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中国电机工程学报 2010年第33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

开关DC-DC变换器双频率脉冲序列调制技术1-8

摘要：提出一种新颖的开关DC-DC变换器调制方法：双频率脉冲序列调制（bi-frequency pulse train modulation,BF-PTM）方法。BF-PTM通过对两组频率不同、但导通时间相同的控制脉冲进行调制,实现开关变换器输出电压的调节。BF-PTM适用于各种开关变换器拓扑。以电感电流断续模式（discontinuous conduction mode,DCM）Buck变换器为例,分析BF-PTM开关变换器的工作原理及控制特性,并进行相应的仿真及实验研究。研究结果表明,BF-PTM控制开关变换器具有优于PWM开关变换器的瞬态响应和电磁干扰特性。

RCD钳位反激变换器的回馈能耗分析及设计考虑9-15

摘要：对RCD钳位反激变换器的能量传输过程进行深入分析,指出为避免反馈电压Uf在整个开关管关断期间向RCD钳位电路提供能量而增大能耗,钳位电容电压UC必须大于Uf;推导得出反馈电压产生的回馈能量Wf的解析表达式,并指出Wf随着UC的增加而减小,且RCD钳位电路的总能耗等于Wf与变压器漏感储能Wlk之和。令Wlk与Wf相等,得出钳位电容的临界钳位电压UCK=2.6 Uf,并指出当UC大于UCK时,回馈电压产生的能量将小于Wlk,并以此作为确定钳位电容电压UC的依据,得出RCD钳位电路元件参数的设计方法。给出实例,通过仿真和实验结果,验证了理论分析的正确性和设计方法的可行性。

NPC三电平并网逆变器共模电流抑制技术研究23-29

摘要：共模电流抑制是非隔离型光伏并网逆变器的一个关键技术问题。首先基于考虑所有寄生参数的非隔离型单相并网逆变器高频共模等效模型归纳出两种抑制漏电流的途径,并将其应用到二极管钳位（neutral point clamped,NPC）三电平并网逆变器中得出仅通过正弦脉宽调制（sine pulse width modulation,SPWM）策略抑制共模电压不可行和通过电路元件参数匹配抑制共模电压的3种可能方案。针对3种可能的方案分析了它们的成立条件和现实可行性,并通过相应的实验验证结论的可靠性。其中,提出的通过补偿电容来弥补寄生参数差异的措施可以进一步增强NPC三电平并网逆变器漏电流抑制性能,是一种简单、可靠、有效的实用技术。

非对称T型滤波器设计的一种五维可视化算法30-36

摘要：针对电机工程科学计算时常遇到多元非线性函数既无解析解又难以觅得有用数值解的问题,提出并实现一种五维数据场可视化的方法,即将第4个自变量ω映射到时间t上,使因变量的空间色场为时间的函数f（x,y,z,t）,进而从可再现的色场中得到更为完整的视觉信息f（x,y,z,ω）。该方法在变频器用非对称T型无源滤波器多目标多约束条件的优化设计实践表明,在求此类4元非线性方程全局最优解及判别该数值解的鲁棒性时,将自变量和因变量之间的函数关系以这种五维可视化的形式显示出来,可快速地为设计者提供直观全面的决策信息。

并联型APF两种典型控制方式的机制解析37-43

摘要：并联型有源电力滤波器（parallel active power filter,PAPF）存在着常规控制和直流侧电压反馈控制两种典型控制方式,但是对于两者之间的内在关联尚缺乏较深入的研究。该文对基于＂p-q＂理论的并联型APF常规控制进行等效和演化,通过数学推导发现：常规控制方法可认为是在直流侧电压反馈的基础上加入了负载基波电流前馈;且不同补偿目标下,前馈电流的成分也不同,可能是全部的负载基波电流,也可能是其中的有功分量。此外,在常规控制策略中的前馈作用和反馈作用大小也存在差别。最后,仿真和实验结果验证了上述分析的正确性。该研究对于理解和把握并联型APF的控制机制具有较重要的参考价值。

中国电机工程学报杂志电机与电器

同步发电机励磁绕组匝间短路时的稳态电流谐波特征研究51-57

摘要：为研究励磁绕组匝间短路的故障机理,通过理论分析故障情况下A1553样机转子绕组和定子绕组产生的磁动势性质及其在气隙磁场中的相互作用,论证了定子相绕组内部环流为分数次谐波、而转子电流为基波及整数次谐波的稳态故障特征,并且说明故障谐波特征主要受定子绕组的分布与联接方式影响,与电机极对数、励磁绕组的短路匝数及故障位置也有关系。对A1553样机进行了单机空载工况下的励磁绕组匝间短路实验,通过对稳态实验电流的快速傅里叶分析,验证了上述故障特征和理论分析方法的正确性。理论分析和实验表明,转子匝间短路的故障特征与机端外部短路故障、定子绕组内部短路故障等其它故障都有所不同,为故障检测提供了依据。

汽轮发电机励磁绕组匝间短路多回路数学模型58-64

摘要：为了分析汽轮发电机励磁绕组匝间短路故障机理,建立考虑转子铁心涡流影响的汽轮发电机空载时励磁绕组匝间短路多回路数学模型。用气隙磁导法推导了与汽轮发电机励磁绕组有关的单个线圈间电感系数的计算公式。采用该模型对空载时有无励磁绕组匝间短路故障2种工况分别进行仿真,得到了励磁电流、定子并联支路环流、定子电压仿真波形。通过仿真研究还得到励磁绕组匝间短路后的2个故障特征：在外加恒定励磁电压的情况下,励磁电流逐渐增大到另一个稳定值;定子并联支路间出现了环流。通过实验验证了所建多回路数学模型的正确性。为汽轮发电机励磁绕组匝间短路故障检测和诊断提供参考。

基于预测算法和变结构的矩阵变换器驱动感应电机无差拍直接转矩控制65-70

摘要：提出一种新型的基于预测算法和变结构的矩阵变换器驱动感应电机无差拍直接转矩控制方法,变结构控制器产生负载角度变化值,并与定子磁链给定值送入基于预测算法的无差拍直接转矩控制器中,得到预测定子控制电压矢量,结合矩阵变换器双空间矢量调制方法,实现矩阵变换器开关频率恒定,并有效地减小了转矩脉动。实验结果表明,通过使用该方法,既可以保留传统矩阵变换器驱动感应电机直接转矩控制转矩快速响应的特点,又可以保证开关频率恒定和减小转矩脉动,有效地改善了系统的动静态性能。

三次谐波注入式五相永磁同步电机转矩密度优化71-77

摘要：为了提高三次谐波注入式五相永磁同步电动机的转矩密度,通过理论推导及有限元分析方法,提出了在定子电流幅值不变的前提下,使转矩密度达到最优的三次谐波注入率优选方法。通过五维空间矢量解耦变换,得到了2个二维正交子空间d1-q1和d3-q3下的数学模型,并设计了双空间矢量控制系统,以实现对基波和三次谐波分量的解耦控制。设计了一台气隙磁场为梯形波的五相永磁同步电动机样机及其五相电压源逆变器驱动系统,在单片XC3S1200E型号的FPGA中实现了双空间矢量控制数字算法,实验结果表明所提出的双空间矢量控制算法可以独立控制基波和三次谐波电流。在不增加功率变换器容量和电机本体尺寸的前提下,通过三次谐波注入率的优选,可将五相电机的转矩密度提高约20%。

永磁同步电机新型滑模观测器无传感器矢量控制调速系统78-83

摘要：设计并实现了一种将反电势估算值反馈引入到定子电流观测计算中的新型滑模观测器转子位置估算方法。为了简化调速系统硬件结构,设计了一个截止频率可随转子转速变化的低通滤波器。基于对新型滑模观测器算法稳定性的分析,提出了反电势反馈增益系数的自适应算法,通过该系数的自适应调节可以实现不同速度运行时转子角度估算误差的补偿。引入锁相环控制对永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor,PMSM）的转速进行估算。建立基于新型滑模观测器算法的无传感器PMSM矢量控制调速系统并进行实验测试,试验验证了该新型滑模观测器估算方法能够在PMSM较低速运行时准确的估算出转子位置和速度,无传感器矢量控制调速系统具有调速范围宽、鲁棒性强的特点,且该无传感矢量控制算法简单、易于实现。

永磁同步电动机驱动泵控缸系统抗扰研究84-89

摘要：针对永磁同步电动机驱动泵控缸系统中存在的随机性负载扰动,提出采用模型跟踪控制和负载转矩前馈补偿复合的算法,通过对电机转矩和转速的实时估计,补偿控制电流,抑制负载扰动引起的性能变化,同时采用共振比控制,在负载转矩反馈环节引入共振比参数,消除电机和液压系统耦合振动,提高系统抗扰动性能。通过对采用上述方法后永磁同步电动机泵控缸系统的仿真和试验研究,证实该方法对随机扰动和参数变化均具有很强的鲁棒性,同时可提高系统的控制精度。

石墨型气体开关电接触面的温升分析96-102

摘要：脉冲电流作用下石墨型气体开关的静态电接触面需要考虑如何降低温升以防止静熔焊的问题。根据电接触理论的霍尔姆（Holm）模型,由赫芝公式和热传导方程确定了石墨型气体开关电接触面温升与材料物理属性以及开关机械参数之间的关系,建立了电接触面温升模型,并运用该温升模型对各参数变化对温升的影响进行了分析计算。从理论上证明,选用高热导率、高密度、高比热容、低电阻率的金属材料有助于降低石墨型气体开关的电接触面温升,而且,选择适当的接触面积、接触面压力和金属电极座的表面粗糙度也能防止接触面温升造成的静熔焊现象。分析和结论对石墨型气体开关的研制和使用具有指导意义。

继电器静态吸力（矩）特性有限元仿真中永磁体等效模型研究110-115

摘要：永磁体是含永磁继电器的关键部件。针对去磁曲线为非线性的永磁体,充、退磁后各部分磁化不均匀的问题,提出根据具体磁化情况沿磁化及垂直于磁化方向进行永磁分块等效的方法。该方法首先建立永磁的退磁模型,仿真某一退磁场作用下永磁的退磁状态,据此求得各永磁小块的回复线起始点及回复线,然后将各小块永磁体回复线特性作为其材料属性,进行该退磁场下的继电器静态吸力（矩）特性仿真的永磁模型等效。最后通过继电器静态吸力矩特性的仿真与实验结果对比,验证了所提等效模型的正确性。

中国电机工程学报杂志电工理论与新技术

氧化锌压敏电阻片的热刺激电流测试研究116-121

摘要：热刺激电流（thermally stimulated current,TSC）技术是研究各种电介质缺陷及其特性的有效手段,开展氧化锌压敏电阻片的TSC特性研究对于研制高性能氧化锌电阻片有重要意义。开展氧化锌压敏电阻片的热释电电流以及不同极化电压、不同极化时间、不同极化温度和不同升温速率条件下的TSC特性的试验研究,并根据测试结果分析不同试验条件下氧化锌压敏电阻的陷阱电荷量、陷阱能级等的变化情况,初步认为在所研究温度范围内的TSC是通过陷阱电子表现出来的。在上述试验分析的基础上,确定一种合适的氧化锌压敏电阻TSC试验参数,为后续研究提供参考。

采用套管传感器测量变压器线端快速暂态过电压的方法122-128

摘要：全封闭气体绝缘组合开关内隔离开关操作产生的快速暂态过电压（very fast transient overvoltage,VFTO）给变电站内其他运行设备的安全带来严重危害,提出了一种利用变压器套管传感器测量变压器引线端电压的测量方法。将传感器低压臂部分接到变压器套管末屏上,与套管电容构成VFTO套管传感器;采用卷积模型法处理方波响应结果,获得了传感器响应特性;基于增量Wiener反卷积滤波器的波形还原方法,解决了套管引起的传感器高频响应频率失真问题。在实验室建立了一个快速暂态过程实验平台,在此平台上验证了套管传感器VFTO测量系统的有效性。在某超高压变电站用套管传感器测量了隔离开关操作时高压电抗器处的VFTO,并对测量结果进行了波形还原。测量结果表明,基于变压器套管传感器的VFTO测量系统可以满足现场测量的需要。

四电磁铁支撑钢板磁悬浮系统气隙交叉耦合控制129-134

摘要：在四电磁铁支撑钢板磁浮系统的气隙同步协调控制中,为改善气隙动态同步性能,需要消除各单电磁铁系统增益参数、动态参数不匹配以及悬浮过程中不确定性扰动对各气隙的影响。基于钢板动力学模型,在单电磁铁悬浮控制基础上,提出一种动态同步控制策略,引入气隙、速度双重交叉耦合控制,通过选取相应同步误差以建立多电磁铁系统间的协调关系,补偿参数差异、扰动所造成的影响,减小气隙轮廓误差。在一台钢板磁浮装置上进行实验,结果验证了所提出的气隙动态同步控制的有效性。