2025年第52卷第4期文章目次
2025, 52(4):341-355.
DOI: 10.12177/emca.2025.013
摘要:
【目的】针对冶金行业生产中谐波入侵变压器导致其构件振动、噪声异常的问题，基于多物理场耦合方法，通过仿真和试验研究冶金谐波扰动在多物理场中的演变过程。【方法】首先，提出考虑谐波扰动的变压器电磁-机械-声场耦合模型，将电磁力、振动加速度分别作为电磁-机械、机械-声场的关联特征参数。基于电磁耦合求解变压器的绕组电流、磁通密度以及电磁力，并将电磁力作为机械模型的激励，计算变压器铁心及绕组的振动加速度，然后以振动加速度为声场模型激励求解变压器声压以及声压级变化，实现变压器电磁-机械-声的多场耦合。通过模拟多种扰动模式下各场域的时空分布与变化，利用关联特征参数反映多物理场的扰动演变过程，仿真分析(间)谐波分量扰动下变压器多场参数变化。同时搭建动模试验平台，采集不同模式下变压器的振动及噪声信号。【结果】结果表明，冶金谐波入侵变压器时，构件的多场信息均随着负载率和谐波频率的升高而增强。间谐波分量对变压器的扰动比邻近频域谐波分量更为显著。通过仿真-试验对比，验证了本文模型的正确性。【结论】基于仿真试验结果，以冶金谐波中最为显著的间谐波分量97 Hz作为典型表征参数，建立不同含量97 Hz间谐波与变压器构件振动的映射关系，进而制定失稳判据。当含量达到15%时，97 Hz间谐波导致变压器内部电磁、机械环境严重失稳。辨识方案为冶金谐波入侵下变压器的态势感知与设备保护提供支持。
【目的】针对冶金行业生产中谐波入侵变压器导致其构件振动、噪声异常的问题，基于多物理场耦合方法，通过仿真和试验研究冶金谐波扰动在多物理场中的演变过程。【方法】首先，提出考虑谐波扰动的变压器电磁-机械-声场耦合模型，将电磁力、振动加速度分别作为电磁-机械、机械-声场的关联特征参数。基于电磁耦合求解变压器的绕组电流、磁通密度以及电磁力，并将电磁力作为机械模型的激励，计算变压器铁心及绕组的振动加速度，然后以振动加速度为声场模型激励求解变压器声压以及声压级变化，实现变压器电磁-机械-声的多场耦合。通过模拟多种扰动模式下各场域的时空分布与变化，利用关联特征参数反映多物理场的扰动演变过程，仿真分析(间)谐波分量扰动下变压器多场参数变化。同时搭建动模试验平台，采集不同模式下变压器的振动及噪声信号。【结果】结果表明，冶金谐波入侵变压器时，构件的多场信息均随着负载率和谐波频率的升高而增强。间谐波分量对变压器的扰动比邻近频域谐波分量更为显著。通过仿真-试验对比，验证了本文模型的正确性。【结论】基于仿真试验结果，以冶金谐波中最为显著的间谐波分量97 Hz作为典型表征参数，建立不同含量97 Hz间谐波与变压器构件振动的映射关系，进而制定失稳判据。当含量达到15%时，97 Hz间谐波导致变压器内部电磁、机械环境严重失稳。辨识方案为冶金谐波入侵下变压器的态势感知与设备保护提供支持。
2025, 52(4):356-366.
DOI: 10.12177/emca.2025.011
摘要:
【目的】为了克服传统内置式永磁同步电机(IPMSM)无位置传感器控制在全速域范围内的技术瓶颈，本文致力于研究一种能够在全速域范围内实现稳定控制的无位置传感器控制策略。具体而言，旨在解决低速段转速和角度信息观测精度不足、中高速段系统抖振明显以及速度切换过程中稳定性差等技术难题，从而实现从低速到中高速段的无位置传感器平滑切换控制。【方法】本文提出了一种基于多模态观测器的全速域无位置传感器控制策略。在低速段，采用改进型高频方波注入法，通过考虑交叉耦合效应的影响，建立精确的电机数学模型，有效提取转子位置信息;在中高速段，设计了一种新型滑模观测器，通过优化切换函数和引入边界层方法，显著降低了系统抖振。为实现低速到高速段的平滑过渡，创新性地提出了基于模糊逻辑的加权切换算法，通过实时调整权重系数，确保切换过程的连续性和稳定性。【结果】在低速段(0~5%额定转速)，改进型高频方波注入法可将位置观测误差控制在±0.05 rad以内，说明采用考虑交叉耦合效应的高频方波注入法能够有效观测电机转速和角度信息;在中高速段(5%~100%额定转速)，引入能降低系统抖振的滑模观测器实现无位置控制，新型滑模观测器使系统抖振幅值降低约60%;采用加权切换算法后，速度切换过程中的转矩波动减小了45%，转速超调量控制在2%以内。与传统方法相比，所提方案在全速域范围内的控制精度提高了30%以上，动态响应速度提升了25%。【结论】本文提出的全速域无位置传感器控制策略有效解决了IPMSM在全速域范围内的控制难题。改进型高频方波注入法显著提升了低速段的观测精度，新型滑模观测器有效抑制了中高速段的系统抖振，而基于模糊逻辑的加权切换算法则实现了速度段的平滑过渡。仿真和试验结果充分证明了该方案在全速域范围内的可行性和优越性，为IPMSM无位置传感器控制的实际应用提供了新的解决方案。
【目的】为了克服传统内置式永磁同步电机(IPMSM)无位置传感器控制在全速域范围内的技术瓶颈，本文致力于研究一种能够在全速域范围内实现稳定控制的无位置传感器控制策略。具体而言，旨在解决低速段转速和角度信息观测精度不足、中高速段系统抖振明显以及速度切换过程中稳定性差等技术难题，从而实现从低速到中高速段的无位置传感器平滑切换控制。【方法】本文提出了一种基于多模态观测器的全速域无位置传感器控制策略。在低速段，采用改进型高频方波注入法，通过考虑交叉耦合效应的影响，建立精确的电机数学模型，有效提取转子位置信息;在中高速段，设计了一种新型滑模观测器，通过优化切换函数和引入边界层方法，显著降低了系统抖振。为实现低速到高速段的平滑过渡，创新性地提出了基于模糊逻辑的加权切换算法，通过实时调整权重系数，确保切换过程的连续性和稳定性。【结果】在低速段(0~5%额定转速)，改进型高频方波注入法可将位置观测误差控制在±0.05 rad以内，说明采用考虑交叉耦合效应的高频方波注入法能够有效观测电机转速和角度信息;在中高速段(5%~100%额定转速)，引入能降低系统抖振的滑模观测器实现无位置控制，新型滑模观测器使系统抖振幅值降低约60%;采用加权切换算法后，速度切换过程中的转矩波动减小了45%，转速超调量控制在2%以内。与传统方法相比，所提方案在全速域范围内的控制精度提高了30%以上，动态响应速度提升了25%。【结论】本文提出的全速域无位置传感器控制策略有效解决了IPMSM在全速域范围内的控制难题。改进型高频方波注入法显著提升了低速段的观测精度，新型滑模观测器有效抑制了中高速段的系统抖振，而基于模糊逻辑的加权切换算法则实现了速度段的平滑过渡。仿真和试验结果充分证明了该方案在全速域范围内的可行性和优越性，为IPMSM无位置传感器控制的实际应用提供了新的解决方案。
2025, 52(4):367-375.
DOI: 10.12177/emca.2025.017
摘要:
【目的】碳化硅(SiC)器件因其低开关损耗、高耐压等优异特性，在中压领域的模块化多电平换流器(MMC)应用中具有显著优势。但基于SiC器件的子模块在开关瞬态会产生高du/dt、di/dt，造成严重的电磁干扰，危害系统安全。【方法】为了解决该问题，本文根据MMC拓扑特点分析了子模块杂散电容分布特性，通过对杂散电容的等效变换，构建了共模干扰电流等效电路模型。在此基础上，提出一种基于载波移相脉冲宽度调制的上下桥臂位置互补子模块触发脉冲耦合方法，通过调整位置互补子模块的载波相位实现对共模电流的抑制。【结果】仿真结果表明，所提出的方法能够有效维持子模块电容电压平衡并确保交流侧输出波形质量，这两项指标均是衡量MMC性能的关键参数。与传统方法相比，该策略将共模电流峰值抑制了43%，展现出更优的抑制性能，验证了该方法的有效性。【结论】所提出的方法可有效抑制共模干扰电流，从而显著提升SiC MMC的整体性能与可靠性。该研究成果为碳化硅器件在中压电力电子系统中的技术发展提供了重要参考价值。
【目的】碳化硅(SiC)器件因其低开关损耗、高耐压等优异特性，在中压领域的模块化多电平换流器(MMC)应用中具有显著优势。但基于SiC器件的子模块在开关瞬态会产生高du/dt、di/dt，造成严重的电磁干扰，危害系统安全。【方法】为了解决该问题，本文根据MMC拓扑特点分析了子模块杂散电容分布特性，通过对杂散电容的等效变换，构建了共模干扰电流等效电路模型。在此基础上，提出一种基于载波移相脉冲宽度调制的上下桥臂位置互补子模块触发脉冲耦合方法，通过调整位置互补子模块的载波相位实现对共模电流的抑制。【结果】仿真结果表明，所提出的方法能够有效维持子模块电容电压平衡并确保交流侧输出波形质量，这两项指标均是衡量MMC性能的关键参数。与传统方法相比，该策略将共模电流峰值抑制了43%，展现出更优的抑制性能，验证了该方法的有效性。【结论】所提出的方法可有效抑制共模干扰电流，从而显著提升SiC MMC的整体性能与可靠性。该研究成果为碳化硅器件在中压电力电子系统中的技术发展提供了重要参考价值。
2025, 52(4):376-388.
DOI: 10.12177/emca.2025.015
摘要:
【目的】目前，隔离开关已被广泛应用于电网中，然而对其故障诊断的研究相比于变压器、断路器等设备却较少。通过隔离开关运行时的振动信号来准确识别其故障类型对于电网的正常运行和工作人员的人身安全具有重要意义。【方法】本文采用了自适应t分布扰动策略来改进伞蜥优化(FLO)算法，得到改进后的融合自适应t分布扰动的伞蜥优化(tFLO)算法，进而对连续变分模态分解(SVMD)和最小二乘支持向量机(LSSVM)的参数寻优，以实现对隔离开关故障的识别。首先，引入自适应t分布扰动策略改进FLO算法；然后，利用tFLO-SVMD对试验数据进行分解得到最佳的模态分量；计算模态分量的精细复合多尺度模糊散布熵(RCMFDE)得到高维特征矩阵；最后，使用tFLO-LSSVM算法将核主成分分析法(KPCA)对高维矩阵降维后的多组低维特征值矩阵进行故障的分类。【结果】本文针对某220 kV高压隔离开关提出的基于tFLO-SVMD-LSSVM-RCMFDE的故障诊断方法的试验准确率达97.92%，能有效识别隔离开关故障类型。【结论】在传统VMD方法分解的本征模态函数(IMF)分量中存在计算速度慢、模态中心鲁棒性差及需要额外优化模态个数k等问题，SVMD算法能够很好地解决这些问题且分解地更细致。同时，熵值计算能有效量化时间序列的复杂性和不确定性，模糊散布熵(FDE)具有计算时间短，抗干扰强的优点。而RCMFDE相比于FDE稳定性更好，对特征地反映更加全面。tFLO-SVMD与RCMFDE结合能够有效地区分隔离开关不同类型故障的振动信号。综上，本文证明基于tFLO-SVMD-LSSVM-RCMFDE分类方法能有效识别隔离开关故障，具有较高的识别精度。
【目的】目前，隔离开关已被广泛应用于电网中，然而对其故障诊断的研究相比于变压器、断路器等设备却较少。通过隔离开关运行时的振动信号来准确识别其故障类型对于电网的正常运行和工作人员的人身安全具有重要意义。【方法】本文采用了自适应t分布扰动策略来改进伞蜥优化(FLO)算法，得到改进后的融合自适应t分布扰动的伞蜥优化(tFLO)算法，进而对连续变分模态分解(SVMD)和最小二乘支持向量机(LSSVM)的参数寻优，以实现对隔离开关故障的识别。首先，引入自适应t分布扰动策略改进FLO算法；然后，利用tFLO-SVMD对试验数据进行分解得到最佳的模态分量；计算模态分量的精细复合多尺度模糊散布熵(RCMFDE)得到高维特征矩阵；最后，使用tFLO-LSSVM算法将核主成分分析法(KPCA)对高维矩阵降维后的多组低维特征值矩阵进行故障的分类。【结果】本文针对某220 kV高压隔离开关提出的基于tFLO-SVMD-LSSVM-RCMFDE的故障诊断方法的试验准确率达97.92%，能有效识别隔离开关故障类型。【结论】在传统VMD方法分解的本征模态函数(IMF)分量中存在计算速度慢、模态中心鲁棒性差及需要额外优化模态个数k等问题，SVMD算法能够很好地解决这些问题且分解地更细致。同时，熵值计算能有效量化时间序列的复杂性和不确定性，模糊散布熵(FDE)具有计算时间短，抗干扰强的优点。而RCMFDE相比于FDE稳定性更好，对特征地反映更加全面。tFLO-SVMD与RCMFDE结合能够有效地区分隔离开关不同类型故障的振动信号。综上，本文证明基于tFLO-SVMD-LSSVM-RCMFDE分类方法能有效识别隔离开关故障，具有较高的识别精度。
2025, 52(4):389-401.
DOI: 10.12177/emca.2025.0019
摘要:
【目的】针对轮辐式永磁同步电机(STPMSM)的电磁振动噪声问题，本文研究了定子齿部和轭部间附加气隙对STPMSM声学性能的影响，旨在通过设计气隙结构降低电磁振动和噪声。【方法】首先，构建STPMSM的有限元模型深入分析电磁场特性，采用麦克斯韦应力张量法与二维傅里叶变换法相结合将电磁力分解为径向分量和切向分量以研究电磁力时空分布特征；其次，搭建10极12槽STPMSM试验平台，模拟实际工况下振动与噪声响应，并通过模态分析、锤击响应测试及频响函数测量以验证仿真结果；最后，对均匀和非均匀附加气隙两种结构方案进行比较研究，并评估三角形与凸型齿轭分离结构对整体声学性能的影响。【结果】仿真和试验结果均表明，在定子齿部与轭部之间引入附加气隙后，电机的声压级降低了约2.3 dB。有限元分析显示，主要的径向力分量与特定的空间谐波相对应，与实际噪声频率一致。非均匀附加气隙虽引入新的电磁力时空分量，但对整体声学性能的影响较小；三角形齿轭分离结构设计的定子在降噪方面明显优于凸型。【结论】本文研究证实了附加气隙可有效降低STPMSM的电磁振动和噪声，均匀与非均匀气隙对声学性能影响差异不显著，三角形齿轭分离结构声学性能更优，且通过遗传算法优化附加气隙结构参数进一步提升声学性能，为电机噪声控制提供新的思路与方法。
【目的】针对轮辐式永磁同步电机(STPMSM)的电磁振动噪声问题，本文研究了定子齿部和轭部间附加气隙对STPMSM声学性能的影响，旨在通过设计气隙结构降低电磁振动和噪声。【方法】首先，构建STPMSM的有限元模型深入分析电磁场特性，采用麦克斯韦应力张量法与二维傅里叶变换法相结合将电磁力分解为径向分量和切向分量以研究电磁力时空分布特征；其次，搭建10极12槽STPMSM试验平台，模拟实际工况下振动与噪声响应，并通过模态分析、锤击响应测试及频响函数测量以验证仿真结果；最后，对均匀和非均匀附加气隙两种结构方案进行比较研究，并评估三角形与凸型齿轭分离结构对整体声学性能的影响。【结果】仿真和试验结果均表明，在定子齿部与轭部之间引入附加气隙后，电机的声压级降低了约2.3 dB。有限元分析显示，主要的径向力分量与特定的空间谐波相对应，与实际噪声频率一致。非均匀附加气隙虽引入新的电磁力时空分量，但对整体声学性能的影响较小；三角形齿轭分离结构设计的定子在降噪方面明显优于凸型。【结论】本文研究证实了附加气隙可有效降低STPMSM的电磁振动和噪声，均匀与非均匀气隙对声学性能影响差异不显著，三角形齿轭分离结构声学性能更优，且通过遗传算法优化附加气隙结构参数进一步提升声学性能，为电机噪声控制提供新的思路与方法。
2025, 52(4):402-411.
DOI: 10.12177/emca.2025.010
摘要:
【目的】潜油永磁同步电机(SPMSM)具有安全可靠、效率高及响应速度快等优势，是取代效率低下的异步潜油电机的最佳机型，其控制性能直接影响潜油电泵的稳定性及采油效率。针对油井工作环境恶劣导致潜油电机不适合安装位置传感器的问题，本文在建立高频激励电机数学模型的基础上，提出一种基于高频方波注入法的永磁同步电机无位置传感器自抗扰控制(ADRC)方案。【方法】通过采用无滤波器法分离基频和高频电流信号，获取包含转子位置信息的高频电流信号；通过采用基于误差反馈修正的龙伯格观测器来消除电机转速和转子位置的观测误差，提高中高速阶段的转速估计精度。同时，研究了不确定性扰动对系统的影响机理，并在此基础上，将ADRC技术应用于矢量控制系统中，设计了基于ADRC的速度调节器。【结果】为验证基于ADRC技术的高频方波注入法在低转速时的性能，基于Matlab/Simulink搭建系统仿真模型。仿真结果表明，该系统具有良好的转速跟踪性能以及转子位置观测精度，动态响应快、稳态精度高；同时，该控制算法在突加负载时能有效地跟随实际转速，并能够在较短的时间内恢复稳定，验证了所提出的控制策略的有效性及可行性。【结论】本文所提方法在宽调速范围内具有消除负载扰动影响的能力。
【目的】潜油永磁同步电机(SPMSM)具有安全可靠、效率高及响应速度快等优势，是取代效率低下的异步潜油电机的最佳机型，其控制性能直接影响潜油电泵的稳定性及采油效率。针对油井工作环境恶劣导致潜油电机不适合安装位置传感器的问题，本文在建立高频激励电机数学模型的基础上，提出一种基于高频方波注入法的永磁同步电机无位置传感器自抗扰控制(ADRC)方案。【方法】通过采用无滤波器法分离基频和高频电流信号，获取包含转子位置信息的高频电流信号；通过采用基于误差反馈修正的龙伯格观测器来消除电机转速和转子位置的观测误差，提高中高速阶段的转速估计精度。同时，研究了不确定性扰动对系统的影响机理，并在此基础上，将ADRC技术应用于矢量控制系统中，设计了基于ADRC的速度调节器。【结果】为验证基于ADRC技术的高频方波注入法在低转速时的性能，基于Matlab/Simulink搭建系统仿真模型。仿真结果表明，该系统具有良好的转速跟踪性能以及转子位置观测精度，动态响应快、稳态精度高；同时，该控制算法在突加负载时能有效地跟随实际转速，并能够在较短的时间内恢复稳定，验证了所提出的控制策略的有效性及可行性。【结论】本文所提方法在宽调速范围内具有消除负载扰动影响的能力。
2025, 52(4):412-421.
DOI: 10.12177/emca.2025.022
摘要:
【目的】屏蔽式永磁同步电机(CPMSM)具有高效率、高功率密度等优异的性能,凭借体积小、重量轻、运行稳定可靠及维护需求低等优点被广泛应用于真空泵等高要求的精密控制工业设备中。真空泵在抽真空工作中可能有空气流入真空环境中,导致真空泵高负载作业,从而使CPMSM过载。【方法】本文通过Simulink和Ansys构建联合仿真模型,对电机的电磁场及温度场进行分析,得出电机过载后的安全运行时间及电磁场的变化规律。以一台1.5 kW CPMSM为例,通过设置不同倍数的过载转矩模拟冲击载荷,采用单向耦合法计算CPMSM在过载状态下绕组绝缘及永磁体的温升。【结果】研究结果表明,CPMSM的绕组绝缘在过载到1.8倍负载后的516 s时达到绝缘温度限制,之后继续工作将造成电机损坏,而永磁体在此负载下仍可继续安全工作,则电机过载后的安全运行时间为516 s。此外,研究表明电机过载后相比于额定负载定子轭部磁密较大的区域增多,气隙磁密基波幅值减小,反电动势基波幅值增强。电机过载后损耗增加,效率和功率因数下降,转矩波动先减小后增大。【结论】本文通过构建仿真模型深入分析了CPMSM在过载状态下的运行特性,为精准确定电机过载状态下温度升高后的安全响应时间提供了科学依据,总结了电机过载后电磁性能的变化规律,对提升CPMSM的性能具有重要意义。
【目的】屏蔽式永磁同步电机(CPMSM)具有高效率、高功率密度等优异的性能,凭借体积小、重量轻、运行稳定可靠及维护需求低等优点被广泛应用于真空泵等高要求的精密控制工业设备中。真空泵在抽真空工作中可能有空气流入真空环境中,导致真空泵高负载作业,从而使CPMSM过载。【方法】本文通过Simulink和Ansys构建联合仿真模型,对电机的电磁场及温度场进行分析,得出电机过载后的安全运行时间及电磁场的变化规律。以一台1.5 kW CPMSM为例,通过设置不同倍数的过载转矩模拟冲击载荷,采用单向耦合法计算CPMSM在过载状态下绕组绝缘及永磁体的温升。【结果】研究结果表明,CPMSM的绕组绝缘在过载到1.8倍负载后的516 s时达到绝缘温度限制,之后继续工作将造成电机损坏,而永磁体在此负载下仍可继续安全工作,则电机过载后的安全运行时间为516 s。此外,研究表明电机过载后相比于额定负载定子轭部磁密较大的区域增多,气隙磁密基波幅值减小,反电动势基波幅值增强。电机过载后损耗增加,效率和功率因数下降,转矩波动先减小后增大。【结论】本文通过构建仿真模型深入分析了CPMSM在过载状态下的运行特性,为精准确定电机过载状态下温度升高后的安全响应时间提供了科学依据,总结了电机过载后电磁性能的变化规律,对提升CPMSM的性能具有重要意义。
2025, 52(4):422-431.
DOI: 10.12177/emca.2025.018
摘要:
【目的】分数槽集中绕组(FSCW)双转子电机由于其独特的绕组分布导致气隙中含有丰富的磁动势谐波,在直接起动时,电机将会产生大量的冲击电流和转矩脉动。针对上述问题,本文将以硬起动与软起动为基础分析这两种起动方式下的电磁转矩特性,判断这两种起动方式是否有利于电机的稳定运行,并验证虚位移法在这两种起动方式下是否成立。【方法】本文首先介绍FSCW轴向双转子电机的基本结构及工作原理,并根据绕组理论建立了电机的数学模型,根据仿真结果分析了软硬起动的暂态过程与稳态过程以及该模型在软硬起动情况下不同定转子轴线夹角的转矩特性;然后,基于虚位移法推导出电磁转矩的表达式;最后结合虚位移法和仿真结果讨论了两种起动方式下的电磁转矩。【结果】由仿真数据可知,电机在硬起动的瞬间,电磁转矩急剧增加,并且后续转矩波形波动较大,存在明显的振荡。随着时间的推移,转矩波动逐渐平稳并进入稳态,其暂态峰值约为稳态峰值的2倍。在软硬起动条件下,电磁转矩的仿真结果略小于通过虚位移法计算出的结果。当定转子的轴线夹角发生变化时,仿真波形的峰值与波动也发生了明显的变化。【结论】结果表明,硬起动不利于该电机的稳定运行,定转子的轴线夹角会影响电磁转矩的大小和转矩脉动。电磁转矩的仿真值与理论值吻合度较高,推导出的表达式具有较高的准确性,为后续计算电机的电磁转矩提供了参考。
【目的】分数槽集中绕组(FSCW)双转子电机由于其独特的绕组分布导致气隙中含有丰富的磁动势谐波,在直接起动时,电机将会产生大量的冲击电流和转矩脉动。针对上述问题,本文将以硬起动与软起动为基础分析这两种起动方式下的电磁转矩特性,判断这两种起动方式是否有利于电机的稳定运行,并验证虚位移法在这两种起动方式下是否成立。【方法】本文首先介绍FSCW轴向双转子电机的基本结构及工作原理,并根据绕组理论建立了电机的数学模型,根据仿真结果分析了软硬起动的暂态过程与稳态过程以及该模型在软硬起动情况下不同定转子轴线夹角的转矩特性;然后,基于虚位移法推导出电磁转矩的表达式;最后结合虚位移法和仿真结果讨论了两种起动方式下的电磁转矩。【结果】由仿真数据可知,电机在硬起动的瞬间,电磁转矩急剧增加,并且后续转矩波形波动较大,存在明显的振荡。随着时间的推移,转矩波动逐渐平稳并进入稳态,其暂态峰值约为稳态峰值的2倍。在软硬起动条件下,电磁转矩的仿真结果略小于通过虚位移法计算出的结果。当定转子的轴线夹角发生变化时,仿真波形的峰值与波动也发生了明显的变化。【结论】结果表明,硬起动不利于该电机的稳定运行,定转子的轴线夹角会影响电磁转矩的大小和转矩脉动。电磁转矩的仿真值与理论值吻合度较高,推导出的表达式具有较高的准确性,为后续计算电机的电磁转矩提供了参考。
2025, 52(4):432-441.
DOI: 10.12177/emca.2025.021
摘要:
【目的】如何降低齿槽转矩是电机设计中的热点问题，目前已知在永磁同步电机(PMSM)定子齿上开槽可以有效抑制电机齿槽转矩，但在屏蔽式永磁同步电机(CPMSM)上开槽抑制齿槽转矩的可行性暂不明确。【方法】因此，本文以一台6极9槽CPMSM为研究对象，利用有限元法搭建了电机模型，对电机定子齿部进行开槽设计。然后在推导CPMSM齿槽转矩表达式的基础上，研究了定子齿开辅助槽对CPMSM齿槽转矩的影响。此外，本文还研究了辅助槽的开槽个数、槽型、开槽位置、槽口宽度和深度对齿槽转矩的削弱效果以及开槽前后电机性能对比。【结果】研究结果表明，与常规PMSM相比，CPMSM由于屏蔽套的存在使得开辅助槽抑制齿槽转矩效果不如常规PMSM。此外，通过研究得出开2个槽口宽度w=2.6 mm、槽口深度h=0.4 mm的矩形槽，辅助槽偏移角?=12.8°时对CPMSM齿槽转矩抑制效果最好。【结论】本文所提在CPMSM定子齿上开槽来抑制电机齿槽转矩的办法是可行的，同时通过开辅助槽降低了气隙磁密幅值和屏蔽套损耗，提高了CPMSM的效率。本文研究对CPMSM的优化与设计提供了参考。
【目的】如何降低齿槽转矩是电机设计中的热点问题，目前已知在永磁同步电机(PMSM)定子齿上开槽可以有效抑制电机齿槽转矩，但在屏蔽式永磁同步电机(CPMSM)上开槽抑制齿槽转矩的可行性暂不明确。【方法】因此，本文以一台6极9槽CPMSM为研究对象，利用有限元法搭建了电机模型，对电机定子齿部进行开槽设计。然后在推导CPMSM齿槽转矩表达式的基础上，研究了定子齿开辅助槽对CPMSM齿槽转矩的影响。此外，本文还研究了辅助槽的开槽个数、槽型、开槽位置、槽口宽度和深度对齿槽转矩的削弱效果以及开槽前后电机性能对比。【结果】研究结果表明，与常规PMSM相比，CPMSM由于屏蔽套的存在使得开辅助槽抑制齿槽转矩效果不如常规PMSM。此外，通过研究得出开2个槽口宽度w=2.6 mm、槽口深度h=0.4 mm的矩形槽，辅助槽偏移角?=12.8°时对CPMSM齿槽转矩抑制效果最好。【结论】本文所提在CPMSM定子齿上开槽来抑制电机齿槽转矩的办法是可行的，同时通过开辅助槽降低了气隙磁密幅值和屏蔽套损耗，提高了CPMSM的效率。本文研究对CPMSM的优化与设计提供了参考。
2025, 52(4):442-452.
DOI: 10.12177/emca.2025.014
摘要:
【目的】旨在深入探索分数槽集中绕组(FSCW)分布系数计算过程中的高效性与准确性问题，进而提出具有统一适用性的分布系数计算式。【方法】本研究聚焦于FSCW的分布系数，在研究方法的构建上，创新性地提出并详细对比了3种分布系数的计算方法：定义法采用经典的绕组系数理论框架，通过傅里叶分解及分布系数的基本定义推算出计算式;谐波合成法则基于空间磁势矢量叠加原理，建立多极对数坐标系下的矢量叠加模型;相量合成法将时域相量概念引入空间谐波分析，构建了复数域内的绕组分布表征方法。以理论分析和数值计算作为基础，同时结合实际算例进行分析，归纳出不同方法的原理、适用范围以及计算特点。【结果】通过对3种不同槽极配合的典型实例展开精确计算，结果表明3种计算方法所得到的数值大小完全一致。【结论】定义法仅考虑各次谐波磁动势相量幅值大小，而无法对各次谐波合成磁动势在轴线位置的峰谷分布情况进行有效分析，谐波合成法和相量合成法不仅充分考虑了合成磁动势相量的幅值，还兼顾了其方向，因而能够用于准确判断各次谐波合成磁动势的峰谷情况。3种方法从不同角度进行推导，得出3种不同计算式，适用于不同情况下的分布系数计算，为FSCW的优化设计提供了理论依据。
【目的】旨在深入探索分数槽集中绕组(FSCW)分布系数计算过程中的高效性与准确性问题，进而提出具有统一适用性的分布系数计算式。【方法】本研究聚焦于FSCW的分布系数，在研究方法的构建上，创新性地提出并详细对比了3种分布系数的计算方法：定义法采用经典的绕组系数理论框架，通过傅里叶分解及分布系数的基本定义推算出计算式;谐波合成法则基于空间磁势矢量叠加原理，建立多极对数坐标系下的矢量叠加模型;相量合成法将时域相量概念引入空间谐波分析，构建了复数域内的绕组分布表征方法。以理论分析和数值计算作为基础，同时结合实际算例进行分析，归纳出不同方法的原理、适用范围以及计算特点。【结果】通过对3种不同槽极配合的典型实例展开精确计算，结果表明3种计算方法所得到的数值大小完全一致。【结论】定义法仅考虑各次谐波磁动势相量幅值大小，而无法对各次谐波合成磁动势在轴线位置的峰谷分布情况进行有效分析，谐波合成法和相量合成法不仅充分考虑了合成磁动势相量的幅值，还兼顾了其方向，因而能够用于准确判断各次谐波合成磁动势的峰谷情况。3种方法从不同角度进行推导，得出3种不同计算式，适用于不同情况下的分布系数计算，为FSCW的优化设计提供了理论依据。
《电机与控制应用》
月刊，1959年创刊
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