基于永磁变频调速的飞轮储能调相机建模与控制方案研究

针对大量可再生能源并网引起电网惯量支撑不足的问题,构建了一种基于永磁变频调速的飞轮储能调相机模型,并制定了控制方案。在调相机转子配置永磁变频调速的飞轮系统,利用飞轮动能提升调相机的惯量功率响应能力,且可不改变调相机的电网接入方式和快速励磁能力。构建了永磁调速电机及飞轮储能调相机的电磁和机械模型,建立了包含调相机和变频器的双通道耦合功率输出模型,进而提出了基于永磁变频调速的飞轮储能调相机的调频功率控制方案。通过在典型应用场景下的仿真,验证了该方案的可行性与有效性。

考虑悬浮牵引耦合的常导高速磁浮列车牵引性能仿真

常导高速磁浮列车长定子直线同步电机(LLSM)定子电枢电流和动子励磁电流产生的磁动势共同作用形成气隙磁场,实现车辆悬浮和牵引,所以悬浮力和牵引力之间存在耦合。基于MATLAB/Simulink建立了牵引供电系统的仿真模型,采用不考虑悬浮牵引耦合的LLSM数学模型,在恒定励磁电流条件下仿真计算了牵引性能;采用考虑悬浮牵引耦合的LLSM数学模型,其以有限元仿真数据为样本库,基于线性回归最小二乘方法拟合得到,在恒定悬浮力条件下仿真计算了牵引性能。通过对比两种仿真结果,分析了耦合作用的影响。

基于加速退化数据和现场实测退化数据的电机绝缘剩余寿命预测模型

该文针对机器学习、随机过程、贝叶斯滤波算法等剩余寿命(RUL)预测模型存在的不足,融合热应力作用下电机绝缘加速寿命数据和现场监测数据,结合随机过程和支持向量机模型,提出了基于拓展卡尔曼滤波的电机绝缘寿命预测模型。以剩余击穿电压为状态变量,基于Wiener过程建立了卡尔曼滤波模型的状态方程;以最大局部放电量的加速退化数据及现场监测数据为依据构建卡尔曼滤波模型的观测方程;为解决卡尔曼滤波模型由于无法获取新的监测信息而导致的预测精度不足问题,采用支持向量机建立了最大局部放电量预测模型。最后,针对电机主绝缘用6650聚酰亚胺,基于290℃、300℃、310℃、320℃下的加速退化数据构建状态方程,结合240℃下试样的局部放电数据构建观测方程,并以240℃下60h的试样实测老化数据为基准对模型进行了验证,证明了所提出模型在提高剩余寿命预测精度方面的有效性。

基于多目标优化的永磁同步电机容错控制研究

电机定子绕组匝间短路是最常见的一类故障形式,若不进行处理会逐渐发展为相间或相对地短路,从而导致电机损坏。为了保障电机的安全运行与故障下转矩输出质量,需要及时对故障电机进行有效的容错控制。首先,以永磁同步电机为研究对象,通过电机定子绕组匝间短路故障等效电路获得电机数学模型,并分析了d-q轴电流平面下的故障电机转矩、短路环流及绕组温升。然后,为实现对故障电机电流的准确预测,对电机定子绕组匝间短路故障等效电路进行合理电路变换,建立故障电机预测模型,进而提出了一种多目标优化预测容错控制策略。最后,搭建电机实验平台,对提出的容错控制策略进行实验验证,结果表明:该方法可有效抑制短路环流及绕组温升并降低故障电机的转矩脉动。

单相无刷直流圆筒直线电动机及其起动推力研究

提出了一种单相无刷直流圆筒型直线电动机(SPBLDC-TLM),利用有限元方法对其电磁性能进行了分析。与三相无刷直流圆筒型直线电机对比,SPBLDC-TLM具有推力峰值大、结构简单以及成本低等优点。针对SPBLDC-TLM起动推力为零的问题,提出了斜齿和高低齿两种非对称齿结构,对比分析了两种齿结构不对称度对起动推力以及推力峰值的影响规律,为SPBLDC-TLM的起动性能优化提供了参考。结果表明,斜齿结构不对称度对起动推力影响较小,而高低齿不对称度的增大可以显著增加起动推力。采用有限元法和MATLAB软件,验证了两种非对称齿结构的有效性。

基于Wiener过程的电机主绝缘材料寿命预测方法

主绝缘性能是电机可靠性评估的重要指标之一,对电机主绝缘材料进行寿命预测具有重要意义。本文对高性能电机主绝缘材料6050聚酰亚胺薄膜进行恒定温度应力加速退化试验,得到不同温度应力下电机主绝缘材料的三种指标参数。选取线性的最大局部放电量为退化特征量,并建立基于Wiener过程的电机主绝缘材料退化模型。利用极大似然估计法对Wiener过程中的未知参数进行估计,得到不同温度应力下电机主绝缘材料寿命的概率密度曲线与可靠度曲线。利用加速应力下的Wiener过程参数和加速退化试验数据建立阿伦尼斯模型,进而外推出正常温度应力下电机主绝缘材料的伪失效寿命。本文为不同温度下电机主绝缘材料的寿命预测和高效运维提供了理论指导,为电机系统的可靠性提升提供支撑。

超高效两级压缩水冷螺杆式冷水机组开发

针对两级压缩技术在中小容量冷水机组中鲜少应用的现状,本文设计了一种名义制冷量为615.48 kW的两级压缩水冷螺杆式冷水机组,采用新型转子型线和结构设计研制了两级变频螺杆制冷压缩机,并依据国家标准对开发的压缩机和冷水机组进行实验测试。结果表明:本文研发的两级变频螺杆制冷压缩机容积效率普遍高于96%,等熵效率最高达84.4%;冷水机组在出水温度为7℃的名义工况下COP达7.01,相比标准GB 19577—2015规定的一级能效水平高16.83%,部分负荷综合性能系数IPLV达到10.45,相比标准GB 19577—2015规定的一级能效水平高39.33%。两级压缩技术能够有效提升水冷螺杆式冷水机组的性能,与无中间冷却相比,中间冷却后冷水机组制冷量和COP分别提升11%和8%以上。

机器人关节电机转矩动态特性研究

在高速奔跑等极端工况下,足式机器人的机动性会明显受到关节电机的转矩输出范围及动态特性的影响。为了研究电机转矩输出对机器人高速奔跑的影响机制,首先分析并简化了采用d轴电压优先与反馈抑制抗饱和的PI式控制器的电机系统模型和转矩输出特性,在此基础上将电机系统模型与机器人刚体动力学系统进行联合仿真,比较了足式机器人在高速奔跑工况下电机转矩输出特性对关节转矩、速度、角度的影响。结果表明,当电机动态特性的电流响应带宽高于50 Hz时,关节速度几乎不受带宽影响;但转矩输出范围的减小会对机器人的奔跑速度和稳定性产生较大影响,实验中测得的关节电机转矩变化与受电压限制造成的静态转矩输出范围变化相一致。得到的联合仿真系统能够为机器人关节电机与控制器设备的选型和机器人运动控制算法从仿真到实物的迁移提供支撑。

基于3D超导调相机模型的不同阻尼屏蔽结构的性能分析和对比

高温超导调相机以响应速度快和占用空间小等优势而在孤岛等特殊电力系统场合被用来替代传统调相机。为保证超导励磁绕组始终工作在超导态,提高高温超导调相机的运行可靠性,需要探究高温超导调相机的阻尼屏蔽结构对超导励磁绕组区域的异步磁场的抑制能力,通过三维有限元仿真对比不同阻尼屏蔽结构在超导电机端部和非端部区域的异步磁场抑制能力,结果表明,铜套阻尼屏蔽结构更加适合应用于高温超导调相机。利用三维仿真计算采用不同阻尼屏蔽结构的高温超导调相机的暂态性能,发现采用铜套阻尼屏蔽结构的高温超导调相机具有更小的次暂态电抗和更大的短路电流。

基于随机算法的三相异步电动机全局优化

以效率为目标函数的铸铝转子异步电机全局优化是一个复杂的非凸、非线性规划问题。首先使用TABU算法将这一高维问题降维分解并缩小搜索域 ,然后使用遗传算法进行全局寻优。验证结果表明 ,该方法充分利用了长期积累的经验知识 ,与单独使用TABU算法或遗传算法相比 ,计算量较为合理 ,结果满意度较高 ,基本满足了高效电机设计的要求。

变频器供电对异步电机绝缘系统可靠性的影响

与电网供电相比，变频器供电的异步电机绝缘系统承受了更高的应力，因而有必要以新的标准对变频电机的绝缘系统进行重新考虑。分析了变频驱动对电机绝缘系统的影响。并在此基础上提出了改进措施。

直线异步电机的可靠性试验

直线异步电机的可靠性对用户和制造商均极为重要。分析了直线异步电机的故障树,提出了电机的失效判据和主要的可靠性指标。现场使用的电机基本运行在偶然失效阶段,因而其失效率近似为一常数。在恒定失效率的假设下,推荐采用定时或定数截尾试验方案在现场进行电机的可靠性试验。

三相异步电动机可靠性验证的一种现场试验方案

分析了异步电动机的主要失效模式,提出了电动机的失效判据和可靠性验证的主要指标。并结合示例介绍了一种对电机进行可靠性验证的现场试验方案。

变频驱动异步电动机中轴电流的产生与消除

变频器驱动对异步电机轴电流的影响是不容忽视的。特别是对一些调速要求较高的关键设备,流过轴承的大电流将使轴承寿命大大缩短。本文论述了变频电机中轴电流产生的原因,并介绍了减弱和消除轴电流的若干措施。

永磁同步电机模型预测磁链控制

针对永磁同步电机(PMSM)模型预测转矩控制(MPTC)成本函数中权重系数设计繁琐问题,提出一种模型预测磁链控制(MPFC),能够消除成本函数中的权重系数。首先,根据永磁同步电机数学方程建立转矩、磁链及负载角之间数学模型;然后,推导转矩和磁链幅值与定子磁链矢量之间解析关系,将对转矩和定子磁链幅值的控制转化为对定子磁链矢量的控制,从而省略了权重系数的设计过程;最后,在永磁同步电机试验平台上进行算法验证,并与MPTC进行详细对比,结果表明所提出的MPFC能够有效抑制转矩脉动和定子磁链脉动,具有与MPTC最优控制时相当的动静态性能,算法运算量显著降低,验证了所提方法的可行性和有效性。

无位置传感器永磁无刷直流电机的起动控制研究

针对无位置传感器无刷直流电机存在的起动问题,根据无刷直流电机的起动换相时刻与直流母线电压直接相关的特点,提出一种插值起动方法。该方法首先通过改变母线电压值,采集相应的起动换相时刻数据样本。在离线情况下,以母线电压为输入,换相时刻作为输出,拟合出两者之间的3次样条插值函数。开环起动时,该方法能够准确计算出任意母线电压下电机的起动换相时刻;闭环起动时,随着PI调节器控制的母线电压有效值的变化,系统通过插值函数在线修正换相时刻,从而保证电机准确换相。起动完毕后,由软件将系统切换到反电势运行状态。仿真和实验表明,提出的插值起动方法,广泛适用于无位置传感器无刷直流电机的开环、闭环以及相应情况下的带负载起动。

铸铝转子穿轴后轴弯的校正

铸铝转子穿轴后轴弯的校正河北电机股份有限公司（石家庄市，０５００２１）方攸同曹洪涛目前，国内大多数中小型异步电机生产厂对于Ｈ２５０以上电机一般都采用先完成转轴精加工，再热套铸铝转子铁心的加工工艺。这样既提高了工效，同时也节省了添置大型磨铣设备的费用。...

每极分数槽永磁直线电机的槽极数配合研究

每极分数槽永磁直线电机(PM linear motors,PMLMs)采用端部不重叠的集中绕组,具有绕组端部短、铜耗低、推力密度高等优点,在数控机床、半导体加工等领域应用广泛。针对12槽/11极与12槽/10极的两种PMLMs,阐述了每种电机采用单边型或双边型、所有齿绕绕组或交替齿绕绕组的4种可行结构,建立了有限元分析模型,分析了平均推力、推力波动与结构参数之间的关系。此外,还重点分析了双边型结构PMLMs在两侧磁极位置错位时的力性能,提出了基于最小推力波动与推力比值的最佳错位位置。通过详细的对比分析,得到了单边型与双边型每极分数槽PMLMs推力波动与推力比值最小的最佳方案,研究结果为该类电机的优化设计及应用提供了参考依据。

大气隙直线感应电机的力特性分析

大气隙直线感应电机(气隙长度大于10mm)目前已经在地铁、轻轨中得到了很好的应用,在过山车、海盗船等大型游乐设备中也有很好的应用前景,其推力与法向力特性对系统性能很重要。该文介绍了该类电机的结构与设计所用的传统等值电路。通过实验证明,等值电路对计算电流与推力仍然有效,而法向力的计算与纵向边端效应对气隙磁场的影响则需要建立在有限元数值分析方法基础上;在此模型基础上分析了推力、法向力与电机初级电流大小、电流频率、气隙长度之间的关系。结果表明大气隙直线感应电机的法向力与推力之比小于普通直线感应电机,因此法向力基本不影响应用系统。该文的结论为此类电机的设计与应用提供依据。

状态维修机械设备的可靠性和检测更换策略

大多数机械设备有三种运行状态:正常状态、异常状态和故障状态。设备被检测诊断为异常后进行状态维修,而设备故障后进行故障维修。假设状态维修能修复如新,故障维修修复非新。引进单调随机过程描述故障维修修复非新的情况。在状态维修能修复如新故障维修修复非新等假设下,利用概率分析和矢量Markov过程方法研究了状态维修机械设备的可靠性和检测更换策略,导出了设备的可靠性指标与稳态收益率的明显表达式,以及最优检测更换策略的可行性判别准则,最优检测更换策略可用解析方法或数值方法求得。实例研究表明,研究结果可为提高机械设备可靠性、安全性和经济效益提供科学的参考依据。