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中国电机工程学报 2010年第18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

辅助谐振变换极软开关逆变器分段定时间控制方法1-8

摘要：辅助谐振变换极（auxiliary resonant commutatedpole,ARCP）是一种重要的软开关逆变器拓扑,其辅助开关的控制方法会影响到逆变器的效率及可靠性。传统定时间控制方法虽然简单易实现,但该控制方法下,逆变器的轻载效率表现不够理想。通过对定时间控制下ARCP逆变器的电流应力及损耗分布进行详细地分析,找出提高逆变器效率的关键途径,并提出一种新的分段定时间控制方法。该控制方法在不增加控制和电路复杂度的前提下,改善了ARCP逆变器的效率。最后在一台2kW/20kHz实验样机上验证了分析结果。

非隔离型光伏并网逆变器漏电流分析模型研究9-14

摘要：高频共模等效模型是研究非隔离型光伏并网逆变器共模电流（在非隔离型光伏并网设备中俗称＂漏电流＂）抑制措施的重要工具。重点推导充分考虑寄生参数的非隔离型单相并网逆变器高频共模等效模型,并基于该模型归纳出消除共模电流的两条途径。其中正弦脉宽调制（sine pulse modulation,SPWM）开关方式消除漏电流的措施在单相全桥电路中的有效性通过仿真和实验手段得到验证,特别指出寄生参数对实际抑制效果的影响。分析电路参数匹配方式消除漏电流的措施在单相全桥电路中的无效性,并指出该措施可以应用在其它单相逆变器拓扑中,如半桥和二极管钳位三电平电路。

非对称混合多电平逆变器功率均衡方法15-20

摘要：针对非对称混合多电平逆变器特点,提出一种锯齿载波交错相移混合调制方法,分析各功率单元输出电压的基波幅值关于调制度的非线性曲线,重构功率均衡约束曲线。以功率均衡约束曲线,推导出H桥单元导通角关于调制度的约束方程,在高低调制度阶段分别对功率单元进行动态的功率均衡调节。仿真对比数据表明,功率均衡后,消除了低调制度阶段功率单元输出分配的极端现象,在输出线电压质量不变的情况下实现了功率均衡。高调制阶段,在输出线电压总谐波畸变率（total harmonic distortion,THD）略有增加的情况下,解决了功率单元负荷不均问题。实验结果验证了功率均衡方法的可行性与有效性。

一种矩阵变换器空间矢量调制改进方法21-25

摘要：在非正常输入条件下,常规的空间矢量间接调制方法会引起矩阵变换器的性能恶化。针对这一问题,提出一种矩阵变换器空间矢量间接调制改进方法。该方法利用矢量方法构造一个全新的修正系数,并利用该修正系数实现对常规空间矢量间接调制方法的改进,使得修正后的空间矢量间接调制方法调制的矩阵变换器即使在非正常输入条件下仍能获得良好的性能。仿真和试验结果均表明了方法的有效性。

控制受限滑模控制Buck变换器设计26-32

摘要：分析控制受限的传统滑模控制Buck变换器的滑动模态区与滑模系数和Buck变换器电路参数的数量关系,结合滑模控制开关变换器的主电路参数和性能要求,给出实现系统期望性能指标的滑模系数的设计方法,获得无输出电压振荡的滑模控制Buck变换器。仿真和实验结果验证了提出的滑模系数设计方法的有效性和可行性。

基于双空间矢量调制的双级矩阵变换器共模电压抑制研究33-38

摘要：针对双级矩阵变换器（two-stage matrix converter,TSMC）的共模电压问题及现有共模电压抑制方法存在的不足,通过对TSMC共模电压分布规律的分析,在保证整流级零电流换流的基础上,提出对零矢量重新分布的改进的TSMC双空间矢量调制（double space vector modulation,DSVM）方法,有效降低了TSMC的共模电压幅值。仿真和实验结果验证了系统设计的可行性和改进调制方法的正确性。

三相PWM整流器的反馈线性化直接电压控制39-46

摘要：为了提高整流器在负载大扰动范围内的电压响应速度,在现有的反馈线性化控制方法基础上,提出一种直接电压控制的方法及算法。该算法突破传统的双环级联的控制方式,由电压误差直接控制输入变量,从而达到母线电压快速镇定的目标。论文对现有的反馈线性化方法进行综述和分析,并对控制律进行适当的修正,建立一种由电压误差和负载电流误差并行的直接控制规律。利用整流器模型和电压误差方程对系统的稳态,以及不同负载扰动下的动态性能进行定量分析,给出系统参数存在误差时的影响。通过仿真对比及实验结果,验证系统的稳定性和收敛速度及理论分析的正确性。结果表明,论文提出的直接电压控制方法,在简化控制变量表达式和减少计算变量的同时,能够保证全局稳定收敛,并进一步提高电压在负载大范围扰动下的响应速度。

750kVA高功率密度二极管钳位型三电平通用变流模块的低感叠层母线排设计47-54

摘要：针对750kVA高功率密度二极管钳位型三相三电平IGBT变流模块的设计需求,用ANSOFT Q3D软件比较研究3类适用于多层母线排的叠层方案,并提出一种新颖的叠层母线排分组连接结构,结合特殊设计的缓冲电容布局,减小各IGBT模块的关断过冲,省去阻容吸收电路,并优化了高频电流在不同电容间的分布,抑制电解电容发热。通过理论计算与仿真两种方式计算该设计方案的杂散电感,并用实验加以证实。此功率模块在测试中体现了良好的应用效果,最后给出系统结构和实验波形。

非接触电能双向推送模式研究55-61

摘要：在非接触电能传输系统中,由于电能单向传输特性,系统存在电能回馈困难、系统开环运行效率低等问题。提出一种非接触电能双向推送模式,用于完成电能发射端与接收端的双向直接转换。在此模式中,能量发射及接收端具有对称结构,既可工作于磁场激发模式也可工作于磁场接收模式,以满足能量双向传输的需求。在此基础上,提出一种基于谐振软开关的双向电能高频变换拓扑,并建立能量注入与自治振荡双工作模式,实现传输功率的动态调节。提出了电能变换拓扑的谐振环节参数设计方法并构建状态空间模型。通过仿真及实验研究,证明了非接触电能双向推送模式的可行性。

中国电机工程学报杂志电机与电器

兆瓦级直驱风力发电机组可靠性增长预测67-71

摘要：针对试运行阶段的兆瓦级风力发电机组,提出基于广义伽玛分布的系统可靠性增长预测方法。根据随机过程和可靠性增长预测理论,阐明风电机组试运行过程中伴随维修的故障次数遵从非齐次泊松过程的规律,分析了机组未来故障时间分布,预测机组未来故障时间及故障时刻平均无故障工作时间的点估计及区间估计,引入方差系数,讨论了未来故障时间的预测精度。最后用机组试运行数据验证该方法的有效性。研究表明,该方法可以准确预测试运行阶段的风电机组可靠性。

长初级双边直线感应电动机静态纵向边端效应及阻抗矩阵研究72-77

摘要：静态纵向边端效应是直线电机铁心和绕组开断所致的固有特性之一,对于多段长初级双边直线感应电动机（double-sided linear induction motor,DLIM）,其分段供电方式导致电机铁心长度大于通电绕组长度。针对上述特点,该文从理论分析、数字仿真的角度研究了电机极数及边端铁心对电机静态纵向边端效应的影响机理同时得到了阻抗矩阵规律。研究结果表明,边端铁心的存在对静态纵向边端效应影响很大,且该效应随着边端铁心长度的增加而作用显著,随着极数的增加,该效应作用减弱;电机阻抗矩阵不再是循环对称矩阵,但可以通过测量三相端口电压电流的幅值和相位方便求解。上述规律的正确性通过峰值功率400kW,最大出力14000N的长初级双边直线感应电动机实验系统进行了验证,为电机数学模型的准确描述和参数的精确提取提供了参考。

无轴承交替极电机控制系统改进及实现78-84

摘要：推导无轴承交替极电机计及转子偏心的径向悬浮力数学模型,提出零电流同轴定位方法,提高了定转子同轴定位精度,而且避免了同轴位置检测过程中发生的定转子机械碰撞。针对传统悬浮控制方案中各方向上允许的最大悬浮力不相等的问题,提出一种改进型悬浮控制策略,从而实现了电机在任意方向上的最大悬浮出力。针对非正弦气隙磁场的悬浮转子角度测量问题,设计了一套转角转速测量方案,并对测量误差进行了详细分析。对所提方案进行了实验验证,结果表明,控制系统的改进对增加定转子同轴定位精度、降低悬浮系统功耗、提高电机悬浮出力范围和减小控制系统复杂程度具有重要意义。

自激异步发电机短并励连接电容值的确定85-90

摘要：为了改善自激异步发电机带负载能力和提高电压稳定性,采用电容短并励连接对其进行无功补偿,并确定最佳短并励电容值。以电容短并励连接异步发电机基值频率下的稳态等值电路为基础,通过优化方法求解回路阻抗方程,计算出不同短并励电容下异步发电机的外特性。将输出电压调整率作为稳定性判断指标,在负载功率因数给定的情况下,2次利用一维优化法确定发电机的最佳短并励电容值。分析结果表明,短并励电容能有效地提高自激异步发电机的带负载能力,最佳短并励电容的无功补偿可使发电机具有理想的电压稳定性。实验结果与计算结果一致,验证了求解模型的正确性。

基于载波频率成分法的内置式永磁同步电机无位置传感器控制91-96

摘要：在分析内置式永磁同步电机（interior permanent magnet synchronous motor,IPMSM）在两个静止参考轴系中的高频成分数学模型基础上,研究一种基于载波频率成分法的无位置传感器控制策略。为了能够提供持续的载波频率成分信号,采用三相三角波载波SPWM调制方式。推导了该调制方式下IPMSM的载波频率成分电流方程,根据载波频率成分电流峰值表达式中包含的转子位置信息实现了对IPMSM转子位置的估算。仿真和实验结果验证了该估算方法能够准确地实现IPMSM在全速域内的无位置传感器运行。

基于辅助槽的永磁电机激振力波削弱方法103-108

摘要：提出一种基于辅助槽削弱分数槽永磁电机空载激振力波的方法。首先推导永磁电机空载激振力波的解析表达式,得到对分数槽永磁电机振动噪声起主要作用的低阶激振力波的解析表达式。对激振力波阶数的分析表明,通过在定子齿上开辅助槽改变永磁电机极数槽数配合,可以削弱因极槽数配合引起的低阶激振力波。采用机械阻抗法得到未开辅助槽和开辅助槽时永磁电机电磁噪声声功率级频谱,利用有限元仿真计算和傅里叶分析对比开辅助槽前后激振力波的频谱,对比结果说明,所提方法可以有效削弱对分数槽永磁电机空载电磁振动和噪声起主要作用的激振力波。

直流固态断路器拓扑结构的设计与分析109-114

摘要：现有的机械式断路器难以满足电力系统的速动性要求,而目前已开发研究的固态断路器（solid-state circuit breaker,SSCB）大部分都是用在交流系统中,利用交流的自然过零点控制其开断,不适合用于直流系统中。针对直流系统所固有的特点,利用谐振强迫换流思想,提出一种用于直流电力系统的新型断路器方案。该方案使用软开关和谐振强迫换流思想,可实现开关的软开通和快关断。给出断路器拓扑结构,分析得出其数学解析模型,并说明各个工作模态的物理过程。研制新型小功率实验样机,通过正常开通关断实验以及过载保护关断实验,验证其可靠性。实验结果证明了理论推导的正确性以及拓扑结构的可行性,可推广应用于并网及非并网的直流输配电系统。

基于改进NSGA-Ⅱ算法的干式空心电抗器多目标优化设计115-121

摘要：在分析干式空心电抗器铝导线质量和损耗与平均线径之间关系的基础上,提出把电抗器损耗作为一个目标函数更符合电抗器优化设计的工程实际情况。以铝导线质量和电抗器损耗为目标函数,建立了干式空心电抗器的多目标优化模型。求解模型采用优化效果较好的NSGA-Ⅱ算法。为了增加种群的多样性和提高算法的搜索能力,提出以一定比例选择种群中的支配个体;在非支配排序前以一定概率对合并种群中重复个体和较密集个体的部分变量进行变异;在精英策略中设置了外部非支配集,并使其中的个体参与锦标赛选择。50 kvar干式空心电抗器的优化设计结果表明,采用改进NSGA-Ⅱ算法得到的Pareto最优解分布更加均匀。

中国电机工程学报杂志电工理论与新技术

多激励涡流阵列探头阻抗分析122-126

摘要：针对涡流阵列多激励场的理论计算问题,推导无缺陷有限厚无限大平板导体涡流多激励阵列传感器的磁场分布,应用互易定理得到理想裂纹时阵列传感器的阻抗变化解析式,提出阵列传感器线圈单元近似互感的计算式。对双激励、三激励线圈阵列传感器裂纹检测进行阻抗分析,给出了裂纹长度和裂纹中心的近似解。研制涡流阵列无损检测平台,基于实验平台验证了解析解和数值计算结果的正确性。