测试结果表明,该方法在满足需求的条件下，编程简单，开发周期短，成本低，效率高。
使用Rtunit快速原型开发系统对感应电机电流源激励系统进行快速开发和控制。在MATLAB/Simulink中完成对三相可编程电流源系统的建模和仿真，使用配套的组件将其转化为工程代码下载到硬件控制器中，通过集成开发环境在线检测和修改对应参数控制三相全桥逆变器，完成了三相电流源激励系统的开发，该系统可以稳定输出可实时调频调幅的三相电流源激励。测试结果表明,该方法在满足需求的条件下，编程简单，开发周期短，成本低，效率高。
2023, 50(7):59-65.
DOI: 10.12177/emca.2023.066
摘要:
针对永磁起动/发电系统在模式切换过程中出现电压坠落的问题，本文在传统模式切换策略的基础上，提出了一种考虑电容充放电延迟的模式切换策略。通过考虑电容充放电延迟过程，改变控制结构与电气负载开关切换时间，降低切换过程中的坠落电压。在模式切换控制器中设置发电模式转速阈值，使其在发动机故障转速无法维持发电模式时平稳切换至起动模式。该切换策略提高了系统的稳定性。通过仿真试验，验证了上述切换策略的正确性和可行性。
针对永磁起动/发电系统在模式切换过程中出现电压坠落的问题，本文在传统模式切换策略的基础上，提出了一种考虑电容充放电延迟的模式切换策略。通过考虑电容充放电延迟过程，改变控制结构与电气负载开关切换时间，降低切换过程中的坠落电压。在模式切换控制器中设置发电模式转速阈值，使其在发动机故障转速无法维持发电模式时平稳切换至起动模式。该切换策略提高了系统的稳定性。通过仿真试验，验证了上述切换策略的正确性和可行性。
2023, 50(7):66-73.
DOI: 10.12177/emca.2023.074
摘要:
磁齿轮电机具有转矩密度高、转子结构坚固的特点。针对外转子辐条式磁齿轮电机齿槽转矩高等问题，以一台三相18槽28极外转子辐条式磁齿轮电机作为研究对象，利用磁场调制理论对气隙进行解析计算，然后基于麦克斯韦张量法分析外转子辐条式磁齿轮电机齿槽转矩产生的机理，并通过调节槽口角度和转子削角对磁齿轮结构进行优化。有限元分析结果表明，优化后电机的反电动势三次谐波被削弱了53%、齿槽转矩幅值被削弱了93.4%、输出转矩脉动下降了73.7%。有限元分析结果验证了调节槽口角度和转子削角的结构优化方法的有效性。
磁齿轮电机具有转矩密度高、转子结构坚固的特点。针对外转子辐条式磁齿轮电机齿槽转矩高等问题，以一台三相18槽28极外转子辐条式磁齿轮电机作为研究对象，利用磁场调制理论对气隙进行解析计算，然后基于麦克斯韦张量法分析外转子辐条式磁齿轮电机齿槽转矩产生的机理，并通过调节槽口角度和转子削角对磁齿轮结构进行优化。有限元分析结果表明，优化后电机的反电动势三次谐波被削弱了53%、齿槽转矩幅值被削弱了93.4%、输出转矩脉动下降了73.7%。有限元分析结果验证了调节槽口角度和转子削角的结构优化方法的有效性。
2023, 50(7):74-80.
DOI: 10.12177/emca.2023.070
摘要:
在工业伺服控制领域，常采用陷波滤波器抑制机械谐振，而准确地获取谐振频率是谐振成功抑制的首要条件。采用二阶广义积分器-锁频环(SOGI-FLL)分析速度控制器输出信号以检测谐振频率。首先介绍了SOGI-FLL的基本结构及锁频环的工作原理，然后分析了幅值频率自适应SOGI-FLL的频率响应性能，最后通过仿真和试验验证了幅值频率自适应SOGI-FLL能准确且快速地测出谐振频率，将所测频率用于陷波滤波器参数设置，成功抑制了机械谐振。
在工业伺服控制领域，常采用陷波滤波器抑制机械谐振，而准确地获取谐振频率是谐振成功抑制的首要条件。采用二阶广义积分器-锁频环(SOGI-FLL)分析速度控制器输出信号以检测谐振频率。首先介绍了SOGI-FLL的基本结构及锁频环的工作原理，然后分析了幅值频率自适应SOGI-FLL的频率响应性能，最后通过仿真和试验验证了幅值频率自适应SOGI-FLL能准确且快速地测出谐振频率，将所测频率用于陷波滤波器参数设置，成功抑制了机械谐振。
2023, 50(7):81-88.
DOI: 10.12177/emca.2023.069
摘要:
为了解决区域电网受风光机组出力的不确定因素影响的调度优化问题，提出了含风光机组在内的多电源多目标调度优化模型，目标函数中考虑了经济运行成本及环境治理成本，同时增加了备用容量和爬坡能力等约束。考虑权系数对多目标优化结果的影响，基于不同的负荷情况，对多目标优化的权系数进行动态选取，得到各阶段负荷下对应的权系数。该文将负荷分为基荷、腰荷及峰荷三种情况，根据模糊综合评价法对各种负荷情况动态确定权系数，以此提出四种优化方案。为了降低综合成本，在考虑了各种约束的前提下，利用改进的粒子群算法求解模型，求得四种方案下的分时段综合成本，并确定调度优化方案，同时得到运行周期内区域电网中机组出力的最佳策略，最后通过实例验证了所提基于动态权系数的多目标调度优化策略的有效性。
为了解决区域电网受风光机组出力的不确定因素影响的调度优化问题，提出了含风光机组在内的多电源多目标调度优化模型，目标函数中考虑了经济运行成本及环境治理成本，同时增加了备用容量和爬坡能力等约束。考虑权系数对多目标优化结果的影响，基于不同的负荷情况，对多目标优化的权系数进行动态选取，得到各阶段负荷下对应的权系数。该文将负荷分为基荷、腰荷及峰荷三种情况，根据模糊综合评价法对各种负荷情况动态确定权系数，以此提出四种优化方案。为了降低综合成本，在考虑了各种约束的前提下，利用改进的粒子群算法求解模型，求得四种方案下的分时段综合成本，并确定调度优化方案，同时得到运行周期内区域电网中机组出力的最佳策略，最后通过实例验证了所提基于动态权系数的多目标调度优化策略的有效性。
2023, 50(7):89-94.
DOI: 10.12177/emca.2023.077
摘要:
传统储能控制的调节速度较慢，难以满足高比例新能源接入电网后的精准控制，提出将调度周期内误差率引入储能系统优化控制策略，利用误差率在电流闭环控制前加入反馈误差环节，对储能电池的DC/DC双向控制器进行优化控制。以光储联合发电系统的有功出力与计划有功出力均方根误差最小为目标，模型中考虑了储能电池荷电状态和联合发电系统允许偏差的限制条件。给出了双向DC/DC变换器中BUCK/BOOST电路的传递函数，然后给出了光储联合发电系统并网运行时PQ控制策略，采用有功功率和无功功率解耦控制。基于MATLAB/Simulink仿真平台，建立了光储联合发电系统的仿真系统，通过仿真结果分析，验证了提出控制策略的有效性。
传统储能控制的调节速度较慢，难以满足高比例新能源接入电网后的精准控制，提出将调度周期内误差率引入储能系统优化控制策略，利用误差率在电流闭环控制前加入反馈误差环节，对储能电池的DC/DC双向控制器进行优化控制。以光储联合发电系统的有功出力与计划有功出力均方根误差最小为目标，模型中考虑了储能电池荷电状态和联合发电系统允许偏差的限制条件。给出了双向DC/DC变换器中BUCK/BOOST电路的传递函数，然后给出了光储联合发电系统并网运行时PQ控制策略，采用有功功率和无功功率解耦控制。基于MATLAB/Simulink仿真平台，建立了光储联合发电系统的仿真系统，通过仿真结果分析，验证了提出控制策略的有效性。
《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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