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电工技术学报 2019年第04期杂志 文档列表

电工技术学报杂志电机与电器

软磁复合材料永磁电机的6σ稳健多学科设计优化方法637-645

摘要：软磁复合材料作为一种新型软磁材料,因其独特的电磁特性被大量地应用于永磁电机的设计和研制中。这种材料三维各向同性,涡流损耗小,且可以直接模压成所需要的结构和形状,从而非常适合于复杂结构的电机设计,如横向磁通电机和爪极电机。为了提高这种电机的工业应用范围,需要展开以下两方面的研究工作:一是多学科设计和优化,主要涉及电磁分析和温度场分析;二是稳健设计和优化,主要考虑的是工程制造过程中的制造误差等因素对电机性能的影响。本文将研究基于多学科设计框架下的软磁复合材料永磁电机的6σ稳健设计优化方法。研究结果显示:新提出的方法能充分地考虑电机的性能参数,如功率和材料价格,同时又能满足温度场的设计要求。相对于传统的确定性设计优化方法,该方法能显著地提升电机的性能和可靠性,为其大规模工业生产和应用打下坚实的基础。

考虑横向电流和饱和轴向变化的双斜槽转子感应电机起动转矩分析646-653

摘要：双斜槽转子感应电机是一种能提升普通单斜槽转子感应电机性能的新型电机,横向电流和磁场饱和轴向变化对其起动性能的影响未得到充分研究。为了精确计算双斜槽转子感应电机的起动转矩,基于三维有限元瞬态场,本文建立一种考虑横向电流和磁场饱和轴向变化的双斜槽转子感应电机分析模型。提出一种考虑主电抗变化的等效电路参数法,精确计算双斜槽转子感应电机的起动转矩特性。同时通过分析气隙磁通密度的轴向变化来说明三维有限元分析模型能考虑磁场饱和轴向变化,通过仿真不同横向电阻值的有限元模型来探究横向电阻与转矩-转速曲线的关系。与有限元中的虚位移法和实验相比,计算结果证明了所提方法能够精确计算双斜槽转子感应电机的起动转矩。

一种基于自适应线性神经网络算法的永磁同步电机电流谐波提取和抑制方法654-663

摘要：永磁同步电机通常采用正弦波进行驱动和控制,由于气隙磁场的畸变和电压型逆变器的死区效应等因素的存在,使永磁同步电机电流波形含有大量的谐波而发生畸变,特别是在电机低速运行时更为严重。为了进一步提高永磁同步电机的电流控制性能,抑制电流谐波,本文在传统矢量控制算法基础上,增加神经网络谐波电流环,通过自适应线性神经网络(ADALINE)算法实现对主要电流谐波的分解和提取,将所提取的电流谐波经过神经网络训练获得补偿电压值进行谐波注入,实现电流谐波的检测和抑制。通过仿真和实验结果证明,本文提出的控制策略可以有效提取并抑制电流谐波,降低电机转矩脉动。

基于时变参数扰动观测器补偿的永磁同步电机非光滑速度调节器664-672

摘要：提出一种基于时变参数扰动观测器补偿的非光滑速度调节器,针对永磁同步电机(PMSM)速度环中存在的外部负载扰动、速度采样信号失真等影响因素,提高系统动态响应及抗扰性能。以永磁同步电机驱动系统的速度环扰动分析为基础,针对速度误差设计非光滑控制律,使闭环系统的速度偏差迅速收敛到一个小的区域。然后,引入参数时变的扰动观测器来估计速度环中的总扰动,提高扰动估计的精度,在观测器中对转速采样滤波器带来的延迟进行补偿,实现速度检测无时延。最后,将扰动估计值用于前馈补偿构成复合控制器。仿真和实验结果验证了基于时变参数扰动观测器补偿的非光滑控制策略的正确性及可行性。

基于场路耦合的变压器绕组匝间短路电磁谐响应分析方法673-682

摘要：变压器绕组匝间短路会造成绕组结构严重变形甚至烧毁,从而影响到设备乃至系统的安全稳定运行。基于场路耦合原理建立单相变压器三维有限元模型,研究变压器空载运行绕组匝间短路问题,通过分析绕组不同位置匝间短路时的电流、磁通以及受力情况,研究变压器励磁与绕组受力的对应关系,并总结其变化规律。在此基础上,搭建变压器绕组匝间短路动模实验平台,测试短路绕组振动加速度,通过对比仿真结果与实验数据,验证了本文方法的正确性与有效性。

大型电力变压器损耗带电测试技术研究683-692

摘要：电力变压器的损耗特性可以反映其运行状态,关系到电力系统的安全稳定。传统变压器损耗测试需进行离线试验,影响供电连续性且不能反映真实情况。本文提出电网系统供电的变压器空载及负载损耗带电测试新方法,并采用加窗插值算法处理数据以减小频谱泄漏和栅栏效应的影响。基于测量方法,开发变压器损耗带电测试系统,包括空载损耗测量和负载损耗测量两部分,以解决空载电流测量精度、电压电流采集同步性及复杂现场的干扰等问题。对现场变压器损耗进行测试,取得了较好结果,验证了系统带电测试变压器损耗的可行性。

电工技术学报杂志默认

“磁场调制电机及其理论”专题征稿启事692-692

摘要：电机是第一次工业革命的产物,诞生于1830年代,至今已有180余年的历史。与其大致同期出现的蒸汽机、电报机、白炽灯等,已被不断涌现的新技术所取代而逐步退出历史舞台,而电机不仅呈现出顽强生命力,成为近代工业革命的活化石,而且随着电气化、自动化和智能化的快速发展与普及,电机应用范围日益扩大,已渗透到人类生产生活的各个方面。特别是航空航天、电气化交通、先进制造等战略性新兴产业对电机的性能和品质提出了更为苛刻的个性化要求,促使各种新原理、新结构电机不断涌现。

电工技术学报杂志电机与电器

SF6高压断路器机械故障概率的非精确条件估计693-702

摘要：在小样本条件下,结合SF6高压断路器自身特点,引入非精确概率概念,提出一种将非精确狄里赫雷模型(IDM)与贝叶斯网络相结合的断路器机械故障概率估计方法,对断路器机械故障可能性范围进行估计。首先,对表征断路器力学性能的特性参数进行状态划分;其次,根据历史数据,建立处理非精确条件概率推断问题的贝叶斯网络,并利用非精确狄里赫雷模型得到断路器机械故障样本缺乏条件下贝叶斯网络节点的非精确条件概率测度;最后运用贝叶斯网络的推理算法,根据断路器本次开断的参数估计得到在下次开断时其出现机械故障的非精确概率。该方法体现了短时间尺度下,断路器机械故障概率随其运行状态变化而时变的特点,并为小样本情况下断路器机械机构的可靠性评估以及状态检修提供了依据。通过算例验证,证明了所提方法的有效性。

电工技术学报杂志电力电子

Si和SiC功率器件结温提取技术现状及展望703-716

摘要：对功率半导体器件结温的在线准确提取是实现器件智能控制、性能评估、主动热管理、健康状态评估及优化器件寿命等的重要基础。本文梳理了现有基于温敏参数的Si(硅)和SiC(碳化硅)功率器件结温提取方法的机理和主要特点,从灵敏度、测量频率、侵入性和线性度等指标对已有方法进行了性能评估。在此基础上,结合SiCJFET(结型场效应晶体管)器件的温度特性,提出一种新颖的基于栅-源极间寄生PN结击穿电压的SiCJFET器件非侵入性在线结温提取方法,仿真结果证明了所提出方法的正确性和有效性。

基于失效物理的功率器件疲劳失效机理717-727

摘要：在功率器件的长期运行中,不断承受的温度和应力变化,加快了材料的疲劳失效。此外,新能源技术的发展对电力电子变流器的功率密度也提出了越来越高的要求,这些都给高可靠性功率器件的设计提出了新的挑战。失效物理(PoF)是在分析失效过程和疲劳机理的基础上,通过建模和仿真预测可靠性的一种方法,是研究疲劳失效的重要手段。本文首先介绍疲劳失效的基础理论。然后,从实验、仿真方法、解析模型和疲劳方式等方面介绍功率器件键合线和焊料层疲劳机理及主要研究进展,在此基础上,分析功率循环下功率器件的疲劳至失效全过程。最后,从多环境应力、动态载荷工况和可靠性设计三个方面,展望基于失效物理的电力电子可靠性研究方向。

基于副边谐振技术的单端反激式变换器EMI分析728-737

摘要：针对传统单端变换器中电压和电流变化率大、电磁干扰严重的问题,研究一种基于副边谐振技术的单端反激式变换器,在应用副边谐振技术后,该变换器谐振电容电压的影响和励磁电感的设计可使开关管电压、电流应力降低,谐振腔的位置设计将整流二极管和谐振二极管的端电压钳位在输出电压,合适大小的谐振周期可以使谐振二极管实现零电流关断。本文分析断续导通模式下副边谐振变换器的噪声耦合路径、等效模型、噪声优化理论。分析结果表明:引入副边谐振技术后,共模噪声源减小,合理设计谐振腔可增大等效阻抗,进一步减小共模电压;相比传统反激变换器,励磁电感设计得更大,从而降低变压器的电流纹波,减小差模噪声。搭建仿真模型和60W实物样机,实验验证了副边谐振技术可以有效降低电磁干扰水平。

一种双变压器结构的多谐振型软开关直流变换器738-746

摘要：提出一种双变压器结构的多谐振型软开关直流变换器。通过在谐振腔内引入辅助高频变压器,变换器获得了包含谐振零点在内的多个谐振频率点。通过合理配置谐振点位置,变换器可在较宽频率范围内保证基波和3次谐波有功功率的同时传递,提高谐振电流利用率并起到抑制无功环流的作用。同时,谐振零点的引入使得变换器具备固有的限流保护能力。此外,变换器能够在全负载范围内实现开关管的零电压开通、二极管的零电流开通和准零电流关断,减小了开关损耗。最后,为了验证所提拓扑的有效性和参数设计方法的合理性,搭建一台额定功率330W的样机进行实验验证,最高效率可达到94.7%。

谐振软开关耦合电感高增益DC-DC变换器747-755

摘要：提出一种谐振软开关耦合电感高增益DC-DC变换器,通过引入辅助网络,将Boost变换器的输出二极管替换为开关管,实现全部开关管的零电压导通(ZVS)和二极管的零电流关断(ZCS),并降低开关管的开关损耗,消除二极管的反向恢复问题。同时,变换器输出端为三个输出单元串联,提高变换器的电压增益,避免变换器工作于极限占空比,在实现高升压增益的同时降低开关管电压应力。因此可选取低电压等级、低导通电阻的MOSFET,以提高变换器效率。倍压电容与耦合电感的漏感谐振,可减小开关管关断时刻电流,降低开关损耗,进一步提高变换器效率。研究变换器的工作原理和工作特性,分析开关管ZVS条件。设计制作一台160W的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。

D型不对称24脉自耦变压整流器设计756-764

摘要：现有的24脉自耦变压整流器,输出端需要大量平衡电抗器来保证4组整流桥同时工作,系统较复杂。针对此问题,提出D型不对称24脉自耦变压整流器结构,输出端无需平衡电抗器,且自耦变压器每相仅需4个绕组,结构简单,系统复杂性低。该结构通过合理设计变压器一次、二次侧匝数,得到4组幅值不等的三相电压,构成24个幅值相同、相位依次相差15°的电压相量,送至4组整流桥,形成24脉输出电压。理论推导变压器的一次、二次绕组匝数关系、绕组电流和等效容量,并通过改变自耦变压器二次绕组的绕制位置、同名端,以及一次绕组中间抽头位置,给出了该结构的8种变压器联结方式及性能参数,验证了该设计中所选变压器联结方式具有一定的优势。最后通过仿真和实验验证了该结构的可行性。

基于超级电容储能的新型铁路功率调节器协调控制策略设计765-776

摘要：为综合解决牵引供电系统电能质量问题,并提高电力机车再生制动能量利用率,在铁路功率调节器中增加超级电容储能系统,提出一种基于超级电容储能的新型铁路功率调节器。为进一步提高该拓扑结构的再生制动能量利用率和削峰填谷的控制精度,并有效控制超级电容的充放电,从而减少系统损耗,深入研究超级电容与铁路功率调节器之间的功率转移特征,通过构建两种控制方式的等效电路,对比分析两种控制方式精度问题和超级电容放电失控问题,进而提出基于超级电容储能的新型铁路功率调节器协调控制策略。仿真结果证明了所提协调控制策略的正确性及有效性。

应用于级联STATCOM的高精度低成本全FPGA实时仿真模型研究777-785

摘要：针对级联静止无功补偿器(STATCOM),提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的高精度低成本实时仿真模型。为减小步长,提高仿真精度,提出一种改进开关函数法,将仿真模型分为非线性开关部分和线性电路部分,简化仿真模型,减少仿真计算量。通过计算开关网络外电路电压及比较逻辑得到端口电压,实现H桥死区模式下的仿真,提高模型仿真的精度与实用性。通过实时检测H桥状态,确保二极管单向导电,保证仿真正确性。为了兼顾硬件资源消耗和仿真计算速度,在设计实现上采用串并行结合,以及深度流水线技术。每相12个级联H桥STATCOM实时仿真模型只需一片CycloneIVEP4CE115即可实现,仿真步长可达到0.85μs。Simulink/PSIM仿真和实际功率电路实验结果均验证了所提出的实时仿真的有效性。

电工技术学报杂志电力系统

基于模糊评价的风电场有功功率分配算法786-794

摘要：按风速权重风电场有功功率分配算法存在有功功率输出波动大、桨距角频繁调节的问题,为此本文提出一种基于模糊评价的风电场有功功率分配算法。将风电机组限功率运行分为变速、变速变桨和变桨三个运行区,以风电机组的桨距角、转速和风速为输入,通过分区域模糊推理,得到风电机组的健康度和调节能力,最终采用按能力权重分配算法得到风电机组有功功率给定。仿真结果表明,基于模糊评价算法的风电场有功功率输出平滑,风电场机组转速变化和桨矩角变化都较小。

基于自适应下垂特性的孤立直流微电网功率精确分配与电压无偏差控制策略795-806

摘要：基于下垂控制的直流微电网为自主集成分布式电源、储能单元和多类型负荷提供了一种有效的方式。在传统下垂控制作用下,由于直流微电网中各分布式电源出口线路参数不一致,且存在本地负荷,因而降低了负荷功率的分配精度,难以最大程度发挥分布式电源的效率,甚至引发分布式电源过载等问题,同时线路电阻上的电压降会进一步降低直流母线的电压质量。为了实现分散控制模式下孤立直流微电网的功率合理分配,并消除直流母线电压的偏差,提出基于自适应下垂特性的功率精确分配策略和直流母线电压无偏差控制策略,且在功率分配策略中考虑了本地负荷的影响。同时对DC-DC变换器在所提改进下垂控制下的响应特性进行分析,并讨论关键参数对系统稳定性的影响。仿真对比结果证明了所提控制策略的正确性和有效性。