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中国电机工程学报 2011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

高压直流输电晶闸管阀开通的电流应力分析1-7

摘要：高压直流输电晶闸管阀开通产生的电流应力是其电气特性研究的重要内容之一。对阀开通电流应力分析的原有电路模型进行了改进,并对阀开通的暂态过程进行较为详尽的分析。分析把把开通过程分为3个阶段进行,并推导出各阶段晶闸管阀开通电流应力计算的非线性微分方程组,采用龙格-库塔法对方程组进行计算;此外对晶闸管阀换相开通的电流应力及其影响因素进行较为全面深入的分析,最后得到各种运行条件和各类电路参数变化时开通电流应力的变化情况,并总结出其中的关键因数。

基于改进电压空间矢量调制的有源滤波器双滞环电流跟踪控制策略8-14

摘要：以同时减小开关频率和电流跟踪误差为控制目标,提出一种电力有源滤波器电压空间矢量双滞环电流跟踪控制的新方法。该方法直接在复平面上实施控制,能够准确给出参考电压矢量,并结合误差电流矢量与双滞环选择优化的开关状态输出。双滞环的运用,有效降低高次谐波分量的同时保证了电流响应速度;电压空间矢量脉宽调制精确合成参考电压矢量,在恒定开关频率的同时提高了直流电压利用率。该控制策略简单可靠,鲁棒性强,易于离散化实现。仿真及实验结果均证明了其可行性及良好的暂稳态补偿性能。

一种新型磁集成倍流整流半桥变换器15-21

摘要：为提高开关电源的效率和功率密度,提出一种新型倍流整流变换器的磁集成方案。结合半桥变换器的工作原理,详细分析集成磁件内部交、直流磁通分布。推导出集成磁件的等效电路模型,评估集成磁件的等效参数测量。提出两种副边绕组为一匝的解决方案,可获得最短绕组路径或消除泄露磁场。建立样机验证该方案的可行性,并对各种集成磁件间转化机理和应用特点进行总结。

三相Boost并网逆变器的离散时间预测控制22-26

摘要：三相Boost并网逆变器工作在直流输入电压小于电网电压峰值的场合,具有输入电压调节范围宽的优良特性,适合用于燃料电池、光电池等可再生能源系统的单级并网发电。提出一种三相Boost并网逆变器网侧电流的离散时间预测控制。该方法在每一个采样周期内,利用逆变器输出电流的离散时间模型和逆变器产生的7种电流空间矢量,预测逆变器下一个采样周期的网侧电流,并以该电流与理想网侧电流的误差最小作为优选指标,确定下一个采样周期的开关信号。该方法不需要传统Boost逆变器控制中的任何调制策略,方法简单,实现容易。实验结果表明,采用离散时间预测控制的三相Boost逆变器并网系统具有优良的并网性能。

无正交虚拟信号生成的单相DQ锁相环研究27-32

摘要：针对单相并网变流器的同步问题,为了在获得零稳态误差的同时消除对正交虚拟信号生成的需要,结合同步坐标变换的概念,提出一种用于同步单相电网信号的双派克变换锁相环（phase-locked loop,PLL）。将单相信号等效为两相恒为零的三相信号,从而将对称正序分量、对称负序分量和对称零序分量的概念引入单相信号分析中。根据三相对称相量分解合成理论对单相信号进行分析,获得了单相信号正、负序同步变换结果之间的关系。通过自解耦,而非生成正交虚拟信号,获得单相信号与锁相结果之间的相位差,同时可获得单相输入信号的幅值。仿真和实验结果表明,所提出的单相锁相环可以准确获得输入信号的相位,消除锁相输出中的稳态误差;输入信号幅值、相位和频率阶跃条件下的仿真和实验证明了所提出锁相环的有效性和稳定性。

链式D-STATCOM的无源性控制33-39

摘要：配电网静止同步补偿器（distribution static synchronous compensator,D-STATCOM）由于其突出性能已被证明是配电网无功动态调节的有效手段,然而链式结构D-STATCOM每一相都由多个H桥逆变单元级联而成,是一个非线性多变量、强耦合的系统,难以同时实现无功电流与直流电压稳定均衡的控制。经过等效电路变换,建立单个H桥逆变单元的控制电路模型;基于无源性控制理论,设计无源性控制率,确保了对指令电流的渐进跟踪;通过给定指令电流,实现了链式D-STATCOM的无功电流的控制和直流电压稳定的控制;利用H桥逆变单元之间的能量交换实现了直流电压的均衡控制。仿真以及10 kV、±5 Mvar工程实际应用表明,此控制算法能够在实现无功电流控制的同时实现直流电压的稳定与均衡控制,且稳态特性好、动态响应快、算法实现简单、鲁棒性强,具有很强的工程实用价值,为链式D-STATCOM的研究、发展和产业化提供了基本保障和良好的平台。

中国电机工程学报杂志电机与电器

基于永磁同步电机的风力机动静态特性模拟40-46

摘要：风力机模拟系统使在实验室内开展风力发电技术的各项研究成为可能。以永磁同步电动机作为原动机,提出并设计了一套完整的风力机特性模拟系统。在分析了风力机静态特性的基础上,指出采用基于加速度反馈的动态转矩补偿可以实现风力机动态性能的模拟。对动态补偿环节进行分析,结果显示补偿环节中的滤波器对模拟系统的性能有直接影响,并以一阶低通滤波器为例,推导了风力机转动惯量与滤波常数之间的内在关系。在仿真研究的基础上,构建了一套完整的风力机模拟控制平台,对不同风速、负载以及转动惯量等条件下的风力机运行特性进行了模拟。实验结果验证了文中所用方法的可行性和相关理论分析的正确性。

永磁同步电机滑模变结构调速系统动态品质控制47-52

摘要：为了提高永磁同步电动机（permanent magnet synchronous motor,PMSM）调速系统的动态品质,提出了一种新型指数趋近律,与常规指数趋近律不同,该趋近律将趋近速度与系统状态量的变化相关联,克服了常规指数趋近律的缺点,有效抑制了滑模的固有抖振问题,并增大了趋近速度。将该趋近律应用于永磁同步电动机调速系统,设计了基于新型指数趋近律的滑模变结构速度控制器,以取代传统PI调节器。仿真和实验结果表明,该速度控制器能够有效地提高系统的静态、动态特性与鲁棒性。

自起动永磁同步电机起动过程退磁磁场的计算与分析53-60

摘要：自起动永磁电机起动过程中的退磁磁场可能导致永磁体的不可逆退磁。为分析退磁磁场产生的原因,建立了计及饱和、涡流等多种因素影响的自起动永磁同步电机起动过程退磁磁场的时步有限元模型,并分项计算了永磁体作用、鼠笼异步电机效应及变频永磁发电机效应的影响。计算结果表明,重载起动时,从低速开始,永磁体内就出现波动变化的退磁磁场,并在接近同步速时退磁效应最明显;而空载起动时,退磁磁场仅波动一次,并在0.5倍同步速附近出现较强的退磁效应。由理论分析可知,在转速较低时,永磁体就存在退磁效应,其磁密呈波动变化的根本原因在于鼠笼异步电机效应与变频发电机效应的共同作用。算例计算结果验证了理论分析的正确性。最后通过实验验证了所提有限元计算方法的有效性。

分段供电直线感应电机气隙磁场分布和互感不对称分析61-68

摘要：对于分段供电直线感应电动机,其定子绕组互感存在较大的不对称,基于磁动势理论,推导出分段供电直线感应电机的单相绕组磁动势分布,明确了分段供电直线电机磁动势分布的特点。基于单相绕组的磁动势分布,推导了分段供电直线电机气隙磁场分布的解析表达式,有限元仿真结果验证了解析分析的正确性。根据电机磁场的分析结果,推导了电机各相绕组自感和互感表达式,说明了分段供电直线电机互感不对称的机理,在此基础上得到的电机电感矩阵和阻抗矩阵说明了电机互感和阻抗不对称的规律,试验结果验证了所推导电机阻抗矩阵的正确性。

斜槽电机中绕组电感参数的解析计算方法69-74

摘要：采用斜槽可以减小电机的齿谐波电压,且可以大幅降低高频的电磁转矩脉动,从而改善电机的性能。由于采用有限元法分析这类电机性能时,计算过程比较复杂,而且比较耗时。因此,提出一种计算斜槽条件下的绕组电感参数的解析方法,基于二维坐标系中的气隙磁动势和磁导概念,利用空间谐波分析方法,计算出各绕组的气隙电感参数。利用所述方法,对比分析了不同斜槽角度对某台同步电机电感参数的影响,并且在一台定子斜一个槽距的同步发电机上进行了实际测试,实测结果验证了该方法的有效性和准确性。

基于摩擦补偿的永磁球形电机自适应模糊控制75-81

摘要：针对摩擦可能引起永磁球形电机控制系统品质恶化的问题,提出模糊逼近的摩擦补偿自适应控制方案。首先,通过卡尔丹角（Carden）旋转,建立考虑摩擦项的转子动力学模型,分别基于已知模型和名义模型设计控制方案。基于名义模型的控制方案采用改进的模糊补偿自适应控制器分别补偿摩擦项以及系统不确定性因素,以减少模糊规则的数目,控制律参数基于李亚普诺夫稳定性理论自适应调节,控制方案保证了闭环系统的稳定性。仿真试验结果表明,该控制方案能有效实现对摩擦项等不确定信号的补偿,从而提高球形电机的跟踪控制性能。

一种非共振式压电叠堆直线电机的机理与设计82-87

摘要：提出一种利用压电叠堆驱动的非共振式直线电机。研究了非共振状态下压电叠堆输出机构的理论模型,提出了电机定子的＂三明治刚度＂结构。研究了基于压电叠堆的非共振状态下摩擦驱动机理模型,推导了驱动足端部的椭圆运动轨迹。对设计、制造的样机进行了测试,试验表明在较宽的频率范围内,电机运行平稳,且电机速度与激励频率、激励电压近似成线性关系。当电压峰峰值为100 V、频率为1.6 kHz、预压力为45 N时,速度可达2.8 mm/s,输出力为3.5 N。

集成绕组结构短行程直流平面电机88-93

摘要：提出集成绕组结构短行程直流平面电机（integrated winding structure short-stroke DC planar motor,IWSDCPM）。该结构新颖的平面电机基于洛伦兹力原理运行,具有结构简单、定位精度高、推力波动小、响应速度快等特点。与永磁同步平面电机相比较,更适合应用在高精密平面定位场合。介绍电机结构并阐述三自由度驱动原理,利用磁荷模型和镜像法对气隙磁场进行解析,获得电磁推力解析表达式,通过有限元仿真对电机推力和偏转转矩进行计算,制作一台样机并进行静态推力实验。仿真结果和实验结果均与理论计算相符,验证了理论分析的有效性。

30/20极混合励磁双凸极电机开关磁阻发电方式研究94-100

摘要：对30/20极的混合励磁双凸极发电机（hybrid excitation doubly salient generator,HEDSG）的开关磁阻发电（switched reluctance generating,SRG）方式进行研究。建立该电机的有限元模型,并进行发电机空载情况下的仿真,获得气隙磁密分布和空载电压仿真波形。通过仿真和试验得到该电机在开关磁阻发电模式下不同负载电流时的电压波形,从而得到发电机的外特性。阐述了相磁链和输出电压随负载电流变化的原因。仿真和试验均验证了HEDSG在SRG模式下励磁电流对输出电压具有良好的控制能力。实验结果表明,通过施加负向励磁电流可以限制短路电流的大小。

HESG-MC发电系统恒调制比电压闭环控制策略101-106

摘要：研究基于混合励磁同步发电机–矩阵变换器（hybrid excited synchronous generator-matrix converter,HESG-MC）组合的变速恒频发电系统,将矩阵变换器的钳位保护电路与混合励磁同步发电机的励磁全桥电路融合,省去了直流励磁源,实现混合励磁同步发电机的自励磁。推导基于HESG-MC组合的发电系统的数学模型,在理论分析的基础上,针对该系统提出矩阵变换器恒调制比的电压闭环控制策略,通过对励磁电流的调节实现矩阵变换器输出恒频恒压的交流电能。最后,通过实验验证了HESG-MC变速恒频发电系统及其控制策略的有效性。

大型发电机定子槽楔松动的动力学分析与检测107-113

摘要：大型发电机的定子线棒在运行过程中受交变电磁力作用发生振动,这会引发定子线棒主绝缘磨损,最终导致绝缘性能下降。工程上通常采用槽楔波纹板结构对线棒进行固定,但由于线棒长期振动,槽楔出现松动不可避免,因此定期检测槽楔松动程度对电机安全运行具有重要意义。介绍了一种检测定子线棒松动程度的方法,即通过检测撞击到槽楔表面的冲击体的回弹速度来表征波纹板形变量大小。针对定子槽固定结构建立波动力学模型,重点分析了该检测方法的原理,并通过波纹板不同形变量下的动力学实验,验证了理论分析的正确性及该测量方法的可行性。最后对误差影响因素进行分析,计算该测量方法的准确率。

一种新型磁悬浮直线运动平台的热分析114-120

摘要：为实现定位平台的大运动行程和高运动精度,建立了一种新型磁悬浮直线运动平台,该平台由磁悬浮运动装置和电磁直线驱动装置组成,具有无摩擦、高刚度等优点。针对磁悬浮直线运动平台长时间运行过程中电磁铁的发热问题,运用有限元软件对电磁铁的发热机理、发热量以及热量的时空分布进行了分析,并和实验数据进行了对比。结果表明,在常温常压下,电磁铁温度上升到一定程度后即达到平衡,不需要加装冷却装置。而在真空环境下,电磁铁温度会不断增加,必须加装冷却装置来降低温度。最后,通过仿真对真空环境下的冷却装置设计进行了简单地讨论。