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中国电机工程学报 2011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

实际应用中的矩阵变换器空间矢量调制算法及优化调制模式7-15

摘要：矩阵变换器在实际应用中会出现非理想状况,空间矢量调制策略算法不恰当会引起输出波形畸变。考虑输入非正常工况和换流时间问题,提出空间矢量调制策略的实现算法和优化的调制模式,以获得宽调节范围、低谐波的输出性能。首先提出一种采用矢量幅值之比实时计算电压调制比的方法,实现矩阵变换器在输入电压正常和非正常工况下均能输出三相正弦对称电压的目的;然后分析7种调制模式在考虑换流时间情况下窄脉冲出现的几率,在此基础上提出优化的调制模式,以解决窄脉冲引起的输出波形畸变问题;最后,设计一套基于数字信号处理器和现场可编程门阵列的控制系统,实现所提算法。实验结果验证了该实用算法的正确性。

Boost变换器精确反馈线性化滑模变结构控制16-23

摘要：利用非线性系统的微分几何理论,在Boost变换器仿射非线性模型基础上,推导出对应的非线性坐标变换矩阵和状态反馈表达式,得到Boost变换器状态反馈精确线性化模型。在此线性化模型基础上,选取线性切换函数和指数趋近律,设计滑模变结构控制器。研究对比表明,所提出的精确反馈线性化滑模变结构控制策略具有良好的动态响应调节和稳态误差调节特性,同时克服了现有精确反馈线性化控制策略固有的对精确数学模型依赖性的缺点,表现出更强的鲁棒性,从而具有一般性理论和实际意义。

一种新颖的抑制两级式直交逆变器输入电流低频脉动的方法24-29

摘要：两级式直交单相逆变器输入电流中含有两倍于逆变器输出频率的低频分量,这些低频分量幅值相对其平均值的比例很高,可达到30%以上,严重时将会影响直流电源系统的稳定性,也会大大影响输入电压源的蓄电池、燃料电池的使用寿命。通过研究该电流低频分量产生的原因,对前级直直变换器提出一种新的控制策略,即在传统的控制策略中引入谐振控制器,可以有效的抑制直直变换器输出滤波电感电流的低频脉动,进而可以有效抑制变换器低压侧输入电源电流低频脉动分量。给出谐振控制器的设计方法,以及引入谐振控制器之后系统各环路的传递函数,分析满足系统稳定性要求的设计准则。最后通过仿真和实验验证该控制策略对于抑制两级式直交逆变器输入电流低频脉动的有效性。

一种新型有源箝位软开关三相并网逆变器30-38

摘要：提出了一种新型软开关三相并网逆变器,通过在逆变器直流侧增加1个由辅助开关、谐振电感和箝位电容组成的谐振支路,可以实现逆变器主开关和辅助开关的零电压开通,同时开关反并联二极管反向恢复电流得到抑制。逆变器主开关和辅助开关具有相同且固定的开关频率,主开关和辅助开关电压应力均等于逆变器直流母线电压。对逆变器的调制策略、软开关谐振过程进行了研究,分析了逆变器谐振参数的设计方法,设计了20 kW实验样机并完成了实验验证。

具有频率不确定性的π型谐振感应电能传输系统H∞控制方法45-53

摘要：在π型谐振感应电能传输（inductive power transfer,IPT）系统中,由于负载及耦合参数变化,导致系统谐振频率产生随机漂移。针对频率不确定条件下的输出控制,利用广义状态空间平均（generalized state space averaging,GSSA）法对系统进行频域建模,将状态变量进行频域展开获得广义状态变量,从而获得线性状态空间模型。借助线性分式变换,将GSSA模型的确定部分与不确定部分分离,从而将系统的不确定模型转化为含摄动反馈的线性动力学系统。在此基础上提出一种基于GSSA模型的H∞控制方法,又基于频域设计出混合灵敏度H∞控制器,实现了多变量无静差跟踪鲁棒控制,并利用结构奇异值分析方法校验了鲁棒控制器的稳定性及性能。仿真及实验结果验证了其可行性。

场终止型绝缘栅双极型晶体管的开关瞬态模型54-60

摘要：新一代场终止型（field stop,FS）绝缘栅双极型晶体管（insulated gate bipolar transistor,IGBT）的仿真模型目前都是采用传统穿通型（punch through,PT）IGBT的建模方法,由于FS结构与PT结构在厚度、掺杂浓度等方面都存在很大的不同,不可避免的会存在较大的偏差。在对已有PT模型进行理论分析和公式推导的基础上,根据FS型IGBT的结构特点和工作机制,在场终止层内采用了大注入的假设条件,同时考虑基区内载流子的复合作用,提出了一种改进的FS型开关瞬态模型。通过2种模型仿真波形与实测波形的比较,验证了该模型具有更高的准确性。

中国电机工程学报杂志电机与电器

基于非线性电感分析的永磁直线同步电机电磁推力特性研究69-76

摘要：传统的永磁直线同步电机的电磁推力特性分析,一般采用恒定电感的分析模型,忽略了饱和效应和纵向端部效应。为了分析带负载情况下永磁直线同步电机的电磁推力特点,首先提出了一种考虑端部效应和饱和效应的非线性磁路模型。此模型不仅能计算稳态电感,还能计算电感的瞬态值。通过分析电感随电流、位置的变化规律以及三相电感不相等的现象,获得了基本的电感矩阵。经过dq变换和推力计算,得到了考虑饱和效应、位置变化和纵向端部效应的电磁推力公式。进一步发现直线电机的推力波动主要来自于饱和效应,并且波动的幅值与电流的2次方成正比。这意味着直线电机的推力特性随着负载的增加而恶化。最后采用齿形设计的方法,有效减小推力波动;采用电流环补偿的方法,使速度波动减小了70%。

基于电流误差矢量的绕组分段永磁直线同步电机电流预测控制77-84

摘要：为了在不降低电机的推力平稳性的前提下,使直线电机具有大推力、高效率的特性,提出了绕组分段永磁直线同步电机。该电机的定子铁心连续,而初级绕组断开,推导了该电机的离散系统模型。通过电流误差矢量的定义与价值函数的选择,阐明了基于电流误差矢量的电流预测控制方法的原理。针对绕组分段结构的特点,将动子运动区域分为5个子区间,并介绍了不同区间中各段电机电流预测控制方法的实现。实验结果表明,系统电流控制的动态响应特性良好,且动子能够顺利经过共用区。

超高速永磁同步发电机的多复合结构电磁场及温度场计算85-92

摘要：以1台117kW、60000r/min的超高速永磁同步发电机为例,建立了二维瞬态电磁场数学模型,利用场路耦合时步有限元法分析了电机的磁场分布和气隙磁密,给出了输出电压、电流随转速变化的关系,并与试验结果进行了对比;根据流体力学原理和传热学理论,采用有限体积法计算了冷却介质三维流动时电机内及冷却介质的温度;研究了电机护套分别采用铜屏蔽层、碳纤维复合材料、热喷陶瓷涂层时转子的涡流损耗分布情况,给出了碳纤维复合材料导电性和铜屏蔽层厚度对转子涡流损耗的影响规律;最后通过对电机转子护套采用不同材料和结构时电机各部分温度的对比分析,得出了护套材料和结构对电机温度分布的变化关系,对超高速永磁电机设计具有一定的指导意义。

笼型感应电动机转子非对称运行时磁场变化规律的研究100-108

摘要：以一台笼型感应电动机为例,定义了电动机转子非对称运行时的电磁场计算模型。基于数值分析方法的基本原理,运用电磁场计算分析软件ansoft,对电动机转子处于不同断条故障程度时的电磁场进行了计算,并总结出了磁场中各量随故障演化程度而变化的规律,数值计算结果与实验数据的比较,验证了转子故障有限元模型的合理性。通过对不同故障情况下的气隙磁密3次谐波含量的研究,提取了可判断转子断条故障的有效特征量,为转子断条故障诊断提供了理论依据及故障诊断新方法。

磁悬浮开关磁阻电机的神经网络逆解耦控制117-123

摘要：磁悬浮开关磁阻电机是一个复杂的非线性强耦合系统,且运行过程中容易出现磁饱和现象,增大了数学模型建立及解耦控制的难度。针对上述问题,在利用有限元方法分析其磁场及电磁力特性的基础上,计算了一种对电机磁路线性及饱和状态均适用的新数学模型。分析了系统的可逆性,采用神经网络逆实现了转矩和两自由度径向力的解耦。使用dSPACE系统试验验证了该方法的正确性和有效性,可以弥补现有基于无磁饱和假设的各种建模及相应的解耦控制方法不适用于BSRM磁饱和工况的缺陷,也可以为电机的运行特性分析、本体优化设计以及控制策略研究提供更准确的理论依据。

混合励磁磁通切换电机等效磁路模型124-131

摘要：混合励磁磁通切换电机（flux-switching hybrid excitationmachine,FSHM）是一种新型定子励磁型交流无刷电机,具有磁链双极性、结构简单、功率密度高、运行可靠等优点。改变电励磁绕组电流的大小和方向,实现了对永磁气隙磁场的有效调节与控制,而引入导磁磁桥可提升气隙磁场调节范围。以建立电枢绕组磁链最大位置的等效磁路模型为切入点,推导了峰值磁通表达式,探索了磁桥段相对磁导率的估算方法,结合有限元仿真分析了磁桥厚度变化与磁桥式FSHM初始气隙磁密、磁桥磁密、气隙磁场调节能力、磁力线路径转移等特性的关系。样机的有限元仿真及实验结果与等效磁路模型预测趋势基本一致,验证了建模方法与理论分析的正确性,可用于指导磁通切换电机的设计与性能分析。

激励环境下悬臂梁式压电振动发电机性能分析140-145

摘要：为了提高有限体积内压电振动发电机的发电能力,针对外力和位移激励环境,通过数学模型及ANSYS仿真分析了单、双晶压电发电机结构参数与输出电压及谐振频率之间的关系并进行了实验验证。研究结果表明,在外力激励环境下,应尽量增加压电梁的长度,减小宽度;在位移激励环境下,应尽量降低压电梁的长度。同时,在两种激励环境中,均应优先选用小厚度比的双晶压电梁。

中国电机工程学报杂志电工理论与新技术

径向基无单元算法求解二维运动导体涡流电磁问题146-152

摘要：将径向基点配置法应用于求解运动导体涡流电磁问题,提出一种基于运动坐标系的叠加径向基点配置算法来求解描述瞬态涡流磁场的对流扩散麦克斯韦方程。求解域内的磁场被视作由激励电流与感生涡流2种电流所产生磁场的叠加,并在运动坐标系下分别用径向基函数来拟合,根据径向基点配置法的控制方程呈线性这一特点,对其进行解耦并构造时域迭代来求解。这样就把导体的运动转化为坐标系之间的相对运动,迭代过程中在各自坐标系下的径向基模型始终保持不变,避免了因导体运动造成的模型重铸。为了验证该算法的有效性,求解了基准问题TEAM workshop problem 28以及一个电磁线圈弹射系统的动态过程,所得结果与文献中的实验结果相符合。