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电气化行业的最新科研集锦(十六)

2023-06-15


 

01.基于FEM/Kriging近似模型结合进化算法的表贴式高速永磁电机转子强度优化

针对目前大功率高速永磁电机多采用的表贴式转子结构强度优化问题,以一台1.12 MW、18000 r/min的表贴式高速永磁电机转子为优化对象,建立其结构参数化模型及应力场有限元仿真模型.将工况温度、护套厚度、永磁体厚度以及过盈量设置为优化参数,以永磁体和护套的法向及切向应力的最大值尽可能小为优化目标展开优化设计.对比分析两种技术路线:技术路线一采用进化算法(EA)调用有限元模型(FEM)进行优化设计;技术路线二对拉丁超立方法取得的样本空间进行拟合得到Kriging近似模型,基于近似模型结合EA算法进行优化设计.优化设计结果表明,技术路线一的优化结果更好;技术路线二更快速高效,大量样本点的集中分布情况可以反映优化参数与优化目标量间的关系.故实际工程优化问题应结合两种技术路线,初步寻优阶段采用技术路线二精确参数区间,进而采用技术路线一展开优化取得最优设计。

https://d.wanfangdata.com.cn/periodical/dgjsxb202304009

 

02.基于旋转高频电压注入的六相串联三相永磁同步电机系统转子初始位置解耦观测

用一台逆变器驱动两台永磁同步电机串联系统,可以通过控制不同平面的电压矢量实现对两台电机的独立解耦控制.该文提出在一台六相逆变器的六相平面和三相平面下同时注入旋转高频电压信号,通过解调静止坐标系下电流响应的负序分量来分别获得两台电机的转子初始位置角.同时为了提高观测精度,利用解调电流响应中正序分量所获得的误差角对解耦获得的转子初始位置角进行补偿.此外,对于六相串联三相永磁同步电机(PMSM)系统,考虑到系统中两台电机的浅磁饱和特性,在极性判断中利用了与传统单台永磁同步电机相反的结果来进行判断.根据该文所设计的旋转高频电压注入法,可以实现两台电机转子初始位置解耦观测.六相PMSM和三相PMSM的估计误差绝对值的平均值分别为3.72°和1.81°.最后,实验验证了所提观测算法的有效性。

https://d.wanfangdata.com.cn/periodical/dgjsxb202308008

 

03.基于PI-Lead控制的永磁同步电机双环位置伺服系统

为提高位置伺服系统轨迹跟踪精度及极限带宽,该文研究了一种位置-电流双环伺服结构,其位置控制采用结合相位超前环节的比例积分控制器(PI-Lead).首先,探讨了P-PI-PI和PI-P-PI两种传统三环位置控制结构在轨迹跟踪精度上存在的局限,研究了速度前馈提升精度的机理及问题;然后,证明了PI-Lead双环结构相位超前环节对维持系统稳定的意义,详细分析了低通滤波器对系统性能的影响及其参数设计方法,给出了PI-Lead双环位置伺服系统基于闭环频域指标的参数整定策略;最后,对比分析了双环结构与传统三环结构的特点,推导了三种结构的位置极限带宽.实验结果表明,PI-Lead双环结构无需任何前馈补偿即可基本消除系统动态跟踪误差,并具有更高的位置环极限带宽.此外,由于减少了速度控制环节,其无需速度测量且参数整定更加简单。

https://d.wanfangdata.com.cn/periodical/dgjsxb202308007

 

04.不同代价函数下永磁同步电机模型预测控制参数失配可视化分析

针对电机模型参数失配进行分析,该文提出一种可视化分析方法,分别研究了电阻、电感和磁链等参数失配对模型预测控制的影响.首先,结合无差拍控制原理计算得到满足控制要求的参考电压矢量;其次,分析电阻、电感和磁链等参数失配时参考电压矢量空间位置的变化,并利用Matlab算法对参数失配下参考电压矢量相应的最优电压矢量进行可视化表达;最后,通过最优电压矢量区域的不同变化得到不同参数失配对模型预测控制的影响.所提可视化分析方法不仅可以分析多种模型参数失配对控制系统的复杂影响,而且可以得到参数失配对不同代价函数下永磁同步电机模型预测控制最优电压矢量选择的影响和区别,为实现模型预测误差补偿控制提供坚实的理论依据.StarSim硬件在环实验研究验证了所提方法的可行性和有效性。

https://d.wanfangdata.com.cn/periodical/dgjsxb202304006

 

05.基于STM32F411的无刷直流电机FOC控制系统设计

以STM32F411CEU6单片机作为主控制芯片,采用矢量控制策略,设计了一种基于STM32F411的无刷直流电机矢量控制系统,实验结果表明,该无刷直流电机矢量控制系统可以对电机的转速进行精准的控制。

https://kns.cnki.net/kcms2/article/abstract?v=vwvUC7i0o3bzGw15zGU2369Whtzq4pcmWiW73L4CFEpYQt5jty_7pTQC93_QrCg2xP_3fA4retyCBQOhinpEvKPU8lkCs414OXYeNORGAJAdq0ZXOrdcXQ==&uniplatform=NZKPT

 

06.基于自适应EKF的永磁同步电机无传感控制

传统扩展卡尔曼滤波(EKF)算法会受到永磁同步电机在实际运行中电机参数变化的影响,在速度的估算过程中会产生较大抖动,造成位置估算结果偏差。通过引入类Sigmoid函数来构建自适应EKF算法,用类Sigmoid函数取代传统EKF算法中关键的固定参数,实现参数的动态调整,抑制电机参数变化带来的扰动,降低超调量。建立仿真模型进行仿真验证,结果表明,自适应EKF算法相比于传统最优参数EKF算法,动态响应速度更快,抗干扰能力和鲁棒性更强,转速误差缩小了约60%,转子位置估算误差缩小了约9%。

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07.励磁方式差异对RAM发电机过流保护整定的影响

中广核下属电站控制棒驱动机构电源系统(rotating asynchronous machine,RAM)包含上电、中船和热蒙3种机型,除上电机型为自并励励磁方式外,其他2种机型均为相复励励磁方式。但各电站在整定不同励磁方式RAM发电机的过流保护时,没有考虑励磁方式差异对过流保护定值及延时整定的影响,存在过流保护拒动以及与其他异常工况保护失配的隐患(误动作)。建立了不同励磁方式RAM发电机的PSACD模型,通过理论分析和仿真说明了励磁方式差异对RAM发电机机端短路电流衰减过程的影响,并通过动模实验验证了仿真分析的正确性。基于理论分析和仿真结果,对不同励磁方式下RAM发电机过流保护的定值及延时进行合理整定,并在中广核下属电站得到实际应用。

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08. 基于多物理场的超高速永磁电机冷却系统设计及分析

为了解决超高速永磁电机转子散热困难的问题,提出一种有效提高转子散热能力的散热结构。首先,采用计算流体动力学(CFD)仿真方法计算一台15 kW、15 000 r/min水冷高速永磁电机的温升,将计算值与试验测得的数值进行对比,证明了CFD仿真方法的有效性。其次,通过孤立翼型法针对一台10 kW、100 000 r/min表贴式超高速永磁电机设计了同轴轴流风扇,采用流体场与温度场耦合的方法仿真分析了风扇叶片数量和叶片安装角对电机温升的影响,从而得到风扇叶片的最优参数,抑制转子温升的同时降低风扇的风摩损耗。最后,通过仿真分析对比自扇冷却与强迫风冷的冷却效果,结果显示风量相当的情况下自扇冷却的永磁体温升相对于强迫风冷降低了13.8 K左右。经过应力场分析,风扇符合安全运行要求。

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09.抑制碳化硅电驱系统共模电压的多矢量模型预测控制策略

针对高频碳化硅电驱系统现有策略受限于备选电压矢量较少,难以兼顾共模电压和电流畸变抑制效果的问题,本文提出一种基于多矢量组合型模型预测控制方法。首先,对碳化硅逆变器进行三相双脉冲测试,研究不同电压矢量对碳化硅高频开关特性的影响。其次,分析基于双矢量模型预测的共模电压抑制方法产生电流畸变的原因,并提出通过增加一组逆向相邻矢量组合的多矢量调制电流畸变抑制方法,以及提出对应的多矢量作用时间推导方法和多矢量死区补偿策略。最后,对所提出的方法进行了仿真和实验,结果表明所提方法共模电压幅值在全频率段均得到有效衰减,最大衰减约60 dB,电流畸变率降低至原来的1/3,有效抑制共模电压同时降低电流的总谐波畸变率。

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10.基于环轭型探测线圈的永磁同步电机局部退磁故障定位方法

退磁故障的精准定位对于预防电机系统发生灾难性故障和制定系统运行维护策略至关重要。针对多极数永磁同步电机(PMSM)退磁故障情况复杂,退磁故障定位难的问题,本文提出一种基于环轭型探测线圈的PMSM局部退磁故障定位方法。该方法只需在定子侧安装3个环轭线圈以获取包含退磁故障信息的信号;基于3个环轭线圈的感应电势,运用信号的基本运算构造退磁定位信号并按一定的规则对其进行分区;利用分区后的退磁定位信号的波形识别退磁故障类型,确定对应区域退磁永磁体的状态;利用一个机械周期的信号确定所有永磁体的状态,进而实现退磁永磁体的精准定位。首先介绍了退磁定位信号的构造与建模方法。然后,利用所建立的分区数学模型研究退磁定位信号在预设故障类型下的波形。最后,提出基于退磁定位信号分区的局部退磁故障精准定位方法。仿真和实验结果表明所提出的方法能对任意多个永磁体退磁故障(退磁程度不低于10%)进行精准定位。该研究为PMSM故障定位提供新方法,为故障后的运行策略制定和维护策略制定奠定基础。

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