2026年第53卷第4期文章目次
2026, 53(4):318-327.
DOI: 10.12177/emca.2026.151
摘要:
【目的】本文提出一种用于5.5 kW变频供电鼠笼式感应电机的转子导条消谐槽结构,用于改善转子导条电流密度分布,并尽可能避免槽口局部热点问题。【方法】首先从磁势和磁导出发,分析了感应电机气隙磁场分量和导条感应谐波电流,根据趋肤效应计算了不同谐波电流的透入深度;其次,根据转子槽口几何模型,建立了单个导条载流面积随消谐槽形状和参数变化的数学模型,并提出基于该数学模型和少量仿真数据的消谐槽优化设计流程;最后,通过仿真验证,确定了针对该感应电机的最优转子消谐槽参数。【结果】通过仿真分析发现,空载工况下,转子消谐槽可降低40.9%的谐波铜耗;满载工况下,可降低5.5%的谐波铜耗;且导条载流面积仅下降0.94%,故两种工况下消谐槽均不会显著影响其他电磁性能。【结论】本文所提转子消谐槽可以大幅降低转子谐波铜耗,使导条电流分布更加均匀,能有效降低局部热应力和高负载率电机温升,适用于电机频繁起停或电源包含谐波的工况。
【目的】本文提出一种用于5.5 kW变频供电鼠笼式感应电机的转子导条消谐槽结构,用于改善转子导条电流密度分布,并尽可能避免槽口局部热点问题。【方法】首先从磁势和磁导出发,分析了感应电机气隙磁场分量和导条感应谐波电流,根据趋肤效应计算了不同谐波电流的透入深度;其次,根据转子槽口几何模型,建立了单个导条载流面积随消谐槽形状和参数变化的数学模型,并提出基于该数学模型和少量仿真数据的消谐槽优化设计流程;最后,通过仿真验证,确定了针对该感应电机的最优转子消谐槽参数。【结果】通过仿真分析发现,空载工况下,转子消谐槽可降低40.9%的谐波铜耗;满载工况下,可降低5.5%的谐波铜耗;且导条载流面积仅下降0.94%,故两种工况下消谐槽均不会显著影响其他电磁性能。【结论】本文所提转子消谐槽可以大幅降低转子谐波铜耗,使导条电流分布更加均匀,能有效降低局部热应力和高负载率电机温升,适用于电机频繁起停或电源包含谐波的工况。
2026, 53(4):328-339.
DOI: 10.12177/emca.2026.147
摘要:
【目的】为解决传统低压供电电缆故障诊断中存在的信号依赖单一、特征提取不足及抗干扰能力弱的问题,提出一种能够在复杂工况下实现高鲁棒性与高精度识别的智能诊断策略。【方法】本文提出一种融合变分模态分解-希尔伯特变换(VMD-HT)和多源一维卷积神经网络(MS-1DCNN)的智能诊断方法。利用VMD与HT构建时频分析框架,对不同模态信号进行自适应分解与特征参数量化;同时设计MS-1DCNN结构,实现对多类型电缆故障的统一建模与诊断。【结果】试验结果表明,所提诊断模型MS-1DCNN在故障特征分离度、分类精度以及复杂噪声环境下的稳定性方面均优于传统方法,且对超参数变化鲁棒性强。【结论】本文所提MS-1DCNN模型能够显著增强低压电缆故障的识别可靠性,适用于实际电网的在线监测和早期预警场景,为低压配电系统的运行安全提供了可推广的技术路径。
【目的】为解决传统低压供电电缆故障诊断中存在的信号依赖单一、特征提取不足及抗干扰能力弱的问题,提出一种能够在复杂工况下实现高鲁棒性与高精度识别的智能诊断策略。【方法】本文提出一种融合变分模态分解-希尔伯特变换(VMD-HT)和多源一维卷积神经网络(MS-1DCNN)的智能诊断方法。利用VMD与HT构建时频分析框架,对不同模态信号进行自适应分解与特征参数量化;同时设计MS-1DCNN结构,实现对多类型电缆故障的统一建模与诊断。【结果】试验结果表明,所提诊断模型MS-1DCNN在故障特征分离度、分类精度以及复杂噪声环境下的稳定性方面均优于传统方法,且对超参数变化鲁棒性强。【结论】本文所提MS-1DCNN模型能够显著增强低压电缆故障的识别可靠性,适用于实际电网的在线监测和早期预警场景,为低压配电系统的运行安全提供了可推广的技术路径。
2026, 53(4):340-350.
DOI: 10.12177/emca.2026.148
摘要:
【目的】为了提高对称六相永磁同步电机(PMSM)驱动系统的可靠性,本文构建了基于九开关变换器的动态模型,并提出一种创新的逆变器开路故障诊断方法。【方法】在考虑开关管脉宽调制死区效应前提下,定义电机绕组端对地电压与开关管通断的逻辑映射,建立相电压-开关信号的动态对应关系,进而推导出混杂系统的统一逻辑模型。基于电压混合逻辑运算,对比标准与故障状态下的电压差异,实现开路故障的精准定位。【结果】仿真结果表明,对称六相PMSM逆变器发生开路故障时,通过动态逻辑变换与电压差值分析,可精准定位故障开关管。【结论】本文所提诊断方法可有效识别单一开关管或同一桥臂双开关管同时开路的故障,具有较高的准确性和普适性。
【目的】为了提高对称六相永磁同步电机(PMSM)驱动系统的可靠性,本文构建了基于九开关变换器的动态模型,并提出一种创新的逆变器开路故障诊断方法。【方法】在考虑开关管脉宽调制死区效应前提下,定义电机绕组端对地电压与开关管通断的逻辑映射,建立相电压-开关信号的动态对应关系,进而推导出混杂系统的统一逻辑模型。基于电压混合逻辑运算,对比标准与故障状态下的电压差异,实现开路故障的精准定位。【结果】仿真结果表明,对称六相PMSM逆变器发生开路故障时,通过动态逻辑变换与电压差值分析,可精准定位故障开关管。【结论】本文所提诊断方法可有效识别单一开关管或同一桥臂双开关管同时开路的故障,具有较高的准确性和普适性。
2026, 53(4):351-361.
DOI: 10.12177/emca.2026.149
摘要:
【目的】针对绝缘子缺陷尺寸小、检测时易受复杂背景干扰以及基线模型参数量大等问题,本文提出一种基于CPLC-YOLOv8改进的轻量化绝缘子缺陷检测算法。【方法】首先,设计轻量化RepNCSPELAN4-CAA替换YOLOv8主干网络中的C2f模块,降低参数量并增强特征表达能力;其次,新增小缺陷检测层P2,强化浅层与深层特征的融合,减少小目标信息的流失;然后,设计一种轻量化检测头,采用1×1卷积调整通道维度,并利用细节增强卷积替代传统3×3卷积,实现参数共享与特征增强;最后,引入卷积注意力机制,通过通道与空间双重注意力机制抑制背景干扰,增强关键特征表达,提升模型鲁棒性与检测精度。【结果】在自建绝缘子缺陷数据集上的试验结果表明,CPLC-YOLOv8的mAP@0.5达到0.928,相较于YOLOv8提升2个百分点;其模型参数量仅为1.72 MB,较YOLOv8减少42.8%;模型大小为4.12 MB,压缩31.3%。在多种经典网络模型对比中,CPLC-YOLOv8在检测精度、参数量和模型体积方面均表现出显著优势,尤其在小目标检测任务中展现出更强的鲁棒性和泛化能力。【结论】本文所提算法在保持高检测精度的同时,实现了模型的轻量化设计,适用于资源受限的边缘设备部署,具有良好的工程应用前景。未来工作将进一步探索多尺度特征融合与轻量化技术的结合,持续提升算法在实际电力巡检场景中的适应性与稳定性。
【目的】针对绝缘子缺陷尺寸小、检测时易受复杂背景干扰以及基线模型参数量大等问题,本文提出一种基于CPLC-YOLOv8改进的轻量化绝缘子缺陷检测算法。【方法】首先,设计轻量化RepNCSPELAN4-CAA替换YOLOv8主干网络中的C2f模块,降低参数量并增强特征表达能力;其次,新增小缺陷检测层P2,强化浅层与深层特征的融合,减少小目标信息的流失;然后,设计一种轻量化检测头,采用1×1卷积调整通道维度,并利用细节增强卷积替代传统3×3卷积,实现参数共享与特征增强;最后,引入卷积注意力机制,通过通道与空间双重注意力机制抑制背景干扰,增强关键特征表达,提升模型鲁棒性与检测精度。【结果】在自建绝缘子缺陷数据集上的试验结果表明,CPLC-YOLOv8的mAP@0.5达到0.928,相较于YOLOv8提升2个百分点;其模型参数量仅为1.72 MB,较YOLOv8减少42.8%;模型大小为4.12 MB,压缩31.3%。在多种经典网络模型对比中,CPLC-YOLOv8在检测精度、参数量和模型体积方面均表现出显著优势,尤其在小目标检测任务中展现出更强的鲁棒性和泛化能力。【结论】本文所提算法在保持高检测精度的同时,实现了模型的轻量化设计,适用于资源受限的边缘设备部署,具有良好的工程应用前景。未来工作将进一步探索多尺度特征融合与轻量化技术的结合,持续提升算法在实际电力巡检场景中的适应性与稳定性。
2026, 53(4):362-371.
DOI: 10.12177/emca.2026.153
摘要:
【目的】针对同步磁阻电机(SynRM)驱动系统运行过程中磁饱和效应引起的d-q轴电感非线性畸变问题,提出一种基于鲁棒递推最小二乘法(RRLS)的在线电感参数辨识策略。【方法】首先,计算预测电压差构建历史预测残差序列,在电机运行过程中滚动优化,有效降低偶然数据导致的稳态估计误差。其次,使用预测标准差作为鲁棒尺度来构建鲁棒损失函数,增强算法抗负载扰动能力,且未显著增大计算量。然后,利用近似平衡条件结合带可变遗忘因子的自适应机制递推,多次迭代得到准确的参数估计值。最后,在Matlab/Simulink中搭建SynRM控制及参数辨识系统,并在不同运行条件下,将RRLS算法与传统变遗忘因子递推最小二乘法(VFFRLS)进行对比分析。【结果】仿真结果表明,在空载与负载扰动条件下,所提RRLS算法具有更低的辨识误差,d轴电感稳态误差小于0.5%,q轴电感稳态误差小于4%。在动态过程中,所提RRLS算法将d轴超调量由VFFRLS算法的25 mH降至12 mH,将q轴超调量由VFFRLS算法的33 mH降低至13 mH。【结论】与传统VFFRLS算法相比,本文所提RRLS算法的电机参数在线辨识方法可实现稳态高辨识精度,降低动态过程中超调量,且在负载扰动下在线辨识结果良好,系统鲁棒性高。
【目的】针对同步磁阻电机(SynRM)驱动系统运行过程中磁饱和效应引起的d-q轴电感非线性畸变问题,提出一种基于鲁棒递推最小二乘法(RRLS)的在线电感参数辨识策略。【方法】首先,计算预测电压差构建历史预测残差序列,在电机运行过程中滚动优化,有效降低偶然数据导致的稳态估计误差。其次,使用预测标准差作为鲁棒尺度来构建鲁棒损失函数,增强算法抗负载扰动能力,且未显著增大计算量。然后,利用近似平衡条件结合带可变遗忘因子的自适应机制递推,多次迭代得到准确的参数估计值。最后,在Matlab/Simulink中搭建SynRM控制及参数辨识系统,并在不同运行条件下,将RRLS算法与传统变遗忘因子递推最小二乘法(VFFRLS)进行对比分析。【结果】仿真结果表明,在空载与负载扰动条件下,所提RRLS算法具有更低的辨识误差,d轴电感稳态误差小于0.5%,q轴电感稳态误差小于4%。在动态过程中,所提RRLS算法将d轴超调量由VFFRLS算法的25 mH降至12 mH,将q轴超调量由VFFRLS算法的33 mH降低至13 mH。【结论】与传统VFFRLS算法相比,本文所提RRLS算法的电机参数在线辨识方法可实现稳态高辨识精度,降低动态过程中超调量,且在负载扰动下在线辨识结果良好,系统鲁棒性高。
2026, 53(4):372-381.
DOI: 10.12177/emca.2026.143
摘要:
【目的】针对开绕组六相永磁同步电机模型预测控制(MPC)系统在单相上桥臂故障时存在的谐波电流和转矩脉动等问题,提出一种基于优化控制集的改进方法。【方法】根据矢量空间解耦理论,推导出单相上桥臂故障时的电压矢量及在基波平面和谐波平面的分布情况,并分析矢量特性。为了保证高电压利用率,进行虚拟矢量合成。针对传统凸包法难以选取合适基本电压矢量的问题,本文提出一种基于优化控制集的模型预测容错控制(MPFTC)方法。根据故障后的矢量特性分析,在G5组矢量中选取优化控制集,分析该控制方法对谐波电流和转矩脉动等性能的影响。在发生故障的情况下对传统MPC方法和本文所提基于优化控制集的MPFTC方法进行仿真对比分析。【结果】仿真结果表明,本文所提MPFTC方法将故障下电流总谐波失真由50.54%降至5.96%,3次谐波低于5%;电磁转矩仅出现1 N·m的瞬时跌落,并在10 ms内恢复,有效抑制了未处理时±50 N·m、50 Hz的振荡。【结论】本文所提MPFTC方法在谐波抑制和转矩脉动控制方面效果显著,验证了其强容错能力和工程应用价值。
【目的】针对开绕组六相永磁同步电机模型预测控制(MPC)系统在单相上桥臂故障时存在的谐波电流和转矩脉动等问题,提出一种基于优化控制集的改进方法。【方法】根据矢量空间解耦理论,推导出单相上桥臂故障时的电压矢量及在基波平面和谐波平面的分布情况,并分析矢量特性。为了保证高电压利用率,进行虚拟矢量合成。针对传统凸包法难以选取合适基本电压矢量的问题,本文提出一种基于优化控制集的模型预测容错控制(MPFTC)方法。根据故障后的矢量特性分析,在G5组矢量中选取优化控制集,分析该控制方法对谐波电流和转矩脉动等性能的影响。在发生故障的情况下对传统MPC方法和本文所提基于优化控制集的MPFTC方法进行仿真对比分析。【结果】仿真结果表明,本文所提MPFTC方法将故障下电流总谐波失真由50.54%降至5.96%,3次谐波低于5%;电磁转矩仅出现1 N·m的瞬时跌落,并在10 ms内恢复,有效抑制了未处理时±50 N·m、50 Hz的振荡。【结论】本文所提MPFTC方法在谐波抑制和转矩脉动控制方面效果显著,验证了其强容错能力和工程应用价值。
2026, 53(4):382-390.
DOI: 10.12177/emca.2026.152
摘要:
【目的】电磁振动特性是车用内置式永磁同步电机(IPMSM)的核心性能指标,直接决定其运行稳定性,并对噪声控制效果起关键作用。现有研究多集中于IPMSM正常运行状态下的电磁振动特征,却未充分关注实际工况中定子与转子形变对电磁振动的显著影响。【方法】本文围绕定子形变及转子机械应力形变引起的气隙形变,通过推导形变后的气隙磁导函数,进而推导气隙不均匀状态下IPMSM的径向电磁力表达式,并通过有限元仿真验证。最后计算气隙形变前后机壳表面等效辐射功率级的差异以明确振动噪声的变化规律。【结果】仿真结果表明:定子内圆形变会按不同形变波数通过磁导调制引入(n±m)p±ks(ks=1,2,3…8)阶次的力波,转子机械形变通过磁导调制产生(n±m±2k)p阶次的力波,并增大固有力波的幅值。定子内圆形变调制出的低阶力波容易在低转速下与低阶模态耦合,产生不可忽视的振动噪声;转子机械形变在高转速下会增大固有力波幅值,从而加剧振动。【结论】本文揭示了IPMSM定/转子形变与电磁振动的关联机制,为高转速工况下的隔磁桥优化、低阶模态解耦等设计提供了理论依据。
【目的】电磁振动特性是车用内置式永磁同步电机(IPMSM)的核心性能指标,直接决定其运行稳定性,并对噪声控制效果起关键作用。现有研究多集中于IPMSM正常运行状态下的电磁振动特征,却未充分关注实际工况中定子与转子形变对电磁振动的显著影响。【方法】本文围绕定子形变及转子机械应力形变引起的气隙形变,通过推导形变后的气隙磁导函数,进而推导气隙不均匀状态下IPMSM的径向电磁力表达式,并通过有限元仿真验证。最后计算气隙形变前后机壳表面等效辐射功率级的差异以明确振动噪声的变化规律。【结果】仿真结果表明:定子内圆形变会按不同形变波数通过磁导调制引入(n±m)p±ks(ks=1,2,3…8)阶次的力波,转子机械形变通过磁导调制产生(n±m±2k)p阶次的力波,并增大固有力波的幅值。定子内圆形变调制出的低阶力波容易在低转速下与低阶模态耦合,产生不可忽视的振动噪声;转子机械形变在高转速下会增大固有力波幅值,从而加剧振动。【结论】本文揭示了IPMSM定/转子形变与电磁振动的关联机制,为高转速工况下的隔磁桥优化、低阶模态解耦等设计提供了理论依据。
2026, 53(4):391-402.
DOI: 10.12177/emca.2026.144
摘要:
【目的】针对永磁同步电机(PMSM)在急加减速和负载突变时控制精度低、收敛慢、抖振强的问题,本文提出了一种分数阶动态边界层超螺旋滑模自抗扰控制(FO-DBL-STSM-ADRC)策略。【方法】首先,融合ADRC STSMC算法,提升复杂工况下的适应能力。其次,设计新型DBL滑模面,通过动态调整边界层结构,提升系统动态响应速度与抗负载扰动能力。然后,引入分数阶微积分,有效抑制传统滑模的高频抖振,显著增强对稳态误差和抖振的抑制效果。最后,通过仿真和试验验证了所提FO-DBL-STSM-ADRC策略在多种复杂工况下的优越性与鲁棒性。【结果】仿真和试验结果表明,相较于其他3种策略,本文所提FO-DBL-STSM-ADRC策略在响应速度、稳态控制精度、抗负载扰动能力及整体系统鲁棒性等方面均表现出显著优势。【结论】本文所提FO-DBL-STSM-ADRC策略不仅为PMSM的高性能运行提供了有效解决方案,还为电动汽车驱动、轨道交通门控等严苛工程应用提供了技术支撑。
【目的】针对永磁同步电机(PMSM)在急加减速和负载突变时控制精度低、收敛慢、抖振强的问题,本文提出了一种分数阶动态边界层超螺旋滑模自抗扰控制(FO-DBL-STSM-ADRC)策略。【方法】首先,融合ADRC STSMC算法,提升复杂工况下的适应能力。其次,设计新型DBL滑模面,通过动态调整边界层结构,提升系统动态响应速度与抗负载扰动能力。然后,引入分数阶微积分,有效抑制传统滑模的高频抖振,显著增强对稳态误差和抖振的抑制效果。最后,通过仿真和试验验证了所提FO-DBL-STSM-ADRC策略在多种复杂工况下的优越性与鲁棒性。【结果】仿真和试验结果表明,相较于其他3种策略,本文所提FO-DBL-STSM-ADRC策略在响应速度、稳态控制精度、抗负载扰动能力及整体系统鲁棒性等方面均表现出显著优势。【结论】本文所提FO-DBL-STSM-ADRC策略不仅为PMSM的高性能运行提供了有效解决方案,还为电动汽车驱动、轨道交通门控等严苛工程应用提供了技术支撑。
2026, 53(4):403-408.
DOI: 10.12177/emca.2026.141
摘要:
【目的】IE5能效等级是目前全球统一的低压三相交流异步电动机最高能效等级,对应国家标准GB/T 18613—2020中的1级能效。针对国内IE5能效等级系列三相异步电动机缺乏统一设计的现状,为推进1级能效电机的发展,上海电器科学研究院组织完成了YE5系列(IP55)三相异步电动机产品开发。IE5能效为全球最高等级,对应国标GB/T 18613—2020中的1级能效。【方法】联合行业骨干生产企业及上下游企业组成工作组,在2级能效电机联合设计基础上,综合应用降耗技术,如大小槽设计、冲剪气隙工艺及低压铸铝等,显著降低电机附加损耗,从而提升电机效率。【结果】通过关键技术的攻关与应用,完成了低压三相交流异步电动机全系列产品设计。16个规格30台样机的试制与测试表明,电机效率均达到GB/T 18613—2020中1级能效限值要求,验证了设计的有效性。【结论】本项目实现了国内首个1级能效低压三相异步电动机系列化行业统一设计,填补了产品空白,为电机行业能效升级提供了重要实践支撑。
【目的】IE5能效等级是目前全球统一的低压三相交流异步电动机最高能效等级,对应国家标准GB/T 18613—2020中的1级能效。针对国内IE5能效等级系列三相异步电动机缺乏统一设计的现状,为推进1级能效电机的发展,上海电器科学研究院组织完成了YE5系列(IP55)三相异步电动机产品开发。IE5能效为全球最高等级,对应国标GB/T 18613—2020中的1级能效。【方法】联合行业骨干生产企业及上下游企业组成工作组,在2级能效电机联合设计基础上,综合应用降耗技术,如大小槽设计、冲剪气隙工艺及低压铸铝等,显著降低电机附加损耗,从而提升电机效率。【结果】通过关键技术的攻关与应用,完成了低压三相交流异步电动机全系列产品设计。16个规格30台样机的试制与测试表明,电机效率均达到GB/T 18613—2020中1级能效限值要求,验证了设计的有效性。【结论】本项目实现了国内首个1级能效低压三相异步电动机系列化行业统一设计,填补了产品空白,为电机行业能效升级提供了重要实践支撑。
2026, 53(4):409-419.
DOI: 10.12177/emca.2026.145
摘要:
【目的】本文提出并设计了一种轴向磁通分立模块化对转双转子同步发电机(DM-AF-CRDRSG),旨在实现多极对磁场耦合下的宽频电势调制与稳定发电。【方法】首先,电机定子采用矩形铁心6槽三相分数槽集中绕组,双转子激励(2/4极)与定子磁动势主导分量实现选择性耦合。其次,搭建样机试验平台,进行空载与负载试验,并与仿真结果对比。然后,利用Ansys Maxwell软件构建了11个磁路等效的二维有限元模型,齿槽比从1到3按等差分布,研究不同齿槽比下的电压波形特征。最后,将Maxwell 2D模型结果叠加折算至样机模型,对比分析仿真与试验的感应电压波形及谐波频谱特性,验证电机拓扑的可行性。【结果】仿真与试验的感应电压波形均呈现良好正弦性,且基本吻合。虽然仿真结果的谐波含量较高、幅值略大,但两者的一致性仍验证了DM-AF-CRDRSG结构设计的正确性与有效性。【结论】本文设计的DM-AF-CRDRSG在宽频磁动势驱动下具备良好的空间电势调制能力与稳定发电性能。
【目的】本文提出并设计了一种轴向磁通分立模块化对转双转子同步发电机(DM-AF-CRDRSG),旨在实现多极对磁场耦合下的宽频电势调制与稳定发电。【方法】首先,电机定子采用矩形铁心6槽三相分数槽集中绕组,双转子激励(2/4极)与定子磁动势主导分量实现选择性耦合。其次,搭建样机试验平台,进行空载与负载试验,并与仿真结果对比。然后,利用Ansys Maxwell软件构建了11个磁路等效的二维有限元模型,齿槽比从1到3按等差分布,研究不同齿槽比下的电压波形特征。最后,将Maxwell 2D模型结果叠加折算至样机模型,对比分析仿真与试验的感应电压波形及谐波频谱特性,验证电机拓扑的可行性。【结果】仿真与试验的感应电压波形均呈现良好正弦性,且基本吻合。虽然仿真结果的谐波含量较高、幅值略大,但两者的一致性仍验证了DM-AF-CRDRSG结构设计的正确性与有效性。【结论】本文设计的DM-AF-CRDRSG在宽频磁动势驱动下具备良好的空间电势调制能力与稳定发电性能。
《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
- 邮编：200063
- 电话：021-62574990-574/462（编辑部），021-62574990-416（广告部）
- 电子邮箱：eec@seari.com.cn （编辑部），wangzm@seari.com.cn（广告部）
- 网址：https://www.motor-abc.cn/djykzyy/home
- 邮发代号：4-199
- 国内定价：15元/册
- 影响因子：0.752
