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电机与控制学报 2019年第07期杂志 文档列表

注入高频脉振电压的永磁同步电机I/F控制方法1-8

摘要：针对传统的开环I/F控制运用在低速区时存在的给定电流不可控、电机运行效率低、易失步的问题,提出一种新型的无位置传感器I/F控制方法。该方法将改进算法的高频脉振电压注入法运用在传统的开环I/F控制中,对采样得到的三相电流进行信号处理以获取所需的轴系夹角信息,经由PI控制器对给定电流的幅值进行闭环调节,同时对给定电流的电角速度进行闭环补偿。实验结果表明,在该方法下表贴式永磁同步电机可根据负载变化对给定电流幅值和电角速度进行动态调节,使其运行在最大转矩电流比状态,且具有渐进稳定性,提高了电流利用率,增强了电机抗负载扰动能力。

风电变桨电机参数对控制系统影响分析及改进辨识方法9-18

摘要：针对风电机组变桨电机参数变化和负载不确定等带来变桨控制系统鲁棒性差的问题,分析变桨电机参数对控制系统的影响并提出参数辨识改进方法。首先,基于变桨电机控制系统中的复合磁链估算模型,针对不同参数的变化对磁链估算影响不同的问题,利用频率响应函数法(FRF)进行定量分析,获取影响较大的参数。其次,基于模型参考自适应辨识方法(MRAS),将辨识初始值作为补偿项,以克服电机转速和负载转矩变化对辨识结果的影响,建立转子时间常数Tr的在线辨识改进模型,提出考虑参数辨识的风电机组变桨控制策略。最后,对风电机组变桨电机及其控制系统进行动态仿真和样机实验。结果表明,Tr对变桨电机控制系统的影响较为明显,考虑在线辨识后的改进模型及控制策略具有更好的鲁棒性。

圆感应同步器扇区刻划误差的测试方法19-26

摘要：为了进一步提高圆感应同步器测角系统的精度,首先,对圆感应同步器测角系统的误差源进行进一步挖掘,提出圆感应同步器扇区刻划误差的概念。然后,将扇区刻划误差项引入到圆感应同步器测角系统的误差模型之中,建立更为完善的测角系统的误差模型,并且对误差源在有限检测样本空间的正交性与耦合性进行分析,据此设计不同起测角度的组合测试方法对误差项进行分离。最后,采用正23面棱体—自准直仪检测系统与391齿多齿分度台—平面反射镜—自准直仪检测系统分别对圆感应同步器测角系统的角位置误差进行检定,测试结果的一致性验证了误差分离方法的正确性。

电导非线性对HVDC电缆绝缘空间电荷动态过程的影响27-37

摘要：针对HVDC电缆绝缘中的空间电荷问题,采用有限元分析方法,仿真研究绝缘材料电导非线性属性对HVDC电缆绝缘中由非线性电导率引起的空间电荷极化与退极化动态过程的影响。通过改变电导活化能与电场依赖系数,得到极化与退极化过程中空间电荷密度随时间的变化规律。分析结果表明:降低电导活化能或增大电场依赖系数可降低HVDC电缆绝缘中由非线性电导率引起的空间电荷量,抑制极化与退极化过程中的空间电荷“过冲”与“反极性过冲”现象,并且会加快极化与退极化过程达到稳态,但同时会使绝缘介质中的电流密度增大。

兆瓦级实心转子高速感应电动机通风系统分析38-45

摘要：针对大容量实心转子高速感应电动机损耗密度大、散热困难的问题,以一台10 MW、10 000 r/min的空冷实心转子感应电动机为例,建立了其整体通风域模型,采用计算流体力学(CFD)方法对“两进一出”的通风结构进行了流体场仿真,并分析了通风系统内气体的分布规律;其次,以通风计算结果作为边界条件,基于流固耦合法对该电机定转子三维流体场和温度场进行了建模与求解,得到了温度分布;在此基础上,提出了一种新的“三进两出”通风结构,降低了该电机的最高温度,并通过有限元分析例证了CFD建模与计算结果的正确性;最后,分析了导风管管径、冷却气体类型、轴流风扇进风量对该电机温升的影响。结果表明,该电机采用三进两出的通风冷却结构散热效果更好,可使最高温度降低3.8℃、定子铁心和定子绕组的最高温度分别下降11.7℃和7.1℃。

基于霍尔位置传感器的永磁同步电机速度估计方法研究46-52

摘要：为了提高永磁同步电机(PMSM)驱动系统的环境适应性并降低控制系统成本,采用开关型霍尔位置传感器取代通常使用的高分辨率位置传感器—光电编码器或者旋转变压器进行转子位置和速度的估算,实现对电机的高性能矢量控制。该文首先分析了传统霍尔位置传感器的估算算法,为了解决传统估算算法中的问题并提高霍尔位置传感器的估算效果,使用一种闭环的估算方法,将霍尔位置信号矢量化,前馈解耦后通过观测器估算出连续的位置信号,并结合改进的锁相环结构(PLL)提取速度信号,实现位置和速度的准确估算。最后通过实验平台验证对比了该方法和传统的估算方法的性能。

考虑输出电压平衡的三相四开关逆变器SVPWM过调制策略53-62

摘要：针对三相四开关逆变器(TPFSI)电压输出能力受限,且传统过调制方法存在输出三相电压基波幅值不平衡的问题,提出一种考虑输出电压平衡的空间矢量脉宽调制过调制算法。首先,推导三相四开关逆变器输出平衡三相电压的约束条件;然后,根据调制比的大小,将过调制区域分为三部分,即过调制Ⅰ区、过调制Ⅱ区和过调制Ⅲ区,并基于叠加定理分别选择用于矢量合成的电压矢量和加权系数,合成期望的电压矢量;最后,对传统的过调制算法与提出的基于叠加定理的过调制算法进行仿真研究和实验验证。结果表明:与传统的三相四开关逆变器过调制算法相比,所提出的过调制算法能够输出平衡的三相电压,且基波幅值与调制比呈线性关系,同时避免了控制角和保持角的在线计算或离线存储,具有易于数字化实现的优点。

基于瞬时环流控制的改进逆变器并联控制策略63-71

摘要：针对逆变器并联系统在负载动态变化时输出电压变化较大问题,提出一种逆变器均流控制方法。单机控制策略上,在传统的带输出电压前馈和有效值电压调节器的双闭环控制基础上,增加负载电流前馈,并从2个角度分析了负载电流前馈控制对提升系统动态性能的优势;并机控制策略上,以瞬态调节控制器为基础,通过对环流的有功和无功分量进行下垂控制来调节有效值环的给定和锁相环的输出角度。最后,建立6台20 kVA逆变器所构成的并机系统。实验结果表明,这种控制方式可极大降低系统的不均流度,与传统的硬件均流控制相比不易受干扰。同时,这种控制方式又表现出很好的动、稳态特性。

基于频域介损积分谱分析变压器油纸绝缘状态的研究72-78

摘要：频域介电谱(FDS)与水分含量的映射关系能有效评估油纸绝缘状态,为了直接利用频域介电特征量评估绝缘老化和受潮的方法,提出在特征频域段内采用介损积分值作为绝缘状态评估的特征参量,并实验研究了不同绝缘老化和受潮程度对频域介电谱和频域介损积分谱影响及其变化规律。研究结果表明:在10^-3~10^2 Hz范围内相对于频域介损,频域介损积分谱对油纸绝缘老化和受潮更为敏感,随着油纸绝缘老化程度和绝缘受潮的增大,介损积分均呈上升趋势,且曲线具有饱和值,该介损积分值可以量化评估油纸绝缘的状态;与绝缘老化相比,在10^-3~10^2Hz范围内,频域介损积分值对绝缘纸的受潮更为敏感,其频域介损积分值更大。因此,提出的频域介损积分谱法为量化评估变压器绝缘状态提供新的研究思路。

磁通反向永磁电机的定子绕组电阻不平衡故障程度定量估算研究79-86

摘要：针对定子绕组电阻不平衡(SWRI)故障检测和故障程度估算问题,提出一种基于零序电压(ZSVC)和定子电流的磁通反向永磁(FRPM)电机的定子绕组电阻不平衡故障程度估算方法,有助于安排合理的维修计划。首先,利用零序电压和定子电流与附加电阻的关系,建立关于附加电阻的二元二次方程组;然后,通过求解二元二次方程组得到附加电阻值,并利用得到的附加电阻值实现定子绕组电阻不平衡故障程度估算;最后,在磁通反向永磁电机仿真和实验平台上进行算法验证,仿真和实验结果表明了所提出的故障程度估算方法的有效性和鲁棒性。

新型HVDC换流变压器绕组振动抑制研究87-97

摘要：针对高压直流输电(HVDC)换流变压器的阀侧换流器产生大量谐波电流,导致过量谐波电流流过换流变压器绕组,使铁心由于谐波磁通过大而过饱和,引发换流变压器的铁心和绕组剧烈振动问题,对新型换流变压器绕组在谐波条件下的电磁振动进行理论研究。首先,基于三绕组变压器理论并考虑特征次谐波,求解新型换流变压器各绕组电流与负载电流的变换关系;然后,利用虚位移法求解绕组受到的电磁力,建立绕组及相应铁心的3-D有限元(FEM)模型,通过瞬态求解最终得到其电磁振动特性。最后,测试变压器的绕组振动,通过对比实测振动和有限元计算结果验证计算的可靠性。研究结果显示,感应滤波技术对绕组电磁振动的抑制效果显著。

单开关辅助换流的谐振直流环节PWM整流器98-105

摘要：为改善传统的脉冲宽度调制(PWM)整流器的运行效率,在直流环节增加与直流母线并联的辅助谐振电路,提出了一种谐振直流环节PWM整流器,其辅助电路只设置了1个辅助开关。在辅助谐振电路处于工作状态时,在每个开关周期内,主开关能完成零电压软切换动作,辅助开关能完成零电流切换动作,辅助谐振电路仅运行1次。详细说明了整流器在1个开关周期的工作过程,给出了设计规则,完成了对辅助电路损耗的数学建模。在10kW实验样机上的实验结果表明特征实验波形符合理论分析,开关器件实现了软切换。因此,该新型整流器处于高频和大功率运行状态时,能实现高效率运行。

基于比例谐振的网侧电流修正型APF控制106-112

摘要：针对LCL滤波器虽然电感量较小并对高频谐波电流具有更好衰减效果,但一直存在谐振的问题,提出在三相系统中引入网侧电感电流控制环,修正逆变侧电感电流给定的有源阻尼型控制方法,且从系统效率的角度,有源阻尼的方法优于加入无源阻尼。该方法除了能有效抑制LCL谐振,同时可改善入网电流的品质。不同于以跟踪工频给定为目标的光伏并网逆变器,有源电力滤波器(APF)更看重谐波电流的控制,对控制器的设计提出了更高的要求。通过在网侧电流修正环中引入谐振控制,提升系统的补偿性能。最后通过仿真和实验,证明了该控制方法的有效性。

集中式太阳能逆变器快速MPPT方法113-119

摘要：针对集中逆变式太阳能光伏电站最大功率点追踪(MPPT)问题,提出快速追踪方案。基于光伏(PV)电池单二极管5参数模型,建立考虑了失配参数的光伏阵列输出电压电流关系的数学模型,并通过实测电压、电流数据形成求解参数的非线性方程组;通过迭代算法获得各参数的值,进一步可以建立参数与实时温度和光照的对应数据库;运用拉格朗日乘子法对获得的U-I关系求解最大功率点,同时采用设置多初值的方法避免多峰导致的局部最优情况。最后,再通过外电路调节,可一步到位将电路运行点调整至最大功率点。快速MPPT方法求解最大功率点更直接,调节更迅速,对电路的干扰更小。

变刚度柔性机器人关节的设计与解耦控制方法120-128

摘要：设计一种采用永磁变刚度装置的绳索驱动式柔性机器人关节,在不增加驱动力的情况下,增加关节刚度调整范围。详细阐述关节的机械结构和变刚度原理。利用雅可比矩阵和模型间静力学关系,得到关节刚度,位置和绳索伸长量的对应关系,实现了刚度与位置解耦。建立变刚度关节的动力学模型,以轨迹控制为目标,设计解耦控制器,搭建实验系统,验证本方案的可行性。采用永磁弹簧,绳索驱动的柔性关节可以有效的减小关节的质量,惯性和体积,同时具有较大的刚度调整范围以及较短的调整时间,较快的响应速度和较小超调量。此柔性关节的构型和控制方式也适用于多自由度柔性并联机器人关节的构建。