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摘要:针对无刷双馈发电机(BDFIG)在变速恒频风力发电系统中有功功率和无功功率的控制问题,提出一种笼型转子无刷双馈发电机并网后的间接功率控制方法。利用BDFIG统一坐标系模型推导出有功功率与控制绕组磁链幅值和相位增量之间的解析关系,在此基础上设计有功功率和无功功率的控制器,建立间接功率控制系统的结构框图。样机并网后的实验结果表明该方法能够实现有功功率与无功功率的控制。该方法无需进行旋转坐标变换,用到的电机参数较少,构成的控制系统结构简单。
摘要:针对游标混合电机(VHM)设计时难以实现快速准确的电机磁场求解问题,提出采用子域法推导游标混合电机的解析分析模型,实现电机磁场和电磁性能的快速准确计算。根据电机结构和各部分电磁特性,将电机求解区域划分为定子槽、定子槽口、永磁体(PM)、气隙和转子槽5个子域,根据各子域磁场偏微分方程和矢量磁位通解,结合边界条件求解各子域矢量磁位,计算气隙磁密、磁链、反电势(EMF)、齿槽转矩和电磁转矩。研究定转子槽宽对转矩脉动和平均转矩的影响,在不减小平均转矩的情况下,得到削弱转矩脉动的定转子槽宽组合。设计制造一台样机,实验结果验证了解析模型的正确性。
摘要:车用永磁电机转子位置的准确获取,对于电机运行的控制精度和车辆运行的安全、舒适性具有重要的作用,针对电机启动、低速运行阶段转子位置检测的精确度还不够理想的问题,提出一种新的永磁同步电机启动到低速阶段转子位置检测方法,给出基于磁场相等原理的d-q旋转参考坐标系下直轴和交轴电感与定子三相电感之间的关系,通过测量定子三相电感,计算相应的恒定分量和二次谐波分量,得到相应的d-q轴下的电感值用于矢量控制。搭建轮毂电机的实验测试平台,给出从启动到低速位置的检测输出结果和角度误差值,对静止状态下、负载情况下的角度误差进行对比分析,实验结果验证了所提方法的准确性,对于指导该类型电机低速下位置检测方法提供了一定的理论支撑。
摘要:针对含高比例可再生能源的微电网存在功率波动较大的问题,提出一种适用于多微电网互联的不同时间尺度阶梯控制方法,综合考虑系统中负荷需求、储能容量、微电网运行三者之间关系,基于不同时间等级进行了三层调控,本地控制层按分布式电源位置进行区域划分,以线路损耗最小为目标进行秒级调控;微电网自治控制层采用调节系统内的功率输出,以储能系统的利用率及分布式电源运行成本最小为目标进行分钟级调控;微电网群中央控制层在满足各个子微电网优化运行,以并网点功率偏差最小为目标进行小时级调控。选取不同的权重系数对微电网群多目标优化问题进行求解,结果表明基于不同时间等级的分层调控方法,有效地提高了微电网群运行的自治性、稳定性和经济性,提高了并网的可靠性、安全性。
摘要:针对高速永磁电机损耗密度高,散热困难,易引起永磁体过热而造成不可逆退磁问题,基于流体动力学及流固耦合理论,提出丁胞水冷结构的散热方案,并对多种水冷方案在相同的条件下进行流体场比较分析,得出相应的温度云图、速度云图和湍动能云图。分析得出,丁胞结构产生水道涡流,破坏了水道的平稳流动,提高了散热能力。最后,对散热效果较好的上壁面球凸水道结构进行参数化分析,并对优化后的方案进行电机温度场分析。丁胞水冷结构为解决高速永磁电机这类高功率密度电机的散热问题提供一种新的思路。
摘要:提出一种新型双转子混合励磁电机(dual-rotor hybrid excitation motor,DRHEM)拓扑结构,通过单定子—双转子的结构实现了电励磁双凸极电机(doubly salient electromagnetic motor,DSEM)和永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)的高效结合。给出了所研究电机的基本结构和工作原理,讨论了DSEM部分和PMSM部分的极槽匹配原则。通过建立电机有限元求解模型,计算和分析了电机内的电磁场,得出最优结构及参数。研究结果表明:新结构混合励磁具有简单、紧凑、无刷励磁、电磁损耗小等特点。通过励磁电流的调节,优化后的混合励磁电机具备良好的调磁性能和宽广的调磁范围,在航空电源启动系统中有重要应用价值。
摘要:针对电场耦合式无线电能传输系统(electric-field coupled power transfer,ECPT)中归一化频率的变化是否会对系统的最大输出功率和系统电能传输效率产生影响的问题,利用阻抗变换理论对CLC-S谐振型电能传输系统进行建模分析,给出系统传输功率和效率的计算方法,并得出两个结论:1)随着归一化频率的变化,负载接收的最大功率点和系统最大传输效率点存在不一致性;2)负载接收的最大功率在归一化频率略小于1处取得。基于电路仿真的结果验证了以上理论分析结论。最后,根据仿真模型设计了电场耦合式无线电能传输实验系统,通过实验结果进一步证明了理论分析的正确性。
摘要:采用热液法制备了纳米SiO2-Al2O3分散液,并用原位聚合法制备了单层及三层复合的聚酰亚胺(PI)/纳米SiO2-Al2O3薄膜。研究了场强及温度对薄膜耐电晕寿命的影响,及掺杂量和复合结构对复合薄膜介电特性的影响。采用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)及红外光谱(FT-IR)对复合薄膜的形貌和结构进行了表征。结果表明:引入纳米SiO2-Al2O3,材料的耐电晕寿命可以大幅度提高,外推至20 kV/mm时(155℃,50 Hz),纳米粒子掺杂量为20%的PI/纳米SiO2-Al2O3三层复合薄膜的耐电晕寿命为3 230.0 h,是纯PI薄膜的41.7倍,Kapton100CR薄膜的3.7倍。该文结合结构表征和介电性能分析探讨了相应的耐电晕机制。
摘要:针对弹射用直线电动机大推力、高加速度的特点,结合永磁同步电动机、双边动磁式结构与环形绕组结构电动机的优点,在对动子磁场进行详细分析后,提出环形绕组永磁直线同步电动机(DSMM-R-PMLSM)的新型动子结构。这种结构具有推力密度大、功率因数高、动子质量轻、结构坚固以及利于分段供电与控制的优点,非常适用于电磁弹射系统。通过建立电动机的数学模型,得到此类电动机运行的动态特性,对比不同结构的动子在正常运行与偏心运行时的推力性能,并且分别从场路结合解析、样机实验两方面进行验证。结果表明,采用新型动子结构的直线电动机电磁推力高、动子质量轻、弹射时加速度优势明显,为电磁弹射用直线电动机的研究奠定了基础。
摘要:针对永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制(DTC)合理利用零电压矢量的问题,分析了零电压矢量对磁链和转矩的作用。零电压矢量缓慢减小定子磁链幅值和转矩,可用于永磁同步电机直接转矩控制系统,且可通过优化选择零电压矢量对应的开关状态来减小开关次数。基于零电压矢量和非零电压矢量对系统静、动状态下的不同影响,提出根据系统所处状态自适应选择不同的电压矢量来提高系统综合性能的开关表。仿真结果表明提出的开关表能满足永磁同步电机直接转矩控制系统控制需求。与传统直接转矩控制开关表相比,自适应变电压矢量开关表能有效降低系统转矩脉动,降低系统开关次数,进而减小开关损耗。与含零电压矢量开关表相比,提升了系统动态响应。
摘要:磁耦合谐振式(magnetically-coupled resonant,MCR)是一种适用于中距离无线电能传输的技术。该技术在传输距离变化时存在耦合状态变化的情况,随之造成的阻抗不匹配现象使系统的传输效率急剧下降。为了避免上述现象的发生,本文提出一种基于非同轴线圈的距离适应无线电能传输方法,通过该方法指导确定传输系统的驱动线圈参数,系统可以实现阻抗匹配,有效抑制因距离变化造成传输效率急剧下降的缺点,提高系统的传输性能,同时采用非同轴线圈结构可以减小驱动线圈圆周以外的导线寄生电感和高频交流电阻,降低系统损耗,减小系统发射端的体积,并且保证系统实际设计与理论计算实现高度匹配。仿真分析与实验结果均验证了该方法的有效性和准确性。
摘要:针对降低功率器件的开关频率而带来电流谐波较大的问题,提出采用特殊设计的优化脉冲调制策略。通过深入研究五电平有源箝位(ANPC)逆变器电流谐波最小脉冲宽度调制(PWM)策略,设计一种基于遗传算法(GA)的优化脉冲调制开关角计算方案,该方案相比传统牛顿迭代法具有更好的电流谐波特性;对于五电平有源箝位逆变器存在的悬浮电容电压波动问题,提出一种基于冗余开关状态切换的悬浮电容电压滞环控制策略,通过合理分配冗余开关状态的作用时间,能够将悬浮电容电压有效稳定在参考值附近。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性及所提控制方法的有效性。
摘要:针对传统永磁同步电机滑模控制存在的抖振以及系统鲁棒性差问题,提出基于自适应模糊滑模软切换的永磁同步电机鲁棒无源控制方法。控制系统电流内环通过设计鲁棒无源控制器,得到dq旋转坐标系下的电压给定,有效提高电流预测控制的鲁棒性。转速外环设计模糊滑模软切换控制器,利用双曲正切函数代替符号函数,实现软切换连续控制。采用自适应模糊控制法估计集成不确定边界,有效削弱滑模抖振。实验对比传统滑模控制与新型控制方法,其结果验证了新型控制方法在抖振以及抗扰动方面的有效性和实用性。
摘要:针对准同步DFT谐波分析方法在信号频偏时的短范围泄漏问题,研究准同步DFT谐相角的线性特性,建立准同步DFT谐相角与信号频偏率、谐次、迭代次数之间的线性修正模型,给出了准同步DFT谐相角的线性修正方法。该方法首先根据相邻采样点之间的基波相角差只与信号频率和采样频率相关的原理来测量信号频偏率,再按照只与信号频偏率、谐次、迭代次数相关的谐相角线性修正公式对准同步DFT的谐波分析结果进行修正。实验表明准同步DFT谐相角线性修正算法能够有效抑制短范围频谱泄漏,在较宽信号频偏范围内获得高精确度的谐相角分析结果。
摘要:针对传统电机的纯滑动平面接触模型分析结果与行波超声电机定转子接触面表现出的实际输出特性存在一定偏差的问题,利用摩擦形变角来阐述定转子在接触面不同性质的摩擦状态,据此分析两者相对运动趋势,并提出一种异于传统纯滑动摩擦状态平面接触模型的变摩擦三向接触模型;在该模型的基础上,构建定转子在接触面的运动、受力及能量损耗状况的数学模型,通过MATLAB仿真获得电机驱动力矩、接触点切向速度以及电机输出效率,计算摩擦界面效率等参数随定转子间距变化的特性曲线,并利用测功机通过实验验证,与传统模型相比,所述模型更加准确地反映了电机的实际工况。
摘要:为提高清洁能源电能转换效率和并网电能质量,对于电压源并网变换器,提出一种优化的模型预测电流控制策略。首先,在αβ坐标下建立控制模型,仅使用一次坐标变换,设计出无需脉冲宽度调制(PWM)和电流内环控制的有限控制集模型电流预测控制(FCS-MPCC)策略,控制灵活简单。其次,对代价函数进行优化设计,增加开关频率附加项并设计权重系数,实现降低开关频率。针对执行预测控制算法产生的延时,设计两步预测模型进行电流预测,实时更新开关状态。为验证控制策略性能,搭建实验平台。实验结果表明,所设计控制策略能够灵活调节输出功率因数,具有较高的输出电能质量且开关频率降低、并网性能良好。