基于开绕组电机的电动汽车双电池集成充电系统准直接功率控制

针对基于开绕组永磁同步电机和双电池组驱动的电动汽车提出一种集成化充电拓扑,充电运行时将双逆变器和电机绕组复用为双PWM整流器及其输入侧滤波电感。在三相电压源型整流器(VSR)和开绕组永磁电机数学模型的基础上,将电网坐标系和电机坐标系相统一,分析了充电状态下的电磁转矩。实际运行时存在双电池剩余电量不相等的情况,导致充电时双通道功率不平衡,因此设计了一种准直接功率控制策略,以解决功率不平衡带来的转矩脉动问题。最后通过仿真和实验验证了该集成化充电拓扑的可行性。

低冗余高可靠模块化输入并联输出串联电源系统及其控制方法

为了使输入并联输出串联电源系统同时具备模块级和系统级冗余能力,提出低冗余高可靠超宽电压范围电路结构及其控制方法。基于两级式电路和多模块串并联实现电源系统超宽电压输出,通过模块级部分子电路冗余设计,实现模块级和系统级N+X双重冗余,使得功率模块部分失效或多个模块全部失效时系统仍具有全电压、全功率输出能力。进一步提出模块化电源系统的分布-集中混合式控制策略,分布式自主控制保证了模块间应力均衡、并使得输出电压在目标值范围内,集中控制确保总输出电压精度。该文详细分析所提电路结构及其控制策略的原理、特性和实现方案,并通过0~1000 V/50 kW输出电源系统实验,验证了所提方案的有效性。

低气压下航空线缆的局部放电特性

为实现飞机电气化,电源电压等级不断升高,多电飞机电气系统中线缆绝缘发生局部放电(PD)的风险随之增加。该文通过设置线缆对接地金属板放电、线缆对线缆架放电和线缆与线缆间放电三种典型模型,全面探究了航空线缆在低气压以及典型工作频率下的局部放电特性。试验结果表明,三种放电模型的局部放电起始电压(PDIV)都随着气压的下降而降低,50kPa以上时线缆与线缆间放电模型的PDIV高出其他模型的2倍以上。电压频率的增大将显著增加模型的放电重复率,10kPa下的线缆对线缆架放电影响效果最为明显。相同工况下,不同放电模型局部放电相位分析(PRPD)谱图的相位宽度及“极性效应”强弱存在差异,这些特征有助于放电模型类型的识别,也将为航空线缆设计与故障诊断提供借鉴和参考。

分布式电驱动系统永磁同步电机改进型反馈式弱磁控制策略研究

以分布式电驱动系统的表贴式永磁同步电机为研究对象,对满足高转矩输出和宽转速范围下的电机转矩特性进行分析,对比传统前馈弱磁和反馈式弱磁控制策略的优缺点,提出一种易于工程化实现的带深度前馈的改进型反馈式弱磁控制策略,详细阐述其工作原理,并给出其前馈分量和反馈分量的具体计算方法,并通过推导其闭环传递函数对电流环稳定性进行分析,最后对所提控制策略的控制性能进行仿真验证。所提出的改进型反馈式弱磁控制策略在效率、控制精度和工程化实现方面具有显著的优势。

三级式同步电机低速阶段无位置传感器起动控制高频信号注入法的对比

针对航空三级式同步电机无位置传感器起动控制中通过主发电机直接注入高频信号引入的起动转矩波动、响应信息提取困难、易受扰动等问题,提出一种通过三级式同步电机的主励磁机间接注入高频信号的方法。从注入高频信号的频率特性、转子位置估计精度等方面,对比分析主励磁机定子侧注入高频信号和利用主励磁机三相交流励磁控制产生的6次谐波作为主发电机转子励磁绕组间接高频注入信号的方法,并给出利用三级式同步电机励磁电流建立过程估计转子初始位置的方法。实验结果表明,两种高频信号注入法在低速起动阶段皆具备良好的位置跟踪精度,采用主励磁机三相交流励磁产生6次谐波作为间接高频信号注入的方法更易实现,且具有更好的平均精度。

五相感应电机起动/发电系统起动控制研究

起动/发电技术是多电飞机中的一项重要技术。以五相感应起动/发电机为起动机,研究了一种适用于多电发动机的五相感应电机起动控制策略。该控制策略根据发动机起动要求,采用定子磁链定向方法,在起动过程中对转速进行控制,从而实现了多电发动机的起动任务。在一台五相感应电机起动/发电系统实验平台上进行了起动控制实验,结果表明,该控制策略能够满足多电飞机发动机起动要求。

高峰均比脉冲功率独立电源系统关键技术研究综述

高性能电源系统是星载、机载、舰载和车载电子装备发展的基础,脉冲功率型电子载荷有效提升了装备的技战术性能,但也为各类装备独立电源系统带来新的挑战。负载功率的大幅频繁脉动,不仅影响电源系统供电质量,而且威胁电源系统的安全性、稳定性和可靠性。从脉冲功率负载与电源系统的相互作用及其影响、脉冲能量管理技术、脉冲功率平抑技术、脉冲功率独立电源系统的建模和稳定性分析技术等方面,对面向高峰均比脉冲功率负载的独立电源系统关键技术进行全面综述,并进一步总结了脉冲功率电源系统面临的技术挑战,展望了高性能脉冲功率电源系统进一步发展的技术方向。

基于改进同步解调方式的三级式同步电机无位置传感器起动控制

针对航空三级式同步电机起动控制中存在的转子位置信息获取困难问题,在励磁电压高频谐波自注入方法分析的基础上,该文基于同步解调的基本思路,提出了一种无需极性判断和励磁电流采样环节的同步解耦信号生成方式,并根据主发电机中响应电压谐波的频谱特性设计了位置误差信息提取的精准谐波消除滤波器,可以降低转子位置估计闭环系统的阶次,增强系统的稳定性以适应更宽的转速范围。最后通过仿真和实验证明了所述改进同步解调方法能够实现高精度和宽转速范围的三级式同步电机无位置传感器起动控制。

基于深度学习的冲击电压老炼过程中真空击穿机制甄别优化方法

冲击电压老炼技术是提高真空电极间隙绝缘能力的有效手段,快速准确地甄别真空击穿机制对揭示冲击电压老炼过程的物理演化机理具有重要意义。该文提出了一种基于深度学习的通过突显击穿前过程提高真空击穿机制甄别准确度的优化方法。对五对相同的无氧铜球形电极开展同样的冲击电压老炼试验,分别获得时间提取范围为0~400μs的完整击穿电压电流波形样本和0~200μs的突显击穿前过程的击穿电压电流波形样本,并通过深度学习模型对两种击穿电压电流波形样本开展脉冲电流诱发、场致发射诱发和微粒诱发三种真空击穿机制的甄别训练与测试,并将测试结果与真实结果进行对比分析与评估。结果显示:时间提取范围为0~200μs的突显击穿前过程的击穿电压电流波形样本的击穿机制甄别准确率均在87.99%以上,平均提高了2.55%,其对应的精确率、召回率和F1分数均更优。研究结果表明,突显击穿前过程的击穿电压电流波形处理能够有效地优化真空击穿机制甄别的效果,具有良好的工程应用前景。

一种单绕组无轴承开关磁阻电机绕组开路故障容错控制策略

无轴承开关磁阻电机(BSRM)具有双凸极结构,转矩脉动大是制约其运行性能和应用范围的主要因素之一,而采用直接瞬时转矩控制和直接悬浮力控制(DITC&DFC)方法可以有效抑制其转矩脉动。基于这种控制方法,该文针对12/8极单绕组BSRM的绕组开路故障,提出一种容错控制策略,实现了电机单齿极绕组开路故障容错运行时的稳定悬浮。首先阐述了单绕组BSRM的悬浮原理及DITC&DFC的工作原理,然后对绕组开路故障下的悬浮力缺失进行补偿,重新构造容错运行时的电压符号选择表。最后通过Matlab/Simulink模型仿真及原理样机实验,验证了该控制策略在单绕组BSRM绕组故障容错运行时具有良好的控制性能。

基于高频脉冲注入的无轴承开关磁阻电机转子位置与径向位移检测方法

为提高无轴承开关磁阻电机(BSRM)的集成度和运行可靠性,探索无轴承电机的转子转角和径向位移的自检测方法,通过在BSRM非导通相的主绕组中注入高频脉冲信号,实现了同时检测转子的转角位置和径向位移的目的。一方面,利用绕组电流的斜率差值与绕组电感的关系,得到BSRM电感的实时分布信息,从而解算得到转子的实时转角位置。另一方面,通过检测悬浮绕组的感应电动势来获取主、悬浮绕组间的互感信息,利用互感与转子径向位置的关系,解算得到转子的实时径向位移。从而最终仅通过对主绕组注入一组高频脉冲来同时估测BSRM的转子转角和径向位移。实验结果证实了所提方法的有效性。

轨道交通用次级分段型直线磁通切换永磁电机研究

基于城市轨道交通直线牵引系统,已有研究成果综合比较了直线感应电机(LIM)和次级齿槽型直线磁通切换永磁(LFSPM)电机,结果表明次级齿槽型LFSPM电机具有推力密度大、效率高和功率因数高等优点。然而,其次级为齿槽结构,如应用于轨道交通等长距离驱动系统时,则会增加次级体积及材料和加工成本。为了进一步降低次级成本,该文首先提出一种次级分段型LFSPM电机拓扑结构,该电机次级无轭部,仅由分段导磁块组成,次级材料体积小、成本低。通过对该电机的气隙磁场进行谐波分析,推导了推力产生的机理。然后在直线电机驱动地铁的实际尺寸及运行工况条件下,建立了该电机的二维有限元仿真模型,并对关键参数进行了优化。最后,在最优结构的基础上,结合广州地铁4号线,对比分析了该电机和LIM的系统成本和能耗。为该类电机在轨道交通直线牵引系统实际应用奠定了理论基础和设计参考。

基于改进型准比例谐振控制的电励磁双凸极电机电流谐波抑制方法

电励磁双凸极电机的非正弦反电动势特性会导致相电流存在较大的2次和4次谐波,从而降低电机的转矩输出能力。同时,电励磁双凸极电机的电流谐波频率较高,导致传统准比例谐振控制器经过双线性变换后会存在较大的谐振频率偏差,使得电流谐波抑制效果有限。针对此问题,该文首先推导了具有零谐振频率偏差的离散变换表达式,并对表达式进行简化处理,提出了一种基于改进型准比例谐振控制的电励磁双凸极电机电流谐波抑制方法。此外,结合电机的反电动势特性,分析了相电流谐波的产生原因,推导了考虑电流谐波和反电动势谐波的电励磁双凸极电机转矩模型,分析了相电流谐波对电机平均转矩的影响。最后,仿真和实验结果表明,所提方法可以有效地补偿谐振频率偏差,抑制电励磁双凸极电机的相电流谐波,提升电机的转矩输出能力。

单绕组12/4极无轴承开关磁阻电机转矩和悬浮力的解耦机理与实现

针对12/8极无轴承开关磁阻电机转矩和悬浮力在电机实时控制中存在强耦合的问题,研究了一种12/4极无轴承开关磁阻电机。该电机通过改变定转子结构以优化电机电感曲线,从而利用电感平顶区将悬浮力和转矩实行分区域控制,实现了悬浮力和转矩的天然解耦。在考虑双相导通和气隙磁路分布特性的基础上,建立并验证了径向悬浮力和转矩的数学解析模型,基于该数学模型解算出电流、位置与转矩、悬浮力的关系。通过Matlab/Simulink仿真和样机实验,验证了该电机的优良解耦特性以及转矩和悬浮力控制的有效性。

包络线跟踪电源技术综述

随着第四代移动通信的高速发展,射频输入信号的包络带宽越来越宽,功率峰均比越来越大,导致采用恒压供电的基站功放效率越来越低。包络线跟踪(ET)技术是大幅提高功放效率的有效方法之一,对于节能减排和缓解环境污染具有重要意义。ET电源是ET技术的核心装置,一般采用开关线性复合(SLH)结构,该结构结合了开关变换器高效率和线性放大器高带宽的优点。本文首先介绍高带宽线性放大器和高效率开关变换器的实现方法,然后介绍SLH ET电源的两个基本架构,即串联和并联架构。在分析这两个基本架构的基础上,提出SLH ET电源的串并联架构的概念,以进一步减小线性放大器输出的功率,提高SLH ET电源的效率。最后,针对现代移动通信对ET电源的要求,从阶梯波提供单元的优化、Ga N器件在ET电源中的应用、包络信号功率频谱的分段方法以及开关变换器控制策略的改进等四个方面提出进一步提升ET电源效率的方法。

基于间接二次谐波注入的三级式同步电机低速阶段无位置传感器起动控制

针对航空三级式同步电机实现起动功能存在的转子位置检测问题,该文提出一种从主励磁机间接向主发电机注入高频信号的方法,利用旋转整流器产生的二次谐波作为向主发电机励磁绕组注入的高频信号,分析起动过程高频响应信号的频率特性,提出一种通过主励磁机的励磁电流生成同步解耦信号的方法,设计基于带通滤波器级联陷波器的转子位置误差信息提取方法,降低提取的高频信号的相移,增强谐波抑制能力,提高位置估计精度。最后,通过仿真和实验证明所提无位置传感器起动控制方法具有良好的位置估计精度,能够实现三级式同步电机在低速阶段的可靠起动控制。

双端励磁内置转子磁分路混合励磁电机设计与转子强度分析

讨论一种新型双端励磁内置转子磁分路混合励磁电机的结构与原理。针对实心转子磁极存在转子涡流损耗严重的问题,提出转子磁极表面粘贴软磁复合材料(SMC)的组合转子结构,为进一步改善电机转子三维结构加工工艺,采用转子导磁体模块化方法。考虑软磁复合材料抗拉强度的局限性,研究碳纤维保护套下转子损耗特性,并进行转子结构强度分析,为该类新型混合励磁电机结构优化奠定了基础。

基于低高度平面电感的GaN-Si混合型图腾柱无桥功率因数校正器

该文提出基于低高度平面电感的GaN-Si混合型图腾柱无桥功率因数校正器(PFC),利用工频Si二极管的慢恢复特性为高频GaN开关桥臂提供反向电流通路,实现临界电流导通模式无桥PFC和高频GaN开关桥臂的软开关运行。为了实现低高度和高功率密度,提出低高度平面电感结构及其优化设计方法,通过将临界电流导通模式下的电感电流进行分解,给出高频电感磁心和绕组损耗分析模型,并据此对电感结构尺寸进行优化设计。最后制作一台开关频率为200~700kHz、400W的实验样机,验证了所提出的解决方案的可行性和有效性。

基于Smith预估器的永磁电机高动态响应电流环控制策略

高性能永磁电机伺服系统需要快速的电流响应,数字控制系统中的延时环节会制约电流环动态性能。为此,该文推导了矢量控制系统中主要延时环节的数学模型并分析其不利影响;在此基础上,引入Smith预估算法,针对永磁电机电流环的高动态响应要求,提出一种Smith预估电流控制器,给出该电流控制器的设计过程及实现方法,并讨论了电机参数敏感性。仿真与实验结果表明,所提控制策略正确有效,而且能对控制系统的延时环节进行较好补偿,可有效改善电流环动态性能,进而有助于提高伺服系统整体性能。

基于不同绕组类型的航空永磁电机电磁损耗与热特性研究

高功率密度永磁电机是航空电推进系统的动力核心,但在高频高电磁负荷条件下其损耗与发热问题突出,特别是定子槽内绕组温升直接影响航空电推进永磁电机安全稳定运行。本文聚焦航空电推进永磁电机利兹线和扁线绕组损耗机理与电机热特性开展研究,考虑不同转速下的交流损耗,建立定子循油转子通风冷却条件永磁电机温度场仿真模型,对比分析基于不同绕组类型的永磁电机发热特性,获得绕组损耗和温升随工作频率的表征规律,为高功率密度永磁电机绕组设计提供理论和技术支撑。