Analysis of Electrical and Non-electrical Causes of Variable Frequency Drive Failures

VFDs （variable frequency drives） are an integral part of many industrial plants and stations. Reliable operation and maintenance of these drives is vital to ensure sustained plant operation and availability. Understanding of the principles of operation of VFD systems as well as knowledge about their required operating environment is necessary for all operating personnel. Many times the operating personnel do not get involved with different technical issues until a complete failure has occurred. Hence, the awareness of the most dominant failure causes has a significant impact on assisting operators to avoid catastrophic failures and tremendous economic losses due to VFD shutdown. Proper plant design, accurate monitoring and data logging, following manufacturer preventive maintenance schedule, and choosing qualified team of operators can be the key to an efficient operation and a long lifetime for any VFD system. In this paper, we have analyzed the electrical and non-electrical causes of VFD failures based on a case study of a typical medium voltage VFD pumping station. Finally, recommendations are given from field analysis and observations.

飞机电推进系统高效能电机及其驱动控制技术

飞机动力系统的电气化是继机载二次能源逐步统一为电能之后航空电气化发展的重要方向和高级阶段,能够大幅提升飞机动力系统能量利用效率,是航空业绿色发展的重要途径。电机系统是飞机电推进系统的核心机电能量变换环节,高效能电机、电力电子变换及其驱动控制技术是电推进飞机发展的基础支撑。该文从电推进飞机动力系统架构出发,分析电推进飞机电机系统的特征与要求。总结永磁同步电机、异步电机、电励磁无刷同步电机和超导电机4种类型电机在电推进飞机上的研究和应用现状,系统讨论电推进系统中不同类型电机和电机驱动器的关键技术。最后,展望新材料、新器件、新工艺、人工智能和综合热管理等技术对电推进飞机电机及其驱动控制技术发展的推动作用。

电动智能农业车辆开发技术与现状

为提高从业人员对电动智能化农业车辆现阶段技术状况的认知水平,本文从电动化、智能化两个方向进行调研、分析了电动智能农业车辆在电驱动、动力电池、智能网联等技术方面的国内外发展概况。经过对大量文献进行分析,中国电动智能化农业车辆存在起步晚、技术落后、产业化程度滞后等问题,中国在电驱动技术、电池技术、网联化技术等方面还有较大的研发空间。

电驱式玉米高速作业播种机控制系统设计与试验

我国市面上流行的玉米播种机多数采用指夹式排种器和气吸式排种器,依靠地轮传递带动排种器排种,在一定程度上提高播种粒距均匀性,但排种仍然会受到地轮打滑的影响。针对以上问题,设计电驱式玉米高速作业智能播种机控制系统,以STM32F103芯片作为主控器核心,该系统由地轮安装速度传感器测量机具速度,根据智能车载终端设置的作业参数,通过算法计算目标排种电机转速,实现播种株距与机具前进速度实时匹配,采用红外光电式传感器进行实时播种监测。室内试验和田间试验结果表明:该系统转速控制精度高,播种计数和漏播监测精度较高;设置株距为25 cm时,作业速度分别为8 km/h、10 km/h、12 km/h进行3组重复试验,在3种作业速度下,平均合格指数分别为95.18%、94.36%、91.24%;变异系数分别为15.36%、16.83%、18.24%。

混合动力汽车功率分流传动系统扭转振动及其影响因素研究

针对某款混合动力汽车,综合考虑发动机、电机、复合行星齿轮机构、离合器、减速器、差速器和半轴等部件,采用集中质量法建立功率分流传动系统动力学模型。在此基础上,分析不同运行工况下传动系统固有频率和振型,分别研究电机和发动机激振频率与传动系统固有频率之间的关系,仿真分析扭转减振器刚度对传动系统固有频率的影响规律,通过改变扭转减振器刚度从而使得传动系统共振转速远离发动机常用工作区。

电驱传动高速端齿轮系啸叫机理及优化设计

为解决高速电驱传动系统的齿轮啸叫问题,在传统齿轮修形方式的基础上,基于传动系统动态啮合刚度计算,探讨了电驱传动高速端齿轮系振动响应分析及结构优化设计方法。首先,将高速端齿轮系离散为齿轮副单元和轴段单元并进一步耦合轴承—壳体单元,给出了对应单元的动力学方程,建立了系统动力学模型;其次,推导了动态啮合刚度数学模型,以齿轮副传递误差和动态啮合刚度乘积作为激励力,求解了系统扭转振动响应;之后,结合某电驱传动系统,开展了振动响应仿真并与实测结果进行对比,验证了系统动力学模型及基于动态啮合刚度求解振动响应的有效性;最后,研究了不同齿轮副布局形式及零件结构对动态啮合刚度和传递误差的影响,制定了结构优化方案并对优化前后实测结果进行比较。结果表明,优化后高速端齿轮系振动响应明显下降,齿轮啸叫问题得到有效改善。研究结果可为电驱传动齿轮系统的优化设计提供思路。

液电串联驱动挖掘机回转系统能耗特性研究

针对液电混驱回转装置制动能量高效回收与利用问题,提出基于电机转速控制模式与转矩控制模式的控制方式。首先,对液电混驱回转系统进行理论与原理分析;之后,在AMESim中对该系统进行了仿真分析,并为后续实验提供参考;最后,通过实验对比分析了转矩模式与转速模式差别。结果表明:转矩模式相对于转速模式运行过程更平稳,功率无波动;转速模式更有效利用蓄能器能量,相对于传统挖掘机节省48.4%,比转矩模式节省42%;转矩模式超调量比转速模式大8%,整体上转速模式优于转矩模式。

面向海上风电仿真的永磁同步发电机电磁暂态等效建模方法

海上风电的建模与仿真是构建新能源为主体的新型电力系统的关键支撑技术。永磁同步发电机(PMSG)作为直驱或半直驱机型的核心元件,现有模型存在一定的局限性:商业软件提供的灰箱模型无法得知建模原理,开放程度不够,限制了风电机组应用高效电磁暂态建模算法与并行加速算法;目前常用的PMSG建模方法无法生成接口与外电路连接;PMSG是同步发电机的一种,而同步发电机有不同阶数的数学模型,现有模型不便更改。针对上述问题,该文提出阶数可选的PMSG电磁暂态等效建模方法。首先对发电机电压、磁链方程进行离散化;然后通过单步长延时消除代数环,重构PMSG模型,推导得到其诺顿等效电路并构建模型整体仿真框架;最后,在RTDS仿真平台中进行仿真分析。结果表明四阶、二阶模型在场站级仿真具有适用性,而六阶模型实现了对基准模型的多工况高度拟合,平均相对误差小于4%,能够同时满足场站级与机组内部各仿真需求。

计及阶梯碳交易及热电比的沿海城市综合能源系统优化调度

针对沿海城市综合能源系统存在多类型能源供需不平衡的问题,提出了计及阶梯碳交易及热电比的沿海城市综合能源系统调度优化策略。首先,引入海水淡化电解水制氢模型、阶梯式碳交易机制、热电比可调的模型;其次,采用CPLEX求解器,以购能成本、碳排放成本和弃风成本最小为优化目标,设定多种运营场景;最后,对计及阶梯碳交易及热电比的沿海城市综合能源系统调度优化策略进行了仿真实验。仿真结果表明:所提模型能在灵活提供各种能源的同时,降低系统运行的弃风成本、购能成本及碳交易成本。

双馈感应式风电场电网友好型功率控制系统技术改造

当前我国电网新能源装机渗透率高,迫切需要光伏电站、风电场深度参与电网调峰、调压,为此分析目前双馈感应式风电场功率控制系统结构复杂、功能重叠、信息传递环节多、故障率高、控制策略落后的现状,论证双馈感应式风电场进行电网友好型功率控制系统技术改造的必要性、可能性,提出包括优化系统结构、改进控制策略、简化通信网络、充分发挥双馈风电机组优良的有功/无功控制能力等各项改进措施,并以双馈感应式风电场功率控制系统技术改造实例加以说明,同时对新能源电站是否必须加装无功补偿装置进行讨论。性能验收试验表明,改造后的风电场功率控制系统无需配置无功补偿装置,其各项技术指标优于国家技术标准。该项技术的应用有利于电网的安全、稳定、经济运行,在新建风电场推广可降低造价昂贵的一次性投资,减少运行损耗,具有一定的社会效益和经济效益。

纯电动力非公路矿用自卸车驱动系统研究及应用

传统的机械传动矿车碳排放较高,驱动系统结构复杂,在高海拔低温环境中降功率现象严重,运营成本较高。针对某100 t机械传动自卸车的驱动系统,研究了其驱动系统的组成及特点;提出了一种包括主牵引传动+辅助系统的驱动系统和控制系统方案并对控制算法进行了描述。主牵引系统采用793 kWh动力电池作为动力源,结合直接转矩控制算法驱动1台680 kW的主牵引电机,辅助系统的两个逆变模块、DC/DC模块和电池散热机组可以分别驱动转向和举升液压泵电机,为整车空调和散热风机提供电源以及为动力电池提供散热电源;对整车进行海拔5500 m、-30℃的满载工况下的制动/牵引转换、重载上坡起步、重载上坡行驶、重载下坡电制动等矿山现场装载试验,运行情况稳定可靠,降低运营成本93%,累计运行4230 h,累计运行里程4238 km。该驱动系统结构简单,回收的制动能量提高了系统能效,减少了碳排放,促进了绿色矿山的发展。

考虑故障关联区域划分的电力系统线路过载自动校正方法

为了提高电力系统线路过载的校正精度,提出考虑故障关联区域划分的电力系统线路过载自动校正方法。通过对电力系统中的直流潮流进行分析,构建支路功率越限的标识矩阵,划分电力系统故障关联区域。通过构建过载线路的配对灵敏度向量,调整过载线路的功率,引入控制节点,将最小的功率调整量作为允许的调整量,计算电力系统的最终调整量。调节发动机的动力,减少参与修正的发电机数目,构建目标函数。通过消除线路过载的约束和发电机功率调整的上下限约束,构建电力系统线路过载自动校正模型,实现电力系统线路过载的自动校正。实验结果表明,本文方法对IEEE39节点系统线路过载的校正精度可以达到90%以上。

电动汽车续驶里程影响因素分析

电动汽车因操作便捷、噪声低、节能环保等特点,已成为人们出行的首选交通工具之一。续驶里程作为电动汽车的关键性能之一,广受关注。分析了影响续驶里程的能量流向,然后以能量流向为基础,分析了电动汽车的整车参数、动力电池、电机及其控制器系统、制动能量回收等因素对续驶里程的影响,展望了未来电动汽车续驶里程增加的方向。

可调交流电源系统的设计与测试分析

文章从硬件电路设计、软件系统设计两个方面介绍可调交流电源系统的设计思路,然后对可调交流电源系统的输出波形进行测试,对不同载波、频率、给定电压条件下,输出电压及电流分别进行分析,得出此种可调交流电源系统输出波形与正弦波形较接近,能为电气实验中交流电源输送提供支持。

普速铁路电力系统中性点接地方式探讨

铁路电力系统作为铁路系统行车供电的重要设备,同时又是国家电力系统的组成部分。通过着重分析普速铁路电力系统中性点接地方式的主要特征和优缺点,并围绕常见中性点接地方式的选择依据与方法展开探讨,提出了一些实际可行的合理建议,旨在强化铁路电力系统的供电可靠性、安全性,提高电能质量,促使铁路电力系统为铁路运输更好地发挥作用。

大功率电力机车驱动系统噪声试验与分析

为了分析大功率电力机车牵引电机电流谐波和齿轮啮合噪声特性,文章对驱动系统噪声试验技术进行研究,搭建了满足驱动系统参数要求的噪声试验平台;运用声强法测试驱动系统噪声声功率级,采用阶次跟踪分析驱动系统噪声不同阶次特征,获取了大功率电力机车驱动系统噪声试验数据,为后续大功率电力机车噪声优化设计提供数据支撑。

基于负荷侧调节能力的电力市场交易类型研究

在发展新型电力系统的进程中,充分利用负荷侧的调节能力至关重要。为此,需设计符合市场基础条件、系统化的市场交易类型。从商品、交易标的物和交易类型的概念入手,综合考量国内外研究和发展动向,梳理和分析了可调节负荷的各种市场交易类型。此外,还探讨了各类需求响应项目、调峰交易和定制化的中长期电能交易等在特定的电力市场发展阶段的适用主体和效果。

高铁电力系统供电可靠性研究

高铁电力系统供电是否可靠直接关系铁路运输能力和运输秩序,为提高高铁电力系统供电可靠性,对近三年来高铁电力设备故障典型案例进行分析,结合广西沿海高铁电力系统运行维护中发现的一系列影响供电的突出问题,提出从电力系统设计源头提高供电可靠性的对策,通过电力设备设立防火分区、接地装置改造、电缆中间接头运行环境改造、电力系统结构和防护设施优化、增设应急供电发动机等措施,保障了高铁电力系统供电的可靠。

太阳能增程式发电系统续航里程分析

为应对环境污染等因素,国家层面逐步倡导和支持新能源汽车开发。就目前而言,纯电动汽车续航里程不足的问题依旧阻碍着新能源汽车的发展。为解决这一问题,文章开展了太阳能增程式发电系统对纯电动汽车供电的研究。在车顶装载四块A级单晶硅发电板吸收太阳散发的能量,利用控制器和功率分析仪,对发电板转换的电能和实际为蓄电池充电的电能进行数据记录,并进行理论计算和实验发电量的对比分析。通过固定式台架测试和移动式整车测试两组实验,测试实际情况下可转换的电能以及可增加的里程数。实验结果表明,一天内太阳能电池的发电量与实际充入动力电池包的电量有一定的电量损失,但仍可以为汽车增加20~30 km的续航里程。

升压模块对混合动力电驱各系统的设计影响

随着用户对混合动力汽车在不同工况下的强动力性和低油耗追求越来越高,搭载升压模块,即双向直流转直流(DC/DC)变换器能满足用户要求的一种技术方案。文章主要针对升压模块应用在混合动力汽车后,其中电机、电控、速比匹配、策略优化四个维度的设计变化,并分析在混合电驱动力系统中的设计逻辑以及阐述了增加升压模块之后各子系统应用中可能遇到的技术难点,为混合动力汽车采用升压模块提高动力性和油耗提出一些设计思考。