飞轮储能装置电机温度场仿真技术研究及试验验证

电机是飞轮储能系统实现电能-动能转换的关键部件,其体积小、功率大的设计特点以及中真空运行环境导致温升问题突出。水道的结构设计是增强散热的重要途径。本文从流动特性和冷却效率两个方面入手,对比螺旋水道、周向水道和轴向水道的进出口压力差、换热面积、换热系数等因素对散热的影响,综合考虑各因素最终确定电机的水道形式为周向水道。电机及其零部件的散热问题关系到飞轮储能系统能否安全运行,是飞轮储能技术发展中亟待解决的关键科学技术问题。准确计算温升是解决该难题的关键所在,对飞轮储能系统热管理的研究具有重要意义。本文对40 kW的飞轮储能系统进行了有限元热仿真,重点研究了模型简化、复杂结构等效处理、损耗分布等方面的内容,考虑传热过程中的热传导、热对流和热辐射,流体场、温度场多物理场耦合,设置初始水流量为25 L/min、温度为18℃,对电机进行温度场仿真计算。最后将计算结果与试验结果进行对比分析,误差在±3%范围内,验证了仿真计算的准确性和可靠性。该计算方法可为以后飞轮储能用电机设计作可靠参考。

改进型感应电机电压模型磁链观测器设计

针对传统电压模型磁链观测器中引入低通滤波器后,带来幅值相位误差及滤波最佳截止频率选择问题,本文提出了一种高通滤波器和低通滤波器串联,且对电压模型中的电压项和电流项分别积分的改进型电压模型转子磁链观测器.文中分析了该改进型磁链观测器性能提高的原因,推导了高通滤波器和低通滤波器引起的幅值和相位误差补偿算法.仿真和实验验证了补偿算法的有效性,并且新的改进型转子磁链观测器在电机全速范围内具有优良的稳态和动态性能,具有较高的工程实践价值.

牵引电机矢量控制转子磁场准确定向实时校正策略

磁场准确定向是异步电机间接磁场定向控制技术实现转矩和励磁独立解耦控制的关键,磁场准确定向对电机转子时间常数具有很强的敏感性。文中对转子磁场定向不准引起的电机励磁和定子电压控制问题进行了推导和讨论,分析了改进型带幅值相位补偿的电压模型转子磁链观测器实现机理。本文将其他影响磁场准确定向的因素都归结到转子时间常数中予以考虑,提出了基于观测转子q轴磁链误差的实用化转子磁链准确定向实时校正策略,仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和磁场准确定向校正策略的有效性。

地铁牵引变流器直流侧振荡抑制策略研究

负阻抗会引起地铁车辆牵引变流器直流侧电压、电流振荡,降低牵引传动系统稳定性。本文建立地铁牵引变流器关注直流侧的系统小信号模型,详细分析直流侧振荡的产生机理。提取直流侧电压谐振分量,提出基于直流侧电压振荡比修正给定牵引、制动转矩的直流侧振荡抑制策略,利用相平面法和根轨迹法讨论振荡抑制策略对系统稳定性的改善以及参数选择对控制性能的影响。模型仿真和地铁现场试验结果均表明,该振荡抑制策略能有效消除直流侧振荡现象,提高系统稳定性。

交流传动矢量控制系统时延补偿

系统时延的存在降低了矢量控制系统性能,对大功率低开关频率交流传动变流器性能影响尤其明显,当电机在中高速段运行时,可能导致系统的不稳定。针对此问题,本文分析了系统时延对于交流传动矢量控制系统稳定性的影响,提出了一种基于q轴电流误差的新型系统时延补偿算法。该算法克服了传统延时补偿方法的局限性,实现简单,较好地消除了延时引起的系统在中高速时电机电流振荡、转速摇摆等不稳定现象。最后,在110kW异步电动机交流传动矢量控制实验平台上验证了时延补偿算法的有效性。

基于DSP-FPGA全数字控制的矢量控制系统

主要介绍了一种基于DSP和FPGA的全数字化感应电动机矢量控制系统,在分析系统总体设计方案的基础上,重点介绍了速度检测、电流采样和闭环调节器设计,并阐述了控制系统的软件实现方法。通过对实际电机的控制试验结果表明,该控制系统具有优良的动静态性能和较好的控制效果,具有广阔的应用前景。

基于矢量控制的双电机传动试验系统

设计了一种以异步电机模拟负载的"双逆变器-电机"互馈式交流传动试验系统。结合高性能的矢量控制技术,采用转速转矩闭环独立控制,从而有效地提高了系统的实时性和稳定性。讨论了该试验系统的构成和运行原理,给出了试验系统的硬件实现,并在此基础上构建了实验系统。实验结果表明,该试验系统具有优良的动静态性能和较好的控制效果,在中大功率交流异步电机试验中,应用前景广阔。

一种基于矢量控制的变流器故障诊断方法

基于空间矢量控制的变流器,提出一种以变流器输出三相电流信号为特征参数的变流器故障诊断模型。运用小波分析理论对电流信号进行降噪处理,通过FFT变换及对电流信号统计计算得到故障特征向量,将该特征向量作为神经网络的输入,通过对神经网络的训练,确定网络参数,对故障数据的分析,达到故障诊断的目的。实验数据表明,该故障诊断模型对采用空间矢量控制的变流系统的电力电子器件故障的检测与诊断是可行的。

基于最优粘着利用的地铁牵引电机并联控制策略

粘着控制是地铁牵引电机控制的重要组成部分,建立了全维状态观测器来观测电机负载转矩,进而计算并判断当前路况的粘着峰值点,通过牵引电机控制实现对轮轨间可用粘着的最大利用。针对动轮间轮径差异造成的牵引并联电机转矩不平衡,结合最优粘着利用控制算法,提出具有励磁补偿的并联电机控制策略。最后进行的仿真研究和试验,验证了基于最优粘着利用的地铁牵引电机并联控制策略的正确性和有效性。

地铁牵引系统的稳定性提升控制

在地铁牵引传动系统研制及试验中,发现了逆变器交直流侧电压/电流振荡这一不稳定现象。为研究主电路参数与系统稳定性之间的关系,建立牵引系统在额定点处的小信号等效电路模型,得到了保证系统稳定的关系式。为抑制交直流振荡、提升系统稳定性,在传统牵引电机磁场定向矢量控制的基础上,增加了振荡抑制和时延补偿两个环节:前者通过主动提高直流侧系统阻尼以抑制振荡,后者则通过对转子磁链位置实时校正和d-q轴电流的完全解耦实现广义的时延补偿,二者均采用根轨迹法进行系统稳定性的分析与验证。最后在广州地铁1号线进行了装车试验,采用稳定性提升控制策略前/后的试验波形对比验证了其有效性。

间接矢量控制异步电动机参数敏感性分析

分步总结了间接矢量控制的原理和算法,对异步电动机控制的"转矩产生"环节中电动机参数变化对电磁转矩和转子磁链的解耦控制带来的影响进行了详细的数学推导和分析,结合Matlab编程语言绘制出参数变化时的曲线,得到开环和闭环工况下的电磁转矩和转子磁链参数敏感性以及最大转矩特性。为异步电动机矢量控制系统的设计尤其是参数辨识和补偿提供参考,而不需要复杂的计算。

基于Lyapunov理论的交流传动系统建模和稳定性分析

为完整分析PWM整流器-逆变器-电机串联交流传动系统的稳定性跟随主要系统参数变化的规律,基于各子系统的开关函数模型,结合空间矢量脉宽调制算法的开关函数在dq坐标系下的等效表达式,建立整个系统的状态空间模型,采用偏微分法进行线性化处理,得到系统的增量方程;基于Lyapunov第一法,采用MATLAB MAT语言对系统的稳定性进行分析.仿真结果表明:在传动系统全速度范围内,增大PWM整流器滤波参数和电机定转子电阻有利于增加系统的稳定性,电机定转子电感的变化对系统稳定性的影响呈双极性变化.因此,合理选择系统设计参数,能够使系统保持较大的稳定区域,避免系统振荡现象的发生.

低地板轻轨车牵引变流器通风散热设计

采用强迫风冷的变流器必须进行通风散热设计,选用通风机需要考虑的因素为其风量和风压,风量取决于变流器功率损耗,风压与箱体风道设计有关,根据风量确定风机后,风压决定风机的实际工作点;选用散热器的依据为散热器热阻,热阻值取决于通风条件和变流器功耗。对轻轨车牵引变流器功率损耗进行了计算,分析了功率损耗与所需风量以及散热器热阻之间的关系,并通过专业软件fluent,对箱体风道进行CFD仿真和设计,进而结合相关国家标准选择了合适的通风机和散热器。实验结果表明,风道设计以及通风机和散热器的选择合理,符合要求。

基于矢量控制的交流传动互馈系统

分析了一种以异步电机模拟负载的双"逆变器-电机"互馈式交流传动试验系统。结合高性能的矢量控制技术,采用转速转矩闭环独立控制,能够模拟电机牵引、制动等工况实验,有效提高了系统的实时性和稳定性。讨论了试验系统的构成和运行原理,并给出了其硬件实现,构建了实验平台。实验结果表明,该系统具有优良的动、静态性能和较好的控制效果,可广泛应用在中大功率交流异步电机试验中。

基于RM的轨道车辆网络控制系统优化设计

通过分析轨道车辆网络通信系统特点,提出适用于轨道车辆网络系统的静态调度RM(Rate Monotonic)机制;然后通过分析轨道车辆网络控制系统特点,提出适用于轨道车辆网络控制系统的数据传输周期选取方法;最后结合网络性能设计和控制性能设计,提出不同性能要求下,基于静态调度机制的轨道车辆网络控制系统整体优化设计方案,并通过实例进行说明。本文研究为轨道车辆网络控制系统的优化设计提供参考。

大功率逆变器混合脉宽调制策略研究

对于大功率牵引传动系统来说,逆变器通常采用高压大电流开关器件,开关频率往往较低(<1 kHz),针对现有的过调制策略及中频区段采用中间60°SPWM调制方式的混合调制策略存在的不足,本文提出了一种中频区段采用优化同步SHEPWM调制方式的逆变器混合脉宽调制策略，且实现了SVPWM异步调制、分段同步调制、优化同步SHEPWM调制及方波工况之间的平滑过渡,仿真和实验结果验证了该调制策略的正确性和有效性.

基于数字控制的移相全桥ZVS-PWM变换器的设计

介绍了一种采用辅助谐振网络的移相全桥ZVS-PWM变换器,简述其工作原理。使用TMS320LF2407A作为主控芯片,实现了数字移相控制及全桥变换零电压软开关。试制了一台8kW/20kHz的样机,给出了实验波形及结论。

异步电动机在Γ^(-1)模型下的扩展卡尔曼滤波器

传统的异步电动机T型模型对于线性系统的分析来说过于复杂,而且当参数变化时,电动机的方程变为时变方程且难以分析。本文分析了异步电动机Γ-1模型,它相对于T型模型来说不仅简化了电动机模型,减少电动机等效电路参数而且有利于矢量控制分析。在Γ-1模型下进行扩展卡尔曼滤波分析,可以简化矩阵的复杂性。若把电动机参数的变化归为状态噪声矢量,可使电动机矢量控制角估计更为精准,从而提高矢量控制性能。开环转速估计器不仅结构简单而且可以减少EKF矩阵计算量,对其做抗噪声低通滤波处理,能满足动态和稳态要求。控制系统采用高性能DSP实现,实验结果表明在较宽的速度范围内能达到令人满意的稳态性能。

基于虚拟仪器技术的轻轨车线路模拟考核系统

为了实现牵引系统的线路模拟考核,提出了一种应用于轨道交通牵引系统线路考核的考核设计方案。本考核系统以轨道交通低地板机车牵引系统为考核对象,利用虚拟仪器编程软件LabVIEW,充分发挥虚拟仪器技术硬件通信能力强,编程周期短的优点,实现了对牵引系统的的线路模拟考核。该考核系统通过在实际牵引系统上的调试使用,证明系统能够实现路况模拟,以及自动控制牵引系统进行模拟运行,从而顺利实现线路模拟考核。

基于简化开关函数的交-直-交变换器建模仿真

采用最简单的开关函数,结合MATLAB/Simulink工具,在一些合理假设的基础上,建立了交-直-交变换器的网侧PWM整流器、电压型逆变器及其RLC负载的简化开关函数模型,并采用电流滞环和空间矢量PWM控制策略实现控制。仿真结果表明建立的模型可以满足交-直-交变换器的拓扑及其控制策略的仿真验证,可为进一步的系统设计和性能分析提供基础。