电工技术学报杂志 北大期刊 CSCD期刊 统计源期刊

电工技术学报 2013年第11期杂志 文档列表

电工技术学报杂志电机驱动控制与新能源应用专题

永磁开关磁链直线电机若干优化设计方法1-8

摘要：永磁开关磁链直线电机除具有常规永磁直线电机的优点外，还具有显著的成本优势，因此具有很好的应用前景。本文在简要说明该类电机的基本结构与原理之后，指出通过合理调整初级与次级铁心的外形尺寸来减小反电动势谐波含量与电机推力波动，采用磁桥结构提高弱磁控制能力和初级铁心机械强度，借鉴旋转电机齿槽力矩的抑制方法来削弱推力波动的齿槽效应成分，并提出辅助齿结构来有效削弱推力波动的端部效应成分，最后还给出了一种模块化结构形式来提高电机的容错性以及边端线圈与内部线圈的对称性。

新型可变磁通磁阻电机振动和噪声研究与开关磁阻电机的比较9-18

摘要：通过电磁和机械有限元方法计算并通过实验研究一种新型可变磁通磁阻电机的振动和噪声。这种新型电机使用与开关磁阻电机类似的定、转子冲片，但在定子侧放置一套直流励磁绕组；同时，用三相双极性桥式电路产生的正弦电流驱动定子电枢绕组。由于在二阶振动模态频率点附近的振动得到极大的降低，这种新型可变磁通磁阻电机所产生的振动和噪声得到了极大地削弱。实验证实相比开关磁阻电机，这种新型可变磁通磁阻电机在空载和负载下可以使声压级分别降低4dBA和8dBA。

转子分段斜极的永磁同步电机轴向磁力的研究19-27

摘要：转子分段斜极技术广泛用于永磁交流电机中，以削弱转矩脉动和机械振动。本文采用三维有限元分析方法，详细分析永磁交流电机由于采用转子分段斜极而产生的轴向不平衡磁力。分析结果表明，铁心轴向长度及定子径向通风道对轴向磁力的影响很小，而转子斜极的分段数、电枢电流的大小与相位角对轴向磁力的平均值及峰峰值都有较大影响。

磁场调制型永磁电机的设计和实验28-34

摘要：研究一种将磁场调制型永磁齿轮和永磁无刷电机在机械上和磁场上同时耦合的新型电机结构形式，介绍其工作原理，采用有限元法分析关键结构参数对电机性能的影响并进行优化设计。样机的实验测试验证了磁场调制型永磁电机的原理可行性及设计有效性。

错位式双边型永磁直线同步电机优化设计35-41

摘要：针对12槽／11极双边型永磁直线电机，提出了采用电枢或磁极错位一定距离来削弱推力波动的有效方法，并进行了结构优化设计。针对该优化方案，研究了空载工况和额定工况时的电磁性能和推力性能，并进行实验测量与验证。通过与另外两种极数比槽数多的槽极配合（12槽／13极、12槽／14极）结构相比，不仅验证了错位方法的通用性，而且表明了极数比槽数多的槽极配合结构力性能更好，即12槽／14极结构力性能更优。

基于QPSO算法的电力变压器优化设计42-47

摘要：首先研究以穷举法求解变压器优化设计（TransformerDesignOptimization，TDO）问题。为解决穷举法计算效率低下的问题，应用一种全局优化算法——量子粒子群算法（Quantum．BehavedParticleSwarmOptimization，QPSO）来求解TDO，并提出一种目标函数比较原则以处理多约束问题。变压器优化设计中，优化参数、约束和目标函数均有非连续和非线性的特性，本文验证了QPSO擅于求解该类型问题。针对算法中唯一的控制参数，以穷举法的计算结果为参照标准，研究了两种不同控制策略下QPSO的求解特性，并给出求解TDO问题的最佳参数控制策略。通过实例计算验证了QPSO的高计算效率和优良的寻优能力。

旋转-直线型两自由度超声波电机建模与设计48-53

摘要：多自由度超声波电机具有机械集成度高、控制精度高和无电磁干扰等独特优势，在微型机器人、光学设备和精密装配等领域有着广阔的应用前景。为了提升旋转．直线型两自由度超声波电机的性能和效率，提出了基于复损耗系数的定子数学模型及结构优化方案：在约定的边界条件下，以电机定子的两自由度输出性能为优化目标，以定子的结构参数为变量展开优化设计，并引入相对敏感系数来筛选核心优化参数。在综合比较各参数的影响后，制作多组样机进行比对测试，结果显示数学模型和实验数据的变化趋势基本一致，优化后的电机性能得到大幅提升。

基于二阶滑模与定子电阻自适应的转子磁链观测器及其无速度传感器应用54-61

摘要：针对感应电机高性能矢量控制需求，设计一种基于Super-Twisting二阶滑模理论的转子磁链观测器，并提出以其观测结果作为参考模型的无速度传感器控制方案。该观测器属于非线性滑模观测器，充分利用了辅助滑模面，因而对电机转子电阻变化以及外部扰动具有良好的鲁棒性，且反应速度优于传统电压型转子磁链观测器。而Super-Twisting理论无法处理的定子侧参数变化与扰动问题，则由并行定子电阻辨识机构进行修正。实验证明，转子磁链观测结果的相位和幅值较为准确。整套控制方案的有效性也经由仿真和实验得到验证。

多相感应电机电子变极电流控制策略62-69

摘要：针对多相感应电机斜坡响应电子变极过程中，电机转速跌落和转矩波动较大的问题，采用了基于滑模变结构电流控制的多相感应电机电子变极方法。文中对PI和滑模变结构控制两种电流控制策略进行了比较分析，在多相感应电机矢量控制基础上，用滑模变结构电流控制器替代传统的PI控制器分别控制d轴和q轴电流，解决了电子变极过程中PI电流控制跟踪电流斜坡输入存在的滞后性问题。并以五相感应电机为例，对提出的方法进行验证，实验结果表明提出的方法能有效改善多相感应电机电子变极过程中的转矩和转速波动。

双馈异步风力发电机无差拍直接功率控制及延时补偿70-77

摘要：针对双馈异步风力发电机（DFIG），传统基于开关表的直接功率控制策略（LUT-DPC）存在功率波动较大、开关频率不固定、电流谐波丰富等问题。本文提出一种结构和原理简单的无差拍直接功率控制策略（DB．DPC），将无差拍控制原理与空间矢量脉宽调制（SVM）技术及DPC策略相结合，无需旋转坐标变换，在消除瞬时有功及无功功率静差、减少谐波含量的同时获得了固定的开关频率。采用了“两步预测”方式对实际系统中的采样周期延时进行补偿，进一步提高了系统控制精度及动态响应速度。仿真和实验结果验证了该DB—DPC策略及延时补偿方案在DFIG中应用的正确性和可行性。

双馈异步风力发电机优化预测直接功率控制78-85

摘要：提出了一种双馈异步风力发电机（DFIG）的优化预测直接功率控制（P-DPC）策略。讨论了P-DPC的基本原理，分析了常规P-DPC策略中的电压矢量选择原则，其中电压矢量作用时间可能出现负值，并产生较多低次电流谐波，对此研究了优化的电压矢量选择和作用时间处理方法。对优化P-DPC、常规P-DPC、传统基于查询开关表的DPC及矢量控制策略进行了仿真与实验的对比研究，结果证明，优化P-DPC在无需旋转坐标变换和空间矢量脉宽调制情况下实现了固定开关频率，具有良好的稳态性能，同时也继承了传统DPC的优异动态性能，表明了本文所提优化P-DPC方法在DFIG风电系统中应用的可行性和有效性。

电网电压不平衡时PWM整流器的谐振直接功率控制策略86-94

摘要：为提高电网电压不平衡PWM整流器的运行性能，本文提出了一种基于谐振调节器的改进直接功率控制（DPC）策略，以分别实现PWM输入电流平衡、输入有功功率和无功功率无波动、直流侧电压和无功功率无波动三个不同的控制目标。该控制策略包含直流电压一功率闭环和谐振闭环两个调节器，以分别实现对PWM整流器平均功率和不同控制目标下波动分量的控制。同时深入分析了所提谐振DPC策略的稳定运行和抗干扰运行性能。最后，通过所构建的PWM整流器实验系统，验证了所提谐振DPC策略在PWM整流器中应用的有效性。

海岛电网发展现状与研究动态95-105

摘要：随着我国海洋强国战略的提出以及舟山群岛新区的建立，针对海岛电网的研究成为了迫切需求。通过比较世界范围内的典型海岛电网示范工程，概括了海岛电网的研究现状与发展趋势，并总结了海岛电网的若干特性与关键问题。在简要介绍摘箬山岛海岛电网的进展情况与技术特点后，从海岛电网运行控制与能量管理的角度分析了其中若干关键技术，主要包括风机／光伏灵活并网、混合储能协调控制以及温控负荷需求响应技术。

电工技术学报杂志电机及其控制

定子单元铁心轴向类分布排列的横向磁通永磁直线电机106-111

摘要：横向磁通永磁直线电机具有力密度高和控制特性好的优点，但推力波动较大也是一个不容忽视的问题，为此提出了一种定子单元铁心轴向类分布排列的横向磁通永磁直线电机。本文首先介绍了原有横向磁通永磁直线电机的结构及工作原理；在此基础上，提出了一种新型定子单元铁心轴向类分布排列方式，通过理论分析及数值计算研究了其对电机反电动势、定位力和电磁力的影响，同时对不固定子单元铁心轴向类分布排列方式进行了对比分析。研究结果表明，呆用定子单元铁心轴向类分布排列方式可以有效抑制电机的推力波动。

超精密短行程直线电机温度场分析及温升抑制112-117

摘要：针对超精密短行程直线电机具有高推力密度、近零散热的工况特点，提出一种双边表贴式水冷结构从而达到抑制绕组温升及对热源进行热屏蔽的目的。首先，通过传热学公式与有限元模型相结合方式建立冷却结构的散热模型；在此基础上，建立短行程直线电机热网络模型，通过对该模型分析提出增加导热支路方法来抑制电机侧表面温升，有限元仿真计算结果表明侧表面温升得以有效抑制（10℃降至2℃以内）。最终，通过样机实验验证了绕组在连续通以电流密度为19A／mm2的电流时，表面最高温升在2℃以内，实现超精密短行程直线电机的近零散热。研究结果不仅为超精密直线电机提供了一种有效的冷却方案，并且建立起的温度场模型为该类电机的优化设计提供了理论依据。

采用模型预测控制的交流电机电流控制器118-123

摘要：模型预测控制是近年来发展起来的一种新型的控制算法，其对模型的参数精度依赖性小，但是具有很好的控制性能，已经广泛应用于过程控制等领域中。模型预测控制可以根据过去和现在的信息，对系统的状态量进行预测，并综合考虑控制对象的预期值和控制量的变化等评价指标，得到最优的控制量。针对交流电机矢量控制中传统电流环PI调节器对电机参数依赖性较高的问题，本文把模型预测控制应用到交流电机高性能控制中。设计了通用性的基于模型预测控制的电流控制器代替传统的电流环PI调节器，可以用于各种交流电机控制中。实验结果表明，基于模型预测控制的电流控制器具有很好的控制性能，参数鲁棒性较好，可以完全替代传统的PI调节器。

基于新型磁链检测方案的开关磁阻电机非线性建模124-130

摘要：该文提出了一种新的相绕组磁链实测方案，充分利用四相电机的对称性，获取5条关键位置下的磁链曲线。选取了精度较高的高阶傅里叶级数重构磁链对电流和转子位置非线性映射，建立四相8／6结构开关磁阻电机非线性模型。实验波形与仿真结果基本一致，验证了该方法的正确性。该方案无需额外机械装置和电机结构参数，较有限元法、等效磁路法和传统实测磁链法更具实用性。

新型并列式混合励磁无刷直流电机结构原理及其磁场调节特性131-137

摘要：基于永磁同步电机和电励磁双凸极电机的有机组合，提出一种并列式混合励磁无刷直流电机。给出永磁同步电机和电励磁双凸极电机的定转子槽极数匹配原则，讨论了直接串联方式下的电枢绕组结构形式，包括一种具有容错能力的定子结构和绕组连接方式。利用二维有限元法分析两类电机基本运行特性，并进一步对整个并列式混合励磁无刷直流电机进行了三维有限元瞬态场分析。研究结果表明，该并列式混合励磁电机实现了两类不同原理无刷电机的高效并列运行，结构简单可靠，气隙磁场易于双向调节，对于永磁电机部分内部绕组故障短路可以有效灭磁，在飞机电源起动发电等场合有重要应用价值。