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中国电机工程学报 2010年第30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

高性能变频调速系统的离散控制问题研究1-6

摘要：基于数字控制器的高性能变频调速系统被越来越广泛应用于工业生产。该文结合高性能变频调速系统应用中的三个关键技术问题——直流预励磁起动电机,电机参数辨识和无速度传感器矢量控制中的磁链闭环观测,对高性能变频调速离散控制带来的离散时间匹配、信号输入同步、输出信号受开关器件约束限制等离散控制问题进行深入研究,并提出相应离散控制结构改进方法。讨论改进控制结构中抗干扰与信号同步措施,分析计算频率与控制误差的关系等问题。该研究结论在55kW与160kW异步电机变频调速实验中得到验证。

一种三相电力电子负载的电流控制方法7-14

摘要：电力电子模拟负载（power electronics load,PEL）是一种绿色节能的试验装置。为了获得较好的跟踪特性,对传统的谐振控制器进行超前校正,在‘s’域中设计了控制器参数,使得电流环具有合适的带宽和相角裕度。采用状态观测器对控制的滞后一拍进行补偿,改善了电流环的稳定性,并且加入重复控制器大大减小了周期性的观测误差。仿真及实验结果表明,PEL具有较小的稳态误差以及较好的动态性能,对输入电压不对称及畸变导致的影响亦具有较强的抑制能力。

大功率直驱风电系统高效率变流器设计15-21

摘要：在兆瓦级直驱风电系统中,发电机定子电压等级通常采用较低的690V,而定子电流等级则很高,给全功率变流器的设计和制造造成了的困难,特别是效率问题比较突出。提出一种基于直驱多相永磁同步发电机和三电平混合式变流器的技术方案,用以替代传统的三相发电机和两电平变流器并联方案,具有更好的谐波性能和效率。讨论不同变流器拓扑在方案中的应用及其参数设计方法,并在谐波、效率和成本方面进行了比较。

基于辅助网络的软开关Buck变换器22-26

摘要：提出一种新型的零电流软开关buck变换器,采用辅助谐振网络实现主开关管的零电流关断、辅助开关管的零电流通断,续流二极管的零电流开通,大大降低了开关损耗,特别适用于以IGBT作为开关器件的高电压大功率应用场合。深入分析研究该变换器的工作原理以及软开关控制策略,给出关键电路参数的设计方法。对新电路进行仿真研究,并制作一台输出功率为400W的实验样机进行验证,电路仿真和实验结果验证了所提出的方案是可行的。

输入串联输出串联高增益Boost变换器27-31

摘要：提出一种新颖的输入串联输出串联高增益Boost变换器,对其工作原理和性能特点进行详细分析。该拓扑是由两个完全一致的高增益子拓扑经过输入端串联输出端串联构成的。由于升压储能电容Cf1、Cf2的存在,使得新拓扑不仅具有较高的电压增益,而且当占空比大于或等于0.5时,还实现了电感电流的自动均流。与传统两相交错并联Boost变换器相比,新拓扑的双串联结构使得电感电流纹波、输入电流纹波、开关器件的电压应力得到降低。因此,新拓扑非常适合应用于低压输入、高压输出的场合（如燃料电池并网发电系统）。最后,通过实验验证了理论分析的正确性。

带辅助网络的倍流整流方式全桥ZVS变换器32-37

摘要：提出一种新型的倍流整流（current double rectifier,CDR）方式全桥零电压开关（full bridge zero-voltage-switching,FBZVS）变换器,其在传统的CDR FBZVS变换器的原边加入了以耦合电感和电容组成的辅助网络。保留了传统CDR变换器无占空比丢失、输出整流二极管不存在电压尖峰的优点,可实现全负载范围下所有开关管的软开关,同时降低了对输出滤波电感的脉动电流要求,提高了变换器的综合性能。深入分析该变换器在连续电流模式（continuous current mode,CCM）和断续电流模式（discontinuous current mode,DCM）两种模式下的工作原理,讨论其参数设计原则,并完成了一台1.4kW（28V/50A）、开关频率为100kHz的原理样机,实验结果验证了该变换器的优点。

软开关PWM组合式三电平变换器的磁集成策略38-46

摘要：软开关脉宽调制（pulse width modulation,PWM）组合式三电平变换器含有两个变压器,且两个变压器的总伏安定额大于相同输出功率下传统三电平变换器单个变压器的伏安定额。为进一步减小该变换器的体积,提出适用于该变换器的磁集成策略,将两个分立的变压器集成在一个磁芯上。通过合理的设计,不仅可以减小磁芯的体积和重量,而且可以降低磁芯损耗,提高变换器的效率。推导该变换器的多种磁集成方案,选择出合适的磁集成策略,并多角度分析采用磁集成策略后对变换器性能的改善,最后通过一台54V/20A的原理样机进行实验验证。

CLC谐振型感应电能传输系统的H_∞控制47-54

摘要：CLC谐振型感应电能传输系统较传统的LC谐振型系统具有更大的谐振容量和更小的频率漂移,但由于系统的高阶及多周期点特性,对CLC型系统的控制更为困难。为实现CLC谐振型系统的输出鲁棒控制,将系统状态变量及非线性开关函数进行频域线性化,通过平衡点变换,得到平衡点附近的广义状态空间平均（generalized state space averaging,GSSA）扰动模型。建立了系统的H∞控制系统结构,提出GSSA模型误差扰动有界定理并给出了证明。给出了相应的H∞扰动控制律,并通过仿真及实验结果验证了该模型及控制方法的有效性。

中国电机工程学报杂志电机与电器

双定子永磁无刷电机裂比的分析与优化62-67

摘要：推导了双定子永磁无刷（double-stator permanent magnet brushless,DS-PMBL）电机的功率方程。基于所导出的功率方程分析了该电机在不同磁负载下的功率输出特性,从而得到了使DS-PMBL电机获得最大输出功率的最优裂比（内定子外径与外定子外径之比）的解析表达式。在此基础之上,对内外气隙功率的合理配置进行了定量分析。以一台DS-PMBL样机为例,对其裂比进行了分析与优化,以使其获得最大功率密度。有限元计算结果和样机实验验证了设计方法和理论分析的正确性。

基于自适应线性元件神经网络的表面式永磁同步电机参数在线辨识68-73

摘要：提出一种基于自适应线性元件（Adaline）神经网络辨识表面式永磁同步电机定子绕组电阻、电感和转子磁链的方法。所提出的辨识方法不需要知道电机的任何设计参数信息,只需在线采样定子电流、电压和转速值即可。该方法首先在电机静止状态时估算出定子绕组电阻值,并利用该电阻值在电机启动时辨识出转子磁链和定子电感值,而所辨识出来的转子磁链值将被进一步用来在线估算定子绕组电阻的变化。实验显示该方法能够有效辨识定子电阻、电感和转子磁链。此外,当电机带负载运行时,该方法依然能够有效地在线跟踪电机定子绕组电阻变化。

永磁直线电机二维分段复合迭代学习控制74-80

摘要：从迭代学习控制二维本质特性出发,研究了二维系统的分段复合迭代学习控制（iterative learning control,ILC）原理。在二维系统鲁棒性分析和设计基础上,提出了基于输入和输出反馈的分段式ILC策略,解决了永磁直线同步电机（permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM）系统中扰动的分段补偿问题。在随机扰动主导段,ILC收敛劣化,反馈控制被加强;在重复扰动主导段,ILC成为主导控制。通过永磁直线电机推力仿真实验,验证了该控制策略沿时间轴和迭代轴均能很好地抑制推力波动。在实际电机位置控制实验中,对该策略与反馈控制进行对比研究,实时结果表明该控制方法可以有效提高系统位置控制精度。

转子磁钢离心式六相十极永磁容错电机及控制策略81-86

摘要：在转子磁钢采用离心结构的六相十极永磁容错电机基础上,提出一种具有转矩脉动最小化输出及容错能力的电流直接控制法。该控制策略保证电机某一相绕组或控制器发生断路及短路故障时,电机的输出转速及转矩平均值不变,并可使六相正常态平滑过渡到五相故障态,实现系统容错。设计了一台750W六相十极永磁容错电机及其全数字控制器,通过绕组的断路及短路故障试验证明了电机设计的合理性及电流直接控制策略的正确性。

双馈风力发电系统的新型无功优化控制策略87-92

摘要：通过对双馈风力发电机定子功率极限的推导,以及定子输出无功功率与双馈电机损耗关系的分析,提出双馈风力发电机的一种新型控制策略。该方法对励磁电流的不同组合优化选择,将励磁电流平均分配到定子和转子电流,使网侧与转子侧变流器容量相等,互为备用,并综合考虑了双馈风力发电机的运行效率和工况性能。基于所提控制策略,结合网侧变流器的容量设置,对双馈风力发电机的无功调节能力和对接入系统的电压控制作用进行了探讨,提出在不同系统运行状况下的无功选择办法。构建了包含双馈风力发电机组的测试系统,仿真算例结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。

内置式永磁同步电机无位置传感器控制93-98

摘要：针对无位置传感器内置式永磁同步电机（interior permanent magnet synchronous motor,IPMSM）矢量控制系统,通过将滑模观测器和高频电压信号注入法相结合,提出一种可实现在宽调速范围获取准确转子位置信息的混合观测方案。设计基于扩展反电动势模型的滑模观测器,对高频信号注入的滤波器和软件锁相环进行研究,并给出混合观测器的切换控制方法,以保证切换过程锁相环跟踪的同步性。针对无传感器IPMSM系统起动困难的问题,研究了一种初始位置估计方法,先注入高频信号检测磁极位置,再注入脉冲电压矢量来判断极性。最后通过IPMSM无位置传感器矢量控制系统验证了该控制策略的有效性。

异步电机空载铁耗分布的时步有限元分析99-106

摘要：为研究基波及谐波铁耗在异步电机定转子铁心的分布特点,在计及斜槽前提下,建立了基于时步有限元的铁耗计算模型,以一台传统结构Y132S-4、5.5kW电机为实例,分析了空载运行时铁心不同位置磁密随时间变化波形,并得出铁心不同区域铁耗分布情况。结果显示：受谐波磁场影响,定转子损耗密度最大值均位于齿顶中间位置;进一步根据损耗密度计算不同区域铁耗发现,定子侧铁耗主要分布在齿部与轭部交界处、轭部以及齿身区域,这3个区域铁耗占总铁耗比例分别为32%、28%和17.5%,而损耗密度较大的齿顶区域铁耗仅占总铁耗2.5%,以往被忽略的转子侧铁耗则占总铁耗的15%且以谐波铁耗为主集中分布在齿顶区域。文中研究成果为进一步研究有利于降低铁耗的铁心新结构提供了必要的技术支持。

离网型永磁同步发电机电磁场和温度场数值计算与分析107-113

摘要：以一台400W离网式永磁同步风力发电机为例,建立了发电机电磁场二维计算模型,采用场路耦合的方法,计算了样机在不同转速、不同负载情况下的电磁参数。在原样机结构基础上,提出了2种不同的转子结构方案。对空载漏磁系数、反电动势波形以及气隙磁密的谐波含量进行比较,分析了不同转子结构对电机电磁性能的影响。基于传热学理论,以电磁分析得到的损耗为分布式热源,建立了电机二维全域温度场计算模型。通过对不同风速、不同负载下温度场的计算与分析,得到了风速与负载对电机温度分布的关系。通过对电磁与热性能试验研究,所得到的试验值与计算值比较接近,得出了一些有益的结论,为离网式永磁同步发电机的设计及优化提供参考。

感应电机全域三维瞬态温度场分析114-120

摘要：建立感应电机瞬态温度场三维有限元模型,通过采用气隙等效导热系数这一概念解决了定转子之间的热交换问题。考虑在进行热源损耗计算时温升对定转子电阻阻值的影响,以及定转子端部对电机轴向温度分布的影响,计算电机在额定负载情况下的瞬态三维温度场变化,也对电机不同负载运行时的温度场以及影响温度场分布的相关因素进行了计算和分析。计算结果表明,定转子温度在开始阶段迅速升高,随后温升幅度逐渐减小直至达到稳定状态。整个过程中,转子导条温度始终高于定子绕组温度,温度最高点出现在转子导条的轴向中心附近,转子铁心的轴向温差要大于定子铁心,而定子铁心的径向温差要大于转子铁心。气隙温度随厚度的增加呈线性减小,气隙的隔热效果明显,使得定转子区域的温度差异明显;电机整体的温度随负载的增大而升高,但并不呈线性增长的关系;散热翅越高,电机整体温度越低,但温度下降趋势随着散热翅的增高逐渐趋缓;用铸铜来代替铸铝作为转子导条及端环可以有效降低转子区域的温度。

中国电机工程学报杂志电工理论与新技术

量子遗传神经网络在变压器油中溶解气体分析中的应用121-127

摘要：常规的神经网络存在容易陷入局部极小点、收敛速度慢、泛化能力差的问题。为了解决这些问题,使用量子遗传算法来获得神经网络初始变量。由于其具有量子态和量子门操作,可有效提高寻优的性能,大大提高初始值的质量,为后续算法逼近全局最优奠定基础。在用该算法获得网络可变参数初值后,选择计算速度快的Levenberg-Marquardt算法对多层前馈神经网络的权值和阈值进行优化得到最优解,很好地解决了网络训练易收敛于局部极小点的问题。根据气体浓度和产气速率判断变压器是否故障,将无故障和有故障情况分别用各自的神经网络进行评估/诊断,分别给出变压器的健康水平和故障类型,有效减少了网络的复杂性,提高了训练和应用效果。将提出的方法应用于现场变压器的油中溶解气体分析,评估/诊断准确性达95%以上。