六相集成型电驱-充电系统容错运行研究

在此针对基于不对称六相永磁同步电机(ASPMSM)的集成型电驱-充电系统(IPCS)容错运行方案进行研究,以保证其在发生开路故障时能够安全运行。首先,分析了六相IPCS的电路拓扑与正常运行工况下的电流轨迹;其次,针对IPCS单相绕组开路故障进行分析,得到的电流轨迹验证了故障条件下电机将产生旋转磁场;然后,从调整定子电流幅值与相位的角度出发,基于最小铜耗准则建立了目标函数,并构建了用于实现网侧电流平衡与无旋转磁场的两个约束条件,利用Matlab优化工具fmincon求解优化结果。最后,搭建了实验平台,在1.5kW功率条件下进行了实验研究,实验结果验证了理论分析的正确性。

电动汽车用多相电驱重构型车载充电系统关键技术综述

电驱重构型车载充电系统为电动汽车电气部分提供了一种全新轻量化设计思路,旨在利用电驱单元分时执行电驱与充电2种变流功能。相较于三相电驱系统,多相电驱系统具有输出转矩平滑、容错性能强等诸多优势特性。鉴于此,该文首先归纳现有并网式多相电驱重构型车载充电系统的拓扑结构与控制策略,并介绍其容错运行方案;然后,着重分析太阳能电动汽车用多能量端口电驱重构型车载充电系统的工作原理与控制策略;最后,总结全文并对多相电驱重构型车载充电系统的发展方向进行展望。

计及退磁分析的电驱重构型车载充电系统

电驱重构型车载充电(EDROC)系统通过将驱动系统组件复用为充电系统,分时执行电驱和充电功能,能够有效降低成本和充电设备的体积占用。然而,在高温工况下EDROC系统中的永磁同步电机(PMSM)存在不可逆退磁的风险。鉴于此,本文通过分析电机在不同条件下退磁程度,进而提出电机在充电工况下安全运行边界。首先,分析EDROC系统在直流充电和边跑边充模式下的绕组电流;其次,建立电机不可逆退磁模型;然后,针对不同充电模式,详细分析不同温度和充电电流下电机退磁程度,并以此建立电机在充电工况下的安全运行边界;最后,基于一台2 kW实验样机开展实验,验证本文不可逆退磁模型的准确性以及安全运行边界对EDROC系统安全运行的必要性。

刮板输送机永磁直驱系统机-电耦合模型仿真与试验

为解决刮板输送机传统异步驱动系统因减速器而造成的传动效率低、故障率高、可靠性低等问题,基于永磁同步电机设计了1套输送量可达1500万t/a的刮板输送机永磁直驱系统,并匹配计算了所需的永磁同步电机功率、转速以及变频控制器容量。根据永磁直驱系统与刮板输送机之间的机-电耦合关系,利用MATLAB/Simulink仿真软件搭建刮板输送机永磁直驱系统的机-电耦合模型,仿真分析了永磁直驱系统在空载启动、满载运行、多边形效应等多种工况下永磁同步电机的输出转速、转矩、三相电流以及刮板链的速度、加速度、张力等动态特性变化规律。仿真结果表明,永磁直驱系统在刮板输送机启动及负载变化时能够快速响应且比较准确,由于减少了减速器的柔性缓冲,电机输出转速与转矩对负载突变响应波动较大;永磁直驱系统的动态响应在突变负载下与突变量成正相关关系,应当从驱动系统控制算法的优化角度出发减小波动,改善其性能;多边形效应影响系统速度控制的稳定性,机头链轮啮合处的链条更易受到多边形效应的影响。搭建小功率永磁同步电机直驱模拟试验台架,将仿真得到的机械负载特性曲线等效处理后通过测功机加载输入,开展了刮板输送机永磁同步电机直驱系统的模拟驱动试验。试验结果表明,台架试验测得的永磁同步电机动态特性曲线与对应仿真试验得到的永磁同步电机动态曲线的变化规律基本一致,从而从侧面验证了笔者所建立刮板输送机永磁直驱系统机-电耦合模型的正确性。

电动汽车用电驱重构型充电系统及其关键技术综述

电动汽车用电驱重构型充电(EDRC)系统是一类将电机绕组重构成滤波电感或储能电感,电驱逆变器重构成整流或直流变换装置并共用电驱控制器及传感器单元的新型充电系统拓扑结构。电动汽车用EDRC系统具有模块集成度和能源存储空间高、充电模式和控制方式多样、控制灵活、冗余性和可靠性高等优异特性,在大功率、快速充电场合具有广阔的应用前景。对电动汽车用三相交流接口结构型式EDRC系统在国内外的研究和发展现状进行了分析和总结,介绍了EDRC系统的多种拓扑结构及其特点,对系统的控制技术进行了全面综述,并分析了EDRC系统绕组通电对电机电磁性能的影响,最后对EDRC系统的未来研究与发展进行了展望。

基于虚拟同步机技术的六相电驱复用型车载充电系统

电驱复用型车载充电(EDROC)系统通过复用电驱系统推进电机绕组、大定额逆变器装置与控制电路,能够分时执行电驱与充电两种变流功能,在成本、功率等级以及功率密度等方面具有显著优势。本文针对电网波动情况下三相交流接口不稳定的问题,引入了虚拟同步电机(VSM)控制,确保EDROC系统安全稳定运行。首先,介绍了六相EDROC的电路拓扑与基本工作原理;其次,利用六相电机多控制自由度的优势,将基波平面的转矩产生分量映射到x-y谐波子平面,从而实现在充电过程中无电磁转矩产生;然后,建立了三相AC/DC接口的VSM控制数学模型,使变换器模拟同步电动机运行;最后,搭建了试验样机进行实验,结果为电流总谐波失真度(THD)为2.91%,满足国标,并且系统能够及时响应频率变化,结果表明所提方法具有理想的功率调节以及零电磁转矩性能。

电驱系统瞬态NVH特性分析与实验研究

为了研究新能源汽车电驱系统的振动噪声特性,构建了电驱系统结构有限元模型,并施加相应的电磁力和轴承力,分析了电驱系统加速工况的振动噪声。首先,通过永磁同步电机的二维瞬态场分析,得到稳速工况点作用于定子齿的电磁力;其次,应用多体动力学分析得到电驱系统各稳速工况的轴承力;然后,提取稳速工况下电磁力和轴承力的主阶次激励,并用三次样条插值得到各阶次的瞬态激励力,进行电驱系统加速工况的振动噪声分析;最后,对比分析了半消声室台架实验结果与仿真结果。研究表明,综合考虑电磁激励和机械激励,并通过插值拟合成瞬态激励的方法能有效地预测电驱系统瞬态噪声-振动-声品质(noise vibration and harshness,简称NVH)特性。

多相电驱重构型车载充电系统绕组开路故障诊断与容错控制

电动汽车(EV)用电驱重构型车载充电系统(EDROC)因其突出的商业价值成为国内外学者的研究焦点。文中针对六相EDROC充电模式中单相绕组开路故障条件下的故障诊断与容错控制进行研究。首先,介绍了六相EDROC的电路拓扑与基本工作原理;其次,针对绕组开路故障问题,提出一种简单易行的故障诊断方法,包括故障检测与故障定位两个环节,分别通过判断电流矢量的角度变化率与绕组电流平均极性实现;然后,研究了系统单相开路故障下的容错控制,通过重新分配绕组电流幅值与相位,实现网侧电流平衡与无旋转磁场;最后,搭建了实验平台,实验结果验证了所提故障诊断方法与容错控制的正确性。

钢铁厂汽电双驱系统的应用分析

钢铁厂有众多高耗能大型动力设备,同时生产过程中产生大量的中低温余热资源,如何将这些资源变废为宝,有效利用,降低 企业能耗,值得我们研究和探讨。本文探讨一种汽电双驱风机的方案。

耦合氢能的光储充电站多目标优化配置策略

单独规划充电站和加氢站会占用多余土地,导致投资成本较高。为此,提出了耦合氢能的光储充电站设计思路,并对其多目标优化配置进行研究。构建耦合氢能的光储充电站结构,建立充电站中主要设备的模型,设计充电站的工作模式;以最小化年建设成本、年弃光与失负荷成本、年总排放成本为目标,建立充电站的多目标优化配置模型,并采用基于聚类算法改进参考点约束的第三代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅲ)进行求解;通过MATLAB仿真得到综合效益最优的充电站容量配置方案,验证所提耦合氢能的光储充电站的可行性,为未来的电-氢能源系统的发展提供借鉴与参考。

电-液双源混驱装载机举升系统特性研究

装载机广泛应用于工程建设、抢险救灾等关乎国计民生的领域。普遍采用液压系统驱动与传递动力,但系统能量效率较低,且在装卸货物的过程中存在大量势能浪费,增加了整机燃油消耗和碳排放量。针对上述问题,提出电-液双源混合驱动系统,将电机械执行器的高能效与液压缸-蓄能器高势能回收效率的优势相融合,采用高能效电机械执行器控制系统运动,液压缸-蓄能器平衡系统外负载力并回收利用系统重力势能。文中根据所提电-液混驱系统工作原理,对系统进行了理论分析,进一步搭建了所提系统试验测试平台,对系统的电液功率配比进行了优选,明确了系统的工作与能耗特性。试验结果表明,与原有阀控系统相比,相同工况下所提系统可降低能耗51.7%,峰值功率59.6%。研究成果对工程机械领域“双碳”战略愿景目标的实现具有积极促进作用。

直驱式光伏电-热复合相变蓄热板热性能及其建筑供暖可行性探讨

太阳能光伏技术的发展为我国北方地区建筑冬季可再生能源供暖提供了可能,然而光伏组件系统不稳定的低压直流电力特性,与建筑电力能源系统稳定的交流电力特性不具匹配性,给光伏电力高效应用带来挑战。本文基于课题组提出的直驱式光伏电-热复合相变蓄热墙体设计理念,搭建了电-热复合相变蓄热板实验台,结合实验与理论分析方法,研究了墙板光伏电-热特性、相变蓄热及其传热特性;进一步搭建了1:8缩尺阳光房实验台,研究并把握该墙板应用于建筑供暖的可行性。实验结果表明,光伏组件系统日输入电量1.8 kW·h/d、室外环境温度18℃条件下,电-热复合相变热板蓄放热效率为93.3%、有效放热时间可达12 h;缩尺模型实验房间较对照房间空气温度平均提高3.6℃,夜间北壁体内表面温度提高7.2℃,北墙体夜间向室内供热量的72%由光伏电贡献。研究结果可为光伏电-热相变蓄热供暖技术在建筑领域的广泛应用提供重要参考。