混合励磁同步电机及其控制技术综述和新进展

混合励磁同步电机(hybrid excited synchronous machine,HESM)是一种宽调速电机,它结合了永磁同步电机和电励磁同步电机的优点,又克服了它们各自的缺点。因此,它在宽速度运行范围的风力发电系统和电驱动系统具有广阔的应用前景。该文主要论述了混合励磁同步电机的基本特点,分析了几种典型的混合励磁同步电机的结构及工作原理,提出了一种新的混合励磁同步电机拓扑结构。在此基础上,推导了混合励磁同步电机的数学模型。基于分区控制策略,在低速区和高速区,分别研究了几种混合励磁同步电机控制技术,并对这些技术做了详细比较。针对目前混合励磁同步电机控制技术存在的不足之处,提出了一种新的效率最优控制策略。最后,给出了混合励磁同步电机及控制技术的发展趋势,展望了它的应用前景。     

考虑转子谐波电流影响后双馈电机电磁功率的分析与计算

有不少文章研究了双馈电机的稳态运行性能，但在研究其性能时考虑谐波电流影响的却较少。该文从该类电机的基本电磁关系出发，提出了基波和谐波的等效电路，给出了谐波电路中参数的计算方法。导出了基波电磁功率、稳定谐波电磁功率及脉动谐波电磁功率的计算公式。文章最后以一个实际的绕线型感应电机用交直交电压型逆变器供给励磁的双馈电机为例，计算了主要谐波的稳定和脉动的电磁功率以及电机总的电磁功率。结果表明，该文给出的分析与计算方法是有效的。     

一种发电型FACTS控制器—异步化同步发电机

介绍了一种发电型FACTS控制器一异步化同步发电机（ASG）的结构及分类,分析了交流励磁异步化同步发电机的调速原理、介绍了ASG与异步发电机的区别。阐述了研究ASG的意义。     

一种改进的遗传算法及其在同步电机辨识中的应用

在现有遗传算法的基础上 ,采用面向对象技术设计了面向对象的遗传算法 ,建立了遗传算法的类层次。这种方法改变了传统遗传算法中各个函数之间只有参数的传递 ,而没有代码继承性的状况 ,从概念上提高了软件的可重用性。在同步电机人工神经元网络辨识器的辅助设计中的应用表明 ,由于采用面向对象的分析与设计方法 ,这一算法具有比传统的遗传算法更好的通用性 ,用户可以更方便地设计和实现自己的编码方案和遗传算子 ,以提高软件的可重用性     

负荷虚拟同步机及其低电压故障穿越控制

负荷虚拟同步机(LVSM)是一种电网友好型负荷并网接口,但其本身不具备低电压穿越能力。为此,文中提出一种适应电网对称与不对称故障的LVSM低电压穿越控制方法。首先,提出LVSM的统一拓扑及其基本控制策略。在基本控制策略的基础上增加电网电压正序分量提取、低电压穿越检测、功率指令变更策略、故障期间使能的负序电流抑制、故障期间电流环输入限幅5个环节,实现电网故障短时间内LVSM不脱网、负荷稳定运行,并最大限度地为电网提供无功支撑。由于LVSM在故障期间保持惯性功率控制,故障结束后功率振荡平滑且有惯性,可有效减轻对电网的暂态冲击。硬件在环实验验证了所提低电压穿越控制方法的有效性。     

发电机定子绕组局部放电在线监测中来自励磁侧的干扰特性的研究

干扰的抑制是局部放电在线监测技术的关键问题之一。深入、系统地研究各种干扰源及其传播通道的特性,全面了解局放信号干扰之间特征的不同,对提高干扰抑制措施的有效性具有重要意义。大功率整流励磁供电电源和火花放电是由励磁制引入的主要干扰源。在实验的基础上,研究了这两种干扰源及其传播通道的特性,分析辽两种对定子绕组局部放电在线监测的影响。     

基于改进型积分器的永磁同步电机直接转矩控制

将改进型积分器用于永磁同步电机的定子磁链观测环节,目的在于解决纯积分器存在直流偏移的缺陷.对于系统不同的给定值,固定的截止频率导致改进型积分器的磁链幅值和最佳限幅值不恒定,针对这一缺点本文提出了根据永磁同步电机状态方程来获得磁链比较环节的定子磁链给定值,从而提高了系统的性能,使系统不再受外界给定值的影响.     

基于SSI-MSVM的调相机轴承故障诊断方法

随着新能源的并网与特高压直流输电的发展,电网对无功调节的要求也逐步提高,因此大型调相机再次被投入使用。为了便于对调相机轴承进行故障诊断,提出了一种基于随机子空间识别(SSI)和多核支持向量机(MSVM)的故障诊断方法。在调相机轴承外侧表面不同的位置利用振动传感器采集振动信号,利用随机子空间模型进行特征提取,再根据高斯支持向量机和多核学习方法构造MSVM,然后将提取出的特征数据输入MSVM进行故障诊断。试验结果证明,基于SSI-MSVM的故障诊断方法能够适用于调相机轴承,且可以成功对故障进行辨识。     

新型组合式轴向叠片转子电机结构及参数计算

提出了一种新型组合转子同步电机，目的是解决轴向叠片各向异性转子电机的振荡和异步运行问题。文中对电机的结构和参数计算进行了介绍，并在简化分析基础上推导了新电机的交、直轴电抗和空载电势计算公式。     

轴向叠片各向异性转子电机磁路分析方法

探讨了轴向叠片各向异性ＡＬＡ转子电机磁路的分析方法,并以实验样机为例,计算出电机ｑ轴磁通在转子导磁叠片中的分布以及磁路磁阻的大小。研究结果对改进转子结构、提高电机动态性能有重要意义。     

计及开关频率分区优化的PMSM三电平模型预测控制

为降低传统三电平供电的永磁同步电机模型预测控制系统的开关频率,提出一种计及开关频率分区优化的PMSM三电平模型预测控制方法。首先,将空间电压矢量平面划分为12个扇区,并且根据上一时刻电压矢量所在位置,选择相邻扇区的电压矢量作为备选矢量。其次,加入对开关状态切换的限制,每个开关周期仅允许一相开关状态发生连续性跳变,减少备选矢量数量的同时能够有效降低开关频率。进一步,利用具有相同空间位置但对中点电位影响相反的正负冗余小矢量来平衡中点电位。最后,通过仿真和实验,验证该控制策略的有效性。     

同步电机切除故障线棒运行的分析和处理方法

用理论计算及现场实测数据说明,发电机老旧定子线棒在运行或试验中损坏后,因系统急需,3相定子绕组可以对称切除有关线棒运行。并提出了处理前的计算公式、处理时的工艺方法以及处理后的发电机出力状况。     

具有增益调度切换增益的永磁同步电机滑模控制

滑模控制器的切换增益需要随着参数摄动和外部扰动变化,但是增大切换增益会加剧系统抖振。针对这一问题,采用增益调度和自适应相结合的方法对永磁同步电机滑模控制器的切换增益进行实时整定。该方法根据自适应律在线调整切换增益系数的边界范围,同时以关于直轴、交轴电流的积分滑模面函数作为调度变量,在允许边界范围内对切换增益系数进行增益调度。所设计方法在保证系统鲁棒性的前提下,削弱了系统抖振,改善了控制性能。     

基于粒子群优化算法的TMPS-HESM联合仿真设计方法

混合励磁同步电机(HESM)是当前研究热点,其设计方法值得讨论。借助ANSYS RMxprt软件和传统磁路法设计电机定子,再通过ANSYS Maxwell软件设计HESM转子并进行电机参数化建模,进一步建立8极48槽TMPS-HESM的Maxwell&Workbench&Optislong联合仿真模型,最后运用粒子群优化(PSO)算法对电机进行全局多目标优化得到Pareto解集,并使用优劣解距离法(TOPSIS)从解集中客观选取最优设计方案。系统地提出了一种基于PSO的切向聚磁型并联结构混合励磁同步电机(TMPS-HESM)联合仿真设计方法。通过相关有限元仿真试验,验证了电机性能符合设计要求。     

基于占空比调制的永磁同步电机直接转矩控制

针对传统直接转矩控制方法转矩和定子磁链脉动大、开关频率不恒定等问题,本文在详细分析转矩脉动和定子磁链脉动数学模型的基础上,提出了一种基于占空比调制的模型预测直接转矩控制策略.该策略根据转矩和定子磁链的综合误差确定所选电压矢量的占空比,根据不同的控制目标,占空比的计算方法可分为最终值法、平均值法和有效值法,每种方法均给出了精确的数学模型并进行了对比分析.同时考虑到实际应用中控制延迟的问题,引入了模型预测控制方法对系统变量进行预测,提前一个采样周期计算出所需施加的电压矢量及其占空比.仿真结果表明,基于占空比调制的模型预测直接转矩控制可以有效地抑制转矩脉动和定子磁链脉动,且逆变器开关频率恒定,同时降低系统采样频率.     

ALA转子电机的实验研究

对ＡＬＡ转子电机的起动及负载性能进行了较为全面的实验研究。对实验样机起动过程中出现的振荡及异步运行现象进行了理论探讨。分析了电机在进步同步运行后的带负载性能。针对两极电机实验系统尚存在的主要问题提出了改进措施。     

永磁同步电机线速度控制系统研究

在绕线机控制系统中,线速度与角速度之间具有非线性,采用常规的PI控制器对线速度进行控制时很难取得满意的控制效果,在矢量控制的基础上,提出并实现了永磁同步电机的线速度控制系统,分析并推导了线速度控制模型,重点进行了线速度控制器的设计,为便于工程应用,给出了线速度控制器的离散控制算法,相对于常规的PI控制器,系统具有过渡过程平稳,控制精度高,鲁棒性好的优点.最后介绍了基于数字信号处理器(DSP)的硬件控制平台,以及电流环、转速环和线速度控制环的软件控制流程,仿真实验结果表明控制算法的有效性和工程实用性.     

全功率变流风力发电系统电压跌落响应特性研究

随着风电机组数量的增加,电网故障时风机的动态响应越来越重要。利用matlab/simulink,在建立采用永磁同步电机的直接驱动型变速恒频风电系统模型的基础上,分析了电网电压分别跌落30%-10 s、50%-0.5 s、85%-0.2 s时永磁直驱式风电系统的动态响应。并搭建了实验系统,进行了实验验证。结果表明,直驱式风电系统在3种典型跌落情况下,具有良好的低压度过能力。     

改进的滑模观测器实现PMSM无传感器控制

无传感器控制技术能提高永磁同步电机驱动系统可靠性、环境适应性,且降低系统成本。基于一阶滑模观测器的无位置控制系统中,低通滤波器提取反电动势时,将产生相位延迟和幅值衰减,常需相位补偿环节。随着转速降低,补偿环节的补偿作用变差,位置估计误差增大,带载能力大大下降;且现场应用中,理想的补偿系数不易得到,系统调试难度较大。针对该问题,提出用自适应复数滤波器替代低通滤波器的无位置控制实现方法。自适应复数滤波器具有零相移、无衰减的优良特性,能在较宽速域内实现反电动势的精确提取,故无需相位补偿环节。仿真和实验结果表明,所提策略简化了系统结构、大大提升了带载能力,且系统颤振不再随转速降低而增大,而呈现等颤振水平。     

基于田口法的内置式双层永磁体转子结构的设计与优化

采用多层永磁体转子结构的内置式永磁同步电机具有较大的凸极比,可以充分利用转子的磁阻转矩,在电动汽车等领域得到了越来越广泛的应用。内置式多层永磁体转子结构的参数较多,组合灵活,其设计和优化是电机设计的一个难题。本文针对某180kW调速永磁同步电机的转子设计,选用"V一"型双层永磁体转子结构,引入田口法,选取合适的磁路参数和目标优化参数,建立田口实验正交表,然后利用有限元方法分析不同磁路参数组合下的电机性能。在此基础上,评估各磁路参数对各目标优化参数的影响,进而确定了转子结构方案。本方法对双层永磁体转子结构设计具有一定的指导意义。