永磁同步电机控制系统中变比例系数转矩调节器设计研究

针对转矩角控制型永磁同步电机直接转矩控制系统，文中提出并设计了一种变比例系数转矩PI调节器。为了减小电磁转矩与转矩角非线性关系这一因数给电机电磁转矩动态调节造成的误差，保证转矩在动态过程中准确而快速调节，文中通过对电机电磁转矩控制原理分析，给出转矩PI调节器中比例系数的最优设计方法；为了消除电机电磁一转矩稳态误差及保证系统工作的稳定性，借助系统的小信号模型推导出转矩PI调节器中积分系数设计原则，最后给出的实验结果证明了上述新型转矩PI调节器设计方法的可行性和有效性。     

负荷模型对PSS参数整定的影响

文章推导了单机无穷大系统机端带负荷时系统的6个系数K1～K6、同步转矩系数和阻尼转矩系数。以云南某水电机组为例分析负荷模型对PSS电磁功率信号(-ΔPe)大小、相位和PSS参数整定的影响并通过3机9节点系统的小扰动稳定分析加以验证。通过分析表明,负荷模型对PSS时间常数和放大倍数的整定都有一定程度的影响,负荷与PSS相互作用在不同的情况下对系统稳定性的影响不同,因此,在分析负荷模型对电力系统稳定性的影响时,应考虑PSS的作用,同样,在进行PSS参数整定时,不可忽略机端负荷的影响。     

基于Simulink的异步电机DTC系统的详细建模与仿真

运用电机空间矢量分析法详细推导了异步电机电磁转矩的空间矢量表达式,剖析了电磁转矩产生的物理机理,说明了转矩系数与空间矢量定义系数的对应关系;以异步电机直接转矩控制(DTC)的基本原理和系统结构为基础,搭建了异步电机直接转矩(DTC)控制系统的Simulink仿真模型;仿真结果证明所建异步电机DTC系统仿真模型正确、参数设置合理,同时反映出DTC系统动态响应迅速、存在转矩和磁链脉动等性能特点。     

基于电磁转矩特征频率提取的感应电机转子断条故障诊断

分析了信号复值小波变换的瞬时频率提取原理,根据复解析小波系数的相位信息给出了信号瞬时频率提取算法,将其应用到电机启动电磁转矩信号中转子故障特征的提取上,实现转子断条故障的可靠诊断,并给出了电磁转矩计算及实验结果,实验证明了该方法的有效性。     

基于电磁转矩复解析小波变换的感应电机转子故障检测

提出一种运用电磁转矩信号对感应电机转子断条故障进行检测的新方法.当感应电机转子发生断条故障时,转子绕组的不对称将会使电磁转矩中引入2s同步速的脉动转矩(s为转差率).对电机起动电磁转矩信号进行复值小波变换,根据分析小波在特定中心频率条件时信号瞬时频率与其对应小波脊线的关系,提取出故障特征转矩频率变化规律,实现转子故障的可靠检测.同时,对应尺度上小波系数的模值还能够反映该故障特征转矩在电机起动过程中的幅值变化规律,将其作为故障严重程度指标则可以进一步判断转子断条根数.实验结果证明了该方法的有效性.     

同步发电机简化模型的等效阻尼系数分析

通过对发电机详细模型和简化模型的比较,推导出单机无穷大系统下发电机简化模型阻尼转矩系数的数学表达式。通过Prony方法分析扰动后每台发电机的有功功率、功角和角速度的变化对应的振荡模式,计算出每个模式对应的阻尼转矩,通过每个振荡模式对实用模型阻尼转矩系数的灵敏度大小,确定发电机简化模型中阻尼转矩系数的取值。通过单机无穷大系统和IEEE 39节点系统算例验证了所提方法的合理性。     

无刷直流电机离散滑模观测器直接转矩控制

分析了非理想反电势下无刷直流电机传统脉宽调制电流控制产生电磁转矩脉动的原因。为便于计算机控制,采用离散滑模观测器获取无刷直流电机反电势,进而完成电磁转矩的估算,并证明了离散滑模观测器的到达条件和稳定条件。在此基础上,提出无刷直流电机直接转矩控制。该方法采用转矩滞环的输出和磁极位置来选择电压空间矢量,可有效抑制非理想反电势和低速换相电磁转矩脉动。仿真结果证明了其正确性。     

考虑谐波的独立系统静态稳定分析

从理论上分析存在谐波条件下独立系统的静态稳定问题。摒弃经典的Doherty假设,根据小扰动分析方法,推导出单机系统发电机输出电磁功率的表达式,重新定义以波动性为主要特征的整步功率系数,以此来判断系统的稳定性。随后在合理的假设条件下将单机系统整步功率系数扩展到多机系统,完整地考虑谐波对稳定分析带来的影响。仿真算例的分析表明,新定义的整步功率系数可以清楚地描述谐波对静态稳定分析的影响,为进一步研究相关问题奠定了基础。     

关于煤矿高压电动机的电磁转矩不稳定动态分析

研究了电磁阻尼转矩系数随转速变化的特性,揭示了电动机的动态不稳定性机理。通过分析电动机电磁转矩的数学模型,推导出电动机在短时过载的电磁转矩的基本表达式,提出了高压电动机在短时过载情况下稳定运行的方法。     

大型调相机动态响应下的电磁转矩分析

凭借着强无功支撑能力,大型调相机在特高压直流输电(LCC-HVDC)中发挥着愈发重要的作用,本文分析了大型调相机的动态响应特性,推导了调相机的电磁转矩表达式,得出了动态响应下电磁转矩变化与定子电流、转子励磁电流变化趋势相关的结论.文中通过PSCAD/EMTDC建立了含同步调相机的LCC-HVDC模型,对受端电网单相接地短路与三相短路下调相机的动态响应和电磁转矩变化进行了仿真验证,发现机端电压下降时,随着调相机的无功动态响应,电磁转矩与定子电流、转子励磁电流变化趋势相同,呈现先增大后减小的变化趋势,同时对于三相对称故障引起的电磁转矩变化表现出一定的对称性,为大型调相机的运行与电网故障的判断监控提供了一定的理论基础.     

新型三相电容式电机在变频调速系统下的性能研究

为了提高三相电容式电机的效率和功率因数,有效地消减电机的谐波磁势,对新型三相电容式电机在变频调速系统下的性能进行了详尽的分析,并通过实验研究对新型三相电容式电机与普通三相异步电机在不同频率下的转矩特性、电流特性及功率因数等进行了对比性研究。实验数据表明,该新型电机具有一定的应用优越性和可推广性。     

Application of Direct-Drive Wheel Motor for Fuel Cell Electric and Hybrid Electric Vehicle Propulsion System

This paper presents a gearless wheel motor drive system specifically designed for fuel cell electric and hybrid electric vehicle propulsion application. The system includes a liquid-cooled axial flux permanent-magnet machine designed to meet the direct-drive requirements. The machine design implements techniques to increase the machine inductance in order to improve machine constant power range and high-speed efficiency. The implemented technique reduces machine spin loss to further improve efficiency. The machine design also optimizes the placement of magnets in the rotor to reduce cogging and ripple torque. An original cooling system arrangement based on the use of high thermal conductivity epoxy joining machine stator and liquid-cooled aluminum casing allows the very effective removal of machine power loss. Design details and experimental results are presented.     

电动自行车用磁通切换电机研究

针对电动自行车用磁通切换电机齿槽转矩大的问题，依据槽极配合原理，设计并对比了12槽10极和12槽11极2台电机。有限元仿真结果表明，12槽11极电机的转矩脉动仅为12槽10极的16.6%，通过转子分段斜极方式进一步减小其齿槽转矩，同时分析转子斜极角度对电机转矩性能的影响。研究结果表明，斜极优化后的12槽11极磁通切换电机转矩脉动仅有2%，且输出转矩能够满足电动自行车日常行驶动力需求。     

Study of Cogging Torque in Permanent Magnet Machines

Cogging torque is produced in a permanent magnet machine by the magnetic attraction between the rotor-mounted permanent magnets and the stator. It is an undesired effect that contributes to the machines' output ripple, vibration, and noise. This paper analyzes various cogging torque minimization techniques as applied to a permanent magnet machine used in an electric power steering system. A 6-pole, 18 slot, surface-mounted, rare earth type, brushless permanent magnet machine is analyzed. The resultant cogging torque values are computed using a two-dimensional finite element analysis package.     

基于3D-FEM的新型横向磁通永磁电机的研究

横向磁通电机越来越受到世界各国研究者的注意,尤其在风力发电、军舰等要求低速大转矩的应用场合.相比常规电机,横向磁通永磁同步电动机可以提供更大的转矩密度,却存在功率因数低的问题.本文提出了一种新颖横向磁通永磁电机(TFPM)结构,即采用单边结构、卷绕式定子铁心、内置式聚磁转子结构.该电机结构工艺简化,同时具有高转矩密度和高功率因数的性能特点.文章首先讲述了新型电机的结构特点,接着利用 3D-FEM 工具对电机漏磁系数进行计算,并讨论电机结构尺寸变化对电机漏磁系数的影响.最后给出最新样机的部分参数.     

复转矩系数法应用于多机电力系统的修正

研究了复转矩系数法的过程 ,指出传统复转矩系数法研究多机系统存在的局限性 ,提出复转矩法的概念 ,推导出具一般性的SSR判据 ,求出非研究发电机的转子角增量 ,并以IEEESSR第二标准模型为基础 ,采用特征值分析和新的SSR判据对两机系统进行对比验证 ,认为发电机之间的相互作用主要影响低频部分 ,一般性的SSR判据能够反映多机系统的真实现象。     

异步电机起动/发电系统的研究

简述了国民经济各个领域对异步电机发电和起动/发电技术的需求.结合对18kW某起动/发电系统的研究工作,阐述了异步电机起动/发电系统中的三个关键技术:异步电机发电的瞬时转矩控制技术、起动和发电的系统综合设计技术、宽转速范围内提供恒压电功率技术.这些关键技术使系统大大提高了发电的动静态品质和起动性能.例如:输出电压在突加突卸71%的额定负载时,电压变化小于8V,恢复时间仅为10ms,大大低于美军标恢复时间20～30ms的规定;.这些初步的研究成果显示了异步电机一旦和现代电力电子技术控制理论相结合,将会获得许多优良的品质.异步电机发电技术和起动/发电技术将会在飞机、坦克、装甲车等国防工业中,在混合动力汽车民用工业中,在风力发电中得到广泛应用,是对国民经济影响较大、值得关注的技术.     

Estimating the synchronizing and damping torque coefficients using Kalman filtering

This paper presents an optimal approach for optimal estimation of the synchronizing and damping torque coefficients of a synchronous machine using two-state linear Kalman filter. These coefficients can be used as indices which provide insight into the dynamic stability of power systems. The two coefficients are calculated using the time responses of the changes in the rotor angle, rotor speed, and electromagnetic torque. The effect of system noise on the performance of the Kalman filter is also investigated. The performance of Kalman filter is compared with the least-square error technique. The paper shows that the steady-state response of Kalman filter agrees with the least-square solution. The paper shows that Kalman filter can be used as efficient tool for either on-line or off-line estimation of the synchronizing and damping torque coefficients.     

同步电机全频起动过程研究

从电机状态方程出发,提出用饱和电感及其变化率的方法处理同步电机起动时遇到的磁饱和现象,并组建了同步电机全频起动时的数学模型。对影响电机起动的几个重要因素（如线路阻抗、发电机和电动机的励磁电流、发电机的外加机械转矩,发电机的初始角,电动机的摩擦转矩和门漏转矩等）进行了详细仿真分析,并与试验结果进行了比较。     

交直流多机电力系统次同步振荡分析程序

介绍一个适用于交直流多机电力系统次同步振荡（ＳＳＯ）分析的程序ＳＯＦＲＥＳＰ,该程序基于复转矩系数法,采用机网接口,交直流接口技术,充分开发了网络的稀疏性,可以在不作任何网络简化的情况下,分析由串联电容补偿和直流输电系统引起的次同步振荡。