电工技术学报杂志社
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电工技术学报杂志

《电工技术学报》杂志在全国影响力巨大,创刊于1986年,公开发行的半月刊杂志。创刊以来,办刊质量和水平不断提高,主要栏目设置有:电机电器、电力系统、电工理论、自动控制等。
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国电工技术学会
  • 国际刊号:1000-6753
  • 国内刊号:11-2188/TM
  • 出版地方:北京
  • 邮发代号:6-117
  • 创刊时间:1986
  • 发行周期:半月刊
  • 期刊开本:A4
  • 复合影响因子:3.2
  • 综合影响因子:2.919
相关期刊
服务介绍

电工技术学报 2014年第11期杂志 文档列表

聚磁式场调制永磁风力发电机工作原理与静态特性

摘要:提出一种新型聚磁式场调制永磁(Flux-Concentrating Field-Modulated PermanentMagnet,FCFMPM)电机,该电机外转子采用聚磁式永磁体结构改善气隙磁通密度,定子采用开口槽结构提高空间利用率。基于磁齿轮效应,定子齿对转子永磁磁场进行调制,产生极对数少、运行速度快的谐波磁场,由该谐波磁场作为有效励磁的FCFMPM电机具有低速、大转矩密度的特点。在深入分析电机工作原理的基础上,运用二维有限元方法计算了其静态特性,包括空载永磁磁链、空载感应电动势、电感、定位力矩和电磁转矩等。研制了一台5k W实验样机,并与商业化小型永磁直驱风力发电机做比较。仿真和实验结果表明,所提电机具有转矩密度大、定位力矩小、外特性硬等特点,特别适用于如风力发电等低速、直驱系统。
1-9

双边长初级磁通切换永磁直线电机推力波动分析及抑制

摘要:基于旋转型磁通切换永磁电机的工作原理和电磁发射的特点,提出了一种应用于电磁发射的新型磁通切换型长初级永磁直线电机,该电机具有推力密度大、动子结构简单、质量小的优点。首先,分析了该电机的结构和工作原理,并对该电机的电磁推力各分量的计算公式进行了推导。其次,分析了在正常和故障状态下引起推力波动的原因:根据推力波动产生的机理,针对边端定位力、磁阻力和容错控制运行状态下永磁谐波分量引起的推力波动,分别提出了采用楔形边端设计、绕组电感互补、电流谐波注入和次级错极等方法进行了优化和补偿,并通过二维瞬态有限元进行了验证仿真。最后,通过一台长次级的磁通切换永磁直线电机验证了有限元仿真的正确性以及所提出的推力波动抑制方法的有效性。
10-19

基于占空比调制的永磁同步电机直接转矩控制

摘要:针对传统直接转矩控制方法转矩和定子磁链脉动大、开关频率不恒定等问题,本文在详细分析转矩脉动和定子磁链脉动数学模型的基础上,提出了一种基于占空比调制的模型预测直接转矩控制策略。该策略根据转矩和定子磁链的综合误差确定所选电压矢量的占空比,根据不同的控制目标,占空比的计算方法可分为最终值法、平均值法和有效值法,每种方法均给出了精确的数学模型并进行了对比分析。同时考虑到实际应用中控制延迟的问题,引入了模型预测控制方法对系统变量进行预测,提前一个采样周期计算出所需施加的电压矢量及其占空比。仿真结果表明,基于占空比调制的模型预测直接转矩控制可以有效地抑制转矩脉动和定子磁链脉动,且逆变器开关频率恒定,同时降低系统采样频率。
20-29

电动汽车驱动用内置式永磁同步电机直交轴电感参数计算与实验研究

摘要:准确计算电动汽车驱动用内置式永磁同步电机工作点电感参数Ld、Lq,对电机性能的预判以及高精度控制非常关键。驱动用内置式永磁同步电机转子上无自起动笼型条,有限元带载起动计算困难,本文通过确定带额定负载起动时转子初始位置,实现了30k W样机有限元带额定负载起动以及负载饱和磁场计算,为样机负载工作点电感参数准确求解提供计算基础。在永磁同步电机电感计算理论的基础上,分别采用忽略交叉饱和影响的有限元法以及冻结磁导率法计算了样机电感参数。并对30k W样机电感参数采用静态交流实验法进行了实验测量。通过对比,忽略交叉饱和影响的电感参数计算值与静态实测电感值相吻合,采用冻结磁导率法计算的q轴电感值比静态实测q轴电感值减小了20.5%,冻结磁导率法计算的d轴电感值比静态实测d轴电感值增大了38.1%。说明忽略交叉饱和影响有限元法可以准确计算样机的静态不饱和电感参数,但负载时样机磁路交叉饱和效应严重,此时采用考虑交叉饱和影响的冻结磁导率法计算样机电感参数更为准确。
30-37

基于反推控制的永磁同步电动机速度的模糊控制

摘要:在永磁同步电动机速度跟踪系统中,电机参数的变化会导致系统出现一定的波动。针对此问题,本文提出了把模糊控制和反推控制相结合的控制策略,通过模糊控制器调节反推控制系统中的反推参数来改善系统的速度跟踪性能。该方法不仅能够实现永磁同步电动机系统的完全解耦,保证系统全局渐进稳定;并且通过模糊控制器对系统中反推参数的实时调整,能够在电机参数发生变化时实现快速的速度跟踪,使系统具有较强的鲁棒性和良好的伺服性能。通过Matlab仿真及实验结果验证了系统设计的有效性和可行性。
38-44

表面式永磁同步电机无源非奇异快速终端滑模控制

摘要:考虑逆变器非线性因素对调速系统的影响,从能量和鲁棒性的角度研究了表面式永磁同步电机(SPMSM)调速系统。首先推导了包含逆变器的SPMSM系统统一端口受控耗散哈密顿系统(PCHD)数学模型,基于能量成形方法和PCHD原理,设计了SPMSM调速系统的无源控制器,简化了控制算法,保证了系统全局稳定,逆变器非线性扰动由扩张状态观测器进行补偿。针对速度外环响应速度慢、鲁棒性差的问题设计了非奇异快速终端滑模速度控制器并得到q轴期望的电流。仿真和实验结果表明,所提控制方法使转速跟踪速度快、鲁棒性强,提高了整个系统的动静态性能。
45-52

基于电流分配系数自适应修正的平面电机解耦控制

摘要:对于模型参数具有不确定性的平面电机运动系统,电流分配策略是引起其多自由度耦合行为的本质。但现有解耦控制的研究主要集中于各运动自由度控制算法的设计,没有从电流分配的物理层面解决耦合问题。论文针对平面电机三自由度解耦控制,建立了各线圈单元通电电流与三自由度位移输出之间的ARMA(auto regressive and moving average)模型,以实测输出与估计输出之间的残差平方最小为优化目标,提出了一种基于电流分配系数自适应修正的解耦控制算法,并给出了可用于实际控制的递推离散化方法。通过在线调节,使电流分配系数估计值逼近实际模型参数,从物理本质减小了多自由度耦合作用。采用轨迹跟踪实验,并与基于数据解耦控制方法进行对比,结果表明该方法提高了平面电机的定位与运动精度,验证了其对一类MIMO(multiple input multiple output)运动系统多自由度解耦的有效性。
53-60

Halbach永磁阵列磁场解析求解及推力建模

摘要:对于无铁心动铁式长行程直线电机,其动子Halbach永磁阵列长度小于定子线圈沿运动方向的长度,为线圈切换简单及提高磁场的利用率,使得通电线圈范围大于永磁阵列产生的磁场范围,此时通电线圈数目不发生变化,需利用到永磁阵列的端部磁场。由于端部磁场的畸变产生端部效应,引起的推力波动将影响电机的运动精度。为此,需要建立准确的包含端部效应的Halbach永磁阵列磁场模型。以无铁心动铁式永磁同步直线电机为研究对象,考虑端部效应,采用修正的傅里叶级数形式推导出了伪周期内完整的Halbach永磁阵列磁场解析模型,并利用Maxwell应力张量法建立了电机推力模型。通过磁场有限元仿真、推力测试,对比结果验证了所提方法的准确性和有效性。
61-67

定子双绕组异步电机变频交流发电系统辅助励磁电容和滤波电感的优化设计

摘要:提出了定子双绕组异步电机(DWIG)变频交流发电系统中的两个关键参数——辅助励磁电容和滤波电感的优化设计方法。利用DWIG控制绕组无功电流解析表达式对不同转速和负载条件下的控制绕组无功电流进行了分析,获得了它的变化规律,进而确立了辅助励磁电容的优化原则。待辅助励磁电容优化后,根据控制绕组最大无功电流及电流快速响应要求来确定滤波电感的上限;按照抑制电流谐波能力要求来确定滤波电感的下限。样机实验结果表明,按所提优化设计方法选取的辅助励磁电容和滤波电感是合理、有效的,能保证系统稳定运行,且实现了控制变换器容量的最小化。
68-77

无轴承异步电机动不平衡振动补偿控制

摘要:针对无轴承异步电机由质量偏心引起不平衡振动问题,提出了一种基于前馈控制的无轴承异步电机动不平衡振动补偿控制方案。文中分析了无轴承异步电机由质量偏心引起不平衡振动的机理,推导了无轴承异步电机径向位移环仅采用PID控制时转子的运动学方程,从而说明了仅采用PID控制无法消除由动不平衡引起的周期性振动。在此基础上,提出了一种基于前馈闭环补偿的无轴承异步电机动不平衡补偿控制方案。最后,搭建了无轴承异步电机实验平台。实验结果表明,所提出的补偿方案很好地抑制了无轴承异步电机中的不平衡振动,取得了较好的动态悬浮控制效果。
78-87

电动汽车用开关磁阻电机驱动系统设计及优化

摘要:为了达到车用开关磁阻电机驱动系统动态特性优化的目的,建立了其动态仿真模型,分析了负载转矩、开通角、关断角对转矩脉动及电机效率的影响及其规律。以降低转矩脉动,提高电机效率为目标,提出了一种双指标同步优化开关磁阻电机控制参数的方法,建立了基于负载转矩与电机转速的可变开通角、关断角控制参数模型。针对不同优化策略结果的对比分析以及实验结果表明,提出的双指标同步优化策略能很好地降低转矩脉动,提高电机效率,达到了优化开关磁阻电机驱动系统动态特性的目的。
88-98

车用电机硬件在环实时仿真与测试平台

摘要:车用内置式永磁电机功率密度高,参数非线性变化显著。针对此情况,本文在高速FPGA芯片上建立车用永磁电机的非线性模型,与真实控制器连接,构建了硬件在环半实物实时仿真与测试平台(HIL-bench)。利用两台产品级车用永磁电机组成共直流母线互馈对拖平台(M/G-bench),与所构建的实时仿真测试平台进行对比。测试转速范围从恒转矩区到弱磁区,测试转矩从轻载到额定负载。对比结果表明,在高速指标方面,HIL-bench系统仿真步长已达到1?s;在逼近现实工况指标方面,两个平台的平均误差为4.15%。
99-106

基于端部漏磁特征频率的汽轮发电机转子匝间短路故障诊断实验研究

摘要:为避免汽轮发电机的转子绕组匝间短路故障可能带来的恶性故障和严重经济损失,本文研究了通过端部漏磁通在线检测转子绕组匝间短路故障的方法。文中分析了汽轮发电机的静止不对称对径向主磁场的致畸作用,部分磁通沿转轴、端盖和轴承等部件形成端部闭合回路。匝间短路故障后发电机气隙磁动势中出现了新的谐波成分,端部漏磁通产生对应的故障特征分量。为了证实研究结论,在MJF—30—6故障模拟发电机组上进行了转子绕组匝间短路故障模拟实验,在不同短路程度下分析了发电机端部漏磁通变化规律。结果表明:短路程度越严重,特征分量总有效值增大越明显,与理论预期基本吻合。研究结论为在线检测汽轮发电机的转子绕组匝间短路故障提供了新的解决思路。
107-115

基于转矩伪微分反馈的风轮机动静态特性模拟

摘要:在分析风轮机数学模型的基础上,对常用的基于加速度反馈实现转矩补偿的风轮机模拟方法进行了简要分析,分析表明该方法由于滤波器的引入使得加速度的求取存在延迟,导致补偿转矩产生滞后,模拟的准确性降低。为提高风轮机模拟系统模拟的准确性,提出了一种基于转矩伪微分反馈的新型风轮机模拟方法。阐述了所提出的基于转矩伪微分反馈的新型风轮机模拟方法的实现原理,该方法避免了滤波器的引入,解决了补偿转矩滞后的问题。对基于加速度反馈和基于转矩伪微分反馈的两种模拟方法下补偿转矩的频域特性进行了对比研究。最后利用RT-LAB实时控制器构成风轮机模拟系统进行了实验研究,验证了所提出风轮机模拟控制策略的有效性。
116-125

基于电流闭环和死区补偿的变频驱动调速系统低频振荡抑制

摘要:变频器+感应电机的调速系统在低频段运行时容易出现振荡,这种低频振荡引起的过电流轻者使系统跳闸保护,重者烧毁设备,严重危害长期运行在低频的传动设备。本文建立了感应电机及其变频调速系统的小扰动数学模型,采用根轨迹分析方法,绘制了调速系统的不稳定区域;分析了多种变频器死区补偿的方法,提出了基于电流闭环和死区补偿相结合的低频振荡抑制策略。其中电流环用以抑制电机定子电流的波动,使其稳定在期望频率工作点的电流值处;死区补偿用以抵消逆变器死区时间对系统稳定性的影响。仿真与实验结果表明本文提出的抑制策略能够很好地抑制变频驱动调速系统的低频振荡,提高系统的稳定性和调速性能。
126-133

基于状态空间法的无接触供电PDM调制建模

摘要:为了实现高阶非线性的CPT系统的能量调节,根据不动点理论和状态空间法,建立了系统的频闪映射模型,推导出了系统的稳态响应分段解析函数式,提出了基于PDM能量调制的系统工作模式。文中推导了系统开关边界状态不动点函数,计算了系统在PDM控制模式下的控制参数,验证了逆变器的软开关特性。计算表明在不同的脉冲密度下电流频率近似相等;且建立的样机系统实际测试,也证明了本文的稳态建模方法和求解的正确性。
134-140

高强度聚焦超声换能器的宽带阻抗匹配

摘要:高强度聚焦超声(HIFU)治疗系统为实现从功率源到超声换能器的最大电功率传输,需在功率源与超声换能器之间设计阻抗匹配网络。无源器件匹配可实现超声换能器电阻抗的精确匹配,但其宽带匹配的解析设计理论较复杂。本文利用简化实频法对HIFU换能器进行了宽带匹配网络设计,采用Levenberg-Marquardt法对传输功率增益进行了优化,优化后的功率传输增益在200k Hz的通带内为0.9左右,且较为平滑;针对HIFU换能器进行的宽带阻抗匹配和声功率测试表明,采用传输功率增益优化设计出的宽带匹配网络能有效拓宽换能器的工作频带。
141-146

整流发电机出口断路器分析与设计

摘要:现代舰船中压直流电力系统中,由整流发电机组构成电源,其出口断路器保护要求为发电机侧故障时瞬动和电网侧故障时短延时耐受后再分断。本文阐述了一种基于强迫换流原理的双向混合型直流真空断路器的工作原理,重点对换流过程进行了理论和仿真分析,改进了拓扑结构。通过对换流支路阻抗的双向非对称设计,进行分流比的方向调节,优化了换流参数。研制了额定5k V/6k A断路器样机,等效试验验证了理论分析和参数选择的有效性。
147-153