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中国电机工程学报 2009年第15期杂志 文档列表

中国电机工程学报杂志电力电子与电力传动

双馈风力发电系统双PWM变换器比例谐振控制1-7

摘要：在双馈风力发电系统功率变换器及发电机数学模型的基础上，结合比例谐振（proportional resonant，PR）控制器的特性，提出了双脉宽调制（pulse-width modulation，PWM）变换器PR控制策略。该方法充分利用了PR控制器能够在静止坐标系下对交流输入信号无静差控制的优势，将矢量控制策略下的有功电流和无功电流分量转换到静止坐标系下进行调节，实现网侧变换器维持直流电压稳定和调节功率因数的控制任务和双馈电机有功、无功功率的解耦控制，与传统的双闭环PI控制相比，该策略无需繁琐的坐标旋转变换，不存在受温度及电路参数影响的耦合项和前馈补偿项，且易于实现对系统低次谐波电流的补偿，减小了控制算法实现难度，提高了控制系统的鲁棒性和电网电能质量。

三相并网逆变器比例复数积分电流控制技术8-14

摘要：传统PI控制无法消除并网交流电流稳态误差，但关于稳态误差存在的根本原因相关文献描述较少。为揭示其本质，首先建立并网电流控制模型，然后通过叠加定理和频域分析得出结论：并网交流电流零稳态误差控制条件为：系统控制器在并网电流频率处具有无穷大增益，而PI控制不具有该特性。在该结论基础上，提出一种可消除并网交流电流稳态误差的比例复数积分（proportional complex integral，PCI）控制，给出一套控制器参数整定方法，并采用TMS320F2812 DSP实现系统的数字化控制。在理论分析的基础上进行仿真和实验研究，通过与PI控制对比验证PCI控制的有效性。

Boost变换器非线性电流控制方法15-21

摘要：基于输入输出线性化，提出一种新型Boost变换器非线性电流控制及其改进方法。通过研究该系统的内动态稳定性，指出对于电流控制（current control method，CCM）Boost变换器，当采用电压模式控制时，其内动态不稳定；当采用电流模式控制时，其内动态稳定，可通过直接控制电感电流间接控制输出电压。因此，采用输入输出线性化非线性控制方法，推导出新的电流控制律。实验结果表明，该方法能够保证电感电流有效精确的跟踪给定值，但输出电压存在稳态误差，需对所给控制方案进行修正。进而考虑实际电路附属参数的影响，推导出了修正后的控制律，实验验证了修正方案的正确性，改进后控制系统动稳态性能良好。

双降压式全桥逆变器22-27

摘要：为避免桥臂功率管直通问题和提高输入直流电压利用率，在全桥逆变器和双降压式半桥逆变器的基础上，提出了双降压式全桥逆变器（dual buck full-bridge inverter，DBFBI），该逆变器具有无桥臂直通、输入直流电压利用率高、效率高、续流二极管可优化选取等优点。半周期调制方式减小了功率管的开关损耗及导通损耗，分析了半周期调制方式下电路的工作模态，给出了电感电流连续与断续时输入输出电压关系。设计了采用滞环电流控制的双降压式全桥逆变器系统，通过控制逻辑设计使之实现了半周期运行模式。仿真和实验结果证明该逆变器具有高质量的输出电压波形和良好的动态响应特性。

二极管箝位型多电平逆变器全范围电容电压平衡的PWM调制方法28-35

摘要：电容电压偏移是二极管箝位型多电平逆变器的主要缺点。空间矢量调制和正弦载波调制方法，在调制度较高且功率因数较低时，电容电压出现低频波动。该文首先建立含电容电压的二极管箝位型三电平逆变器的脉冲宽度调制（pulse—width modulation，PWM）模型，提出一种新的调制方法，只需满足三相电流之和为零，该方法在任意调制度和功率因数下都能确保电容电位的平衡。并对算法累积误差进行修正。实验结果表明，这种方法较以前的解决方案能更好地平衡电容电压。最后将算法拓展到二极管箝位型任意电平数逆变器的调制中。

三相逆变器采样模型重复控制研究36-42

摘要：重复控制系统中补偿器的补偿精度与整体系统的动静态性能有直接关系，而补偿器的设计又完全依赖于控制对象的数学模型。为了提高补偿器的补偿精度，根据波形库控制技术提出基于控制对象单位阶跃响应波形的建模方法。由于典型响应曲线能够体现开关延时、测量延时、死区时间、非线性磁单元、杂散参数等因素对系统的影响，因此这种模型精度较高。在两相静止坐标系下对三相逆变器突加阶跃调制信号，采集在相同坐标系下的逆变器输出电压阶跃响应波形，基于此波形构建控制对象模型。相比于平均信号模型，应用该模型可以提高补偿器的截止频率和补偿精度，最终使整体系统的稳态性能得到改善。此方案在一台采用TMS320LF2407A型号数字信号处理器控制的三相逆变器上得到了验证。

三相电流型脉宽调制整流器的功率因数控制新方法43-49

摘要：该文建立了三相电流型脉宽调制（pulse width modulation，PWM）整流器的基于开关函数的abc三相静止坐标系下的一般数学模型和dq同步旋转坐标系下的简化数学模型，详细分析了它的稳态特性，尤其是系统的无功功率及功率因数特性。在此基础上，提出一种三相电流型PWM整流器的功率因数控制新方案。不同于传统的基于静止abc坐标系的控制方法，该文将控制算法建立在dq同步旋转坐标系上，提出了基于交流侧电容电压定向的矢量控制，使得直流侧电流和交流侧功率因数得以解耦控制。该控制方法对系统参数的依赖性小，能够自动调节到其可以达到的最大功率因数运行点。该控制方案的有效性和可行性通过仿真进行了验证，并进一步在一个5kVA的试验样机上进行了验证。

模糊控制在三相PWM整流器无差拍控制中的应用50-54

摘要：无差拍电流控制为了补偿控制延时，需要对参考电流进行超前预测，由于参考变化的不确定性，单一的预测算法在不同参考变化情况下可能产生较大的电流超调或者相位滞后。本文通过对三种常用预测算法进行比较分析，得出预测参数与电流超调和相位滞后之间的关系，以此提出一种基于模糊控制的预测算法。该算法针对不同的参考电流变化选择合适的预测参数，折衷考虑电流超调和相位滞后的影响，限制电流超调最大值，优化相位滞后。最后，结合TMS320F2812数字信号处理器（digital signal processor，DSP）控制平台在三相电压型脉宽调制（pulse width modulation，PWM）整流器上进行实验，验证了理论分析的正确性。

中国电机工程学报杂志电机与电器

新型永磁同步电机高精度调速系统61-66

摘要：提出一种基于他控式变频调速的永磁同步电动机（permanent magnet synchronous motor，PMSM）高精度调速系统。针对永磁同步电动机在该运行方式下的失步、效率及转速振荡问题，通过对功角特性及稳定性的分析，提出一种功角闭环控制策略并详细阐述了其理论依据。针对被控对象特性参数随负载变化的问题，设计了分段式PID参数模糊自整定控制器，系统实时检测电机运行功角并将其控制在某理想值附近。实验结果表明，所提控制策略响应速度快、无超调，系统运行稳定，无转速振荡，有效地解决了永磁同步电动机失步和运行效率问题。

采用不对称磁极优化水轮发电机空载电压波形67-73

摘要：改善空载电压波形是发电机优化设计、保证电能质量的重要问题。采用极靴偏心与阻尼条偏心等不对称磁极结构设计方案，对一台45MW的大型水轮发电机空载电压波形进行优化设计，并利用二维运动电磁场场路耦合时步有限元模型，进行分析与计算。结果表明，合理偏移极靴和阻尼条位置，可以明显削弱齿谐波，改善气隙磁场分布和空载电压波形。计算结果与实测数据相吻合。研究成果已在3个电站的大型水轮发电机上得到工程实际应用。

三峡右岸全空冷水轮发电机关键技术研究74-79

摘要：介绍了三峡右岸全空气冷却水轮发电机的重要设计与制造技术。探讨了通风冷却系统设计和发电机温度场的计算，进行了通风模型的试验研究，并对发电机通风冷却进行了优化设计。在绝缘技术上，采用增大导线圆角半径等措施，提高了线棒角部电场的均匀性，采用薄型全固化新型玻璃丝带并一次成型的定子线棒槽部防晕结构及多胶模压体系制造的定子线棒，使主要电气性能指标和电老化寿命优异。机组运行结果表明，全空气冷却方式和独特的绝缘工艺等达到了设计要求，为三峡右岸水轮发电机研制提供了有益的指导。三峡右岸700MW水轮发电机上应用的全空气冷却方式和独特的绝缘工艺等技术代表了700MW水轮发电机技术的发展趋势。

旋转型行波超声电机的等效电路模型80-87

摘要：在推导旋转型行波超声电机定转子运动拉格朗日方程和压电陶瓷电流方程的基础上，建立了超声电机的等效电路模型。并通过测量单相定子导纳、由摩擦层和转子材料特性参数估算模型中相关元件的值和解析计算电机输出功率及摩擦损耗的方法，对模型进行简化，并获取其中各参数。将电机不同负载转矩及驱动频率的工作条件考虑在内，以电机的等效电路模型作为驱动器的电气负载来设计驱动器参数。给出了理论计算同实测的结果，验证了等效电路模型的正确性和有效性。

非正弦供电十五相感应电机气隙磁势分析88-94

摘要：根据非正弦供电十五相感应电机不同次谐波电流可以产生同速气隙磁势的特点，说明利用3次谐波磁势降低基波磁势幅值以改善电机性能指标的理论根据，并确定叠加磁势峰值达到最小时的3次谐波激磁电流表达式。对感应电机中的非正弦电流进行傅里叶分解，通过计算各次谐波电流产生的不同次谐波磁势，揭示了谐波电流产生同次谐波磁势时、其转速为同步速之规律。以叠加磁势数学表达式为基础，通过求导计算叠加磁势峰值，再由优化方法中的直接法确定出叠加磁势最小峰值以及相应3次谐波激磁电流有效值和相位角。分析了磁势峰值降低后电机性能指标改善及功率密度提高的原因，为十五相感应电机优化提供了理论基础。

洛仑兹电机运动控制耦合机理分析及动力学建模95-100

摘要：长行程永磁直线电机粗动与短行程洛仑兹电机微动构成的复合运动可满足工作台的纳米级定位精度和跟踪精度要求，其中微动台是工作台纳米精度实现的核心，运动控制存在内部干扰耦合。该文分析洛仑兹电机运动控制的内部耦合因素及机理，建立耦合机理模型；针对位置相关性耦合与力相关性耦合，分别推导对应的耦合动力学模型，并采用简化原则进行简化；结合耦合机理模型与动力学模型，提出洛仑兹电机运动控制的总动力学模型。实验结果证明了简化模型的可行性和有效性。

电动车用感应电机电阻的状态滑模观测新方法101-106

摘要：在采用矢量控制的电动车用感应电机驱动系统中，温升等因素会导致绕组电阻发生变化。提出一种新的状态滑模观测器，对电阻进行实时的跟踪与辨识。该观测器以定子电流和转子磁链为状态变量，包括状态观测部分和滑模观测部分，并基于李亚普诺夫方法给出了电阻的自适应调节律和系统的稳定性证明。由于滑模部分的引入，该观测器比常规状态观测器在处理大范围参数变化时具有更强的鲁棒性，能提供更高的辨识精度；同时，滑模部分的待调节参数比常规滑模观测器的要少，结构简单、计算量小。仿真与实验结果证明了该方法的有效性和正确性。

基于波波夫超稳定性的无刷双馈电机直接转矩控制107-113

摘要：在无刷双馈电机直接转矩控制系统中，定子参数变化会引起电机特性不稳定。基于模型参考自适应控制策略（model reference adoptive strategy，MRAS）设计了一种新型的磁链、速度自适应观测器，以无刷双馈电机的定子电流及磁链为状态变量，将磁链观测和速度辨识结合在一起，定子磁链观测值直接应用于直接转矩控制算法中，构建了无速度传感器无刷双馈电机直接转矩控制系统。采用波波夫超稳定性理论确定速度白适应律，建立了Matlab／Simulink环境下直接转矩控制系统的仿真模型。仿真研究结果表明，所提出的磁链、速度自适应观测器可实现定子磁链、速度的精确辨识，磁链轨迹可以保持容差范围内的圆形，有效减少无刷双馈电机定子电阻变化对系统运行特性的影响，提高了系统的稳定性和鲁棒性。

磁浮开关磁阻电机悬浮力的反馈线性化PID控制114-118

摘要：推导磁浮开关磁阻电机轴向悬浮力数学模型。针对悬浮力控制的严重非线性，设计双环控制的轴向悬浮力控制器。反馈线性化控制将复杂的非线性对象转变为简单的线性控制系统，结合PID控制实现精确的位移跟踪，电流内环则实现了绕组实际电流对期望电流的跟踪控制。仿真与实验测试了系统在空载、负载、突加负载时的位移跟踪性能，验证了所提出控制方法的可行性及有效性。

基于等效电路法的高频继电器建模与研究119-124

摘要：通过经典传输线理论及部分元等效电路（panial element equivalent circuit，PEEC）方法，对高频继电器常闭型信号传输路径的分布电容、电感、电阻等参数进行提取，建立信号传输路径的等效电路模型。对其进行仿真分析得到继电器射频（radio frequency，RF）性能曲线，并讨论了影响继电器插入损耗、电压驻波比及隔离度的主要因素。高频继电器RF性能的实验测试结果与等效电路模型仿真结果符合较好，表明了所建立等效电路模型的正确性。