全电飞机用外转子SPMSM机壳结构轻量化设计

随着全电飞机大量使用,如何实现电机轻量化、提高功率密度从而满足更高性能要求,逐渐成为研究热门问题。以一台全电飞机用外转子表贴式永磁同步电机（SPMSM）为研究对象,基于有限元仿真对6063t6铝合金和钢2种材质下静态力学场进行了分析,确定选用更为轻质的6063t6铝合金材料。在安全系数为10的前提下,轻量化设计端盖厚度2 mm、机壳厚度5 mm。提出了一种镂空式机壳结构,并配合“蟹钳”式加强筋,成功将该结构的安全系数由5.5提高到10以上,优化后机壳成功减重51.92%。对比分析“蟹钳”式与“一字型”加强筋结构,验证了“蟹钳”式加强筋的优越性。结构优化后的电机,既满足轻量化设计又满足可靠运行要求。     

基于协同观测器的永磁同步电机无传感控制

针对传统滑模观测器使用符号函数引起的抖振问题,提出了一种基于连续函数的协同观测器方法,实现永磁同步电机(PMSM)的无传感控制。首先,研究PMSM的离散数学模型。其次,建立k+1时刻的电流偏差和k时刻的电流偏差之间的函数关系。最后,利用反正切函数计算转子位置并加入角度补偿,提高观测精度。仿真结果表明,所设计的协同观测器不仅无抖振现象,还具有更高的估算精度及良好的抗干扰性能,比传统滑模观测器可以更好地实现PMSM的无传感控制。     

带式输送机永磁驱动系统自抗扰同步控制策略

针对带式输送机永磁驱动系统采用PID控制器进行控制时电机的控制性能差和采用多电机驱动时电机间转速不同步、稳定性差等问题,提出了带式输送机多永磁电机驱动系统自抗扰同步控制策略。基于自抗扰控制(ADRC)技术设计了2种调速控制策略,并搭建仿真模型进行了对比试验;随后结合模糊PID控制技术对传统偏差耦合控制进行结构改进,并以矿用带式输送机多永磁电机驱动系统为控制对象,开展基于主从、传统偏差耦合和改进型偏差耦合同步控制结构的仿真。结果表明,基于二阶ADRC和改进型偏差耦合控制结构的带式输送机多永磁电机驱动系统同步控制策略具有更好的抗干扰能力、控制精度和同步性,有利于带式输送机平稳高效的安全运行。     

双向准Z源逆变器驱动永磁同步电机的快速有限集模型预测控制

双向准Z源逆变器驱动永磁同步电机(PMSM)系统在兼具Z源逆变器和PMSM优点的同时,还可实现能量的双向流动。针对双向准Z源逆变器驱动PMSM系统的特点,提出一种快速矢量选择有限集模型预测电流控制(FCS\|MPCC)策略。由双向准Z源网络直流链电压闭环与PMSM电磁功率前馈生成电感电流参考值,由电机转速闭环生成电机电流参考值。通过预测直通(ST)及非直通(NST)状态下的电感电流值并引入电感电流子代价函数以确定是否选择ST状态,进而实现对直流链电压的控制。在NST状态下,结合空间电压矢量脉宽调制策略,仅使目标电压矢量所在扇区的4个矢量参与PMSM定子电流预测和代价函数计算,以选择最优的开关状态,在实现对PMSM转速控制的同时减小在线计算量。仿真结果表明,所提控制策略可实现对双向准Z源逆变器的升压及PMSM牵引或制动工况下的转速控制,系统具有良好的稳态及动态性能。     

地铁车辆永磁同步电机振动噪声测试及特性分析

为获得某地铁车辆永磁同步电机的噪声特性,开展了永磁同步电机的电磁力波理论分析和振动噪声测试,从A计权声压级、1/3倍频程和色谱图等指标分析不同测试工况与转速下的噪声特性。研究结果表明：永磁同步电机噪声主要由电磁振动产生,加速过程的主要频谱成分是48阶、56阶和104阶等阶次成分以及以开关频率及其倍频为中心的调制成分,减速过程无开关频率作用,其余阶次成分一致;电机在316 Hz、440 Hz和910 Hz等频率处存在局部模态,在电机阶次激励作用下易引发共振。振动噪声测试及特性分析可为永磁同步电机的应用提供指导。     

基于频率自适应复矢量PI控制器的PMSM电流谐波抑制策略

逆变器非线性和电机反电动势谐波给永磁同步电机（PMSM）系统引入了电流谐波,在对其特性分析的基础上,将复矢量PI控制器用于电流谐波的抑制。在磁场定向矢量控制的d、q轴电流环中,将若干复矢量PI控制器与原有PI控制器并联,其中心频率随着电机转速自适应调节,PI控制器调节d、q轴中的直流分量,通过复矢量PI控制器在中心频率处的高增益无静差跟踪控制d、q轴中不同频率的交流量,从而达到抑制电流谐波的目的。仿真和试验结果表明,复矢量PI控制器对电流的5、7等频次的谐波具有良好的抑制效果。     

全封闭大功率永磁牵引电机的温度场数值计算

为研究全封闭大功率永磁牵引电机额定工况下的稳态温度场,以一台额定功率为815 kW的永磁同步牵引电机为研究对象,依据成型绕组槽部导热模型,建立了整机三维温度场共轭传热计算模型。考虑旋转磁化、冲压过程和磁密高阶谐波对定子铁耗的影响,以及水套-定子铁心间接触热阻抗对电机温升的影响,采用Fluent软件对电机额定工况下的稳态流场与温度场求解,使用电阻法和埋置检温计法（ETD）测得电机在额定工况下绕组的平均温升、铁心测点和绕组端部测点局部温升,绝对误差分别为-3.7 K、-0.3 K和7.6 K。进一步分析了电机水路和内风路流场分布特性、水套-定子铁心间接触间隙对绕组平均温升的影响以及槽内绕组附近的温升分布情况,最后提出了该类电机冷却系统设计优化方向。     

考虑风电不确定性和机组故障停运风险的两阶段鲁棒机组组合

发电机故障停运是电力系统运行中的不确定事件。目前在含风电鲁棒机组组合中考虑机组故障停运的方法,不同程度地忽略了机组故障停运的概率特征,难以较好描述机组故障停运风险。在含风电鲁棒机组组合模型的基础上,引入电量不足期望以量化机组故障停运风险,基于成本收益分析建立了考虑风电不确定性和机组故障停运风险的两阶段鲁棒机组组合模型,并提出计算电量不足期望的简化模型以提升计算效率。基于改进的IEEE-RTS 26机系统验证所提模型和方法,结果表明该方法能较好考虑风电不确定性和机组故障停运风险的影响,该简化模型能显著减小问题求解规模、缩短计算时间。     

发电机同期回路改造分析与应用

发电机组准同期并列操作是发电机安全并入电网的重大操作。在并网过程中有时会出现非同期并网的恶性事件,对发电机和主变压器造成冲击、甚至导致报废,如果不能立即解列就会引起电网系统振荡等严重事故。通过对某厂#1主变非同期并列事故进行分析,提出对同期装置进行合理闭锁改造,杜绝非同期并列情况的发生,切实保证发电机组安全运行。     

广域高效车用轴向磁通永磁同步电机的设计分析

针对车用驱动电机转矩和转速多变,运行范围宽广,需要提升电机在全域运行范围的高效率能量转换的问题,提出以高效率区间占比为设计目标的车用轴向磁通永磁电机设计方法。提出了考虑PWM供电影响的电机铁耗工程计算方法。基于等效磁网络法和集总参数热网络法构建了轴向磁通永磁同步电机的快速磁-热耦合设计模型,提高了车用轴向磁通永磁同步电机的设计精度。基于磁热耦合模型,分析了极弧系数、每槽导体数、气隙长度、永磁体尺寸、定子槽型尺寸等关键设计参数对车用轴向磁通永磁同步电机高效率区间占比的影响。设计并制造了样机一台,开展了电机效率和温升测试实验,获取了全域运行范围内的电机效率及电压分布,测试结果验证了磁热耦合模型和设计结果的有效性。