Study of Steady-state Performances for a Novel Line-start Single-phase Permanent Magnet Synchronous Motor With Three Parallel-connected Windings

对于三相感应电动机的单相运行,学者们已经提出了多种实用的接线方式,比如Smith接法、SEMIHEX接法。然而,对于三相异步起动永磁同步电动机的单相运行,很少有合适的接法提出。将并联式接法应用于三相异步起动永磁同步电动机的单相运行,提出了一种新型三绕组并联式异步起动单相永磁同步电动机。分析了三相异步起动永磁同步电动机同步运行时以及起动瞬间的正序、负序阻抗,基于对称分量法,对该接法电机的对称运行条件进行分析,得出了电容的确定方法,并利用遗传算法对电容值进行优化。提出了该新型电机稳态性能的计算方法;设计了一台高功率因数和一台低功率因数三相异步起动永磁同步电动机作为样机,并分别将其改接为三绕组高效单相永磁同步电动机,进行实验研究。实验结果表明,低功率因数的异步起动永磁同步电动机更适合改接成新型三绕组并联式单相永磁同步电动机。由低功率因数三相永磁同步电动机改接成的单相异步起动永磁同步电动机在额定负载下运行时,具有与同容量三相永磁同步电动机相近的效率和更高的功率因数。

不同稳态工况对同步调相机单相短路后暂态温升的影响

同步调相机可在系统故障时为特高压直流换流站提供暂态无功支持,以保持系统电压稳定,防止直流换相失败,但调相机的高无功输出也会导致其温升增加,运行能力受限。系统故障前同步调相机的初始工况是影响其暂态温升和运行能力的一个重要因素,为研究系统低电压时调相机暂态温升与初始工况之间的关系,该文将调相机的电磁场、温度场与电网模型耦合,计算调相机不同稳态工况下的定转子损耗和温度分布;以线路单相短路故障引起的系统低电压为例,研究调相机初始工况对暂态温升的影响。在考虑各结构件最大容许温度的条件下,揭示调相机单相短路持续时间随初始工况的变化规律。研究结果为提升调相机在系统低电压下的暂态运行能力提供技术支持。

Instantaneous power calculation based on intrinsic frequency of single-phase virtual synchronous generator

In order to enhance the stability of single-phase microgrid,virtual synchronous generator(VSG)control method is investigated in this paper.Its electromagnetic model and electromechanical model are established to illustrate the performance of VSG.Considering the 2 nd fluctuation of fundamental-frequency in the output power,an instantaneous power calculation strategy is proposed based on the intrinsic frequency of single-phase VSG.Besides,a virtual power calculation method is presented to achieve islanded/grid-connected seamless transition.Stability analysis and comparison simulation results demonstrate the correctness of the presented power calculation method.At last,the effectiveness of the proposed approach is verified by comparison experiments of islanded/gridconnected operations in a 500 VA single-phase inverter.

北斗实时百皮秒级单差时频同步方法

高精度时频传递与时间同步服务已成为全球导航卫星系统应用领域的研究热点,国内外学者围绕GNSS高精度时频同步模型算法及相关应用等方面开展了诸多研究。本文提出基于载波相位的差分高精度时间传递模型,实现基于北斗卫星导航系统的实时百皮秒级单差时频同步。以中国计量科学研究院的光纤链路为参考,北斗时间同步精度优于时频同步系统的实时秒脉冲时间同步精度优于100 ps;在7 d的测试时段内,链路的时间稳定度优于70 ps;链路频率万秒稳定度可达10-15量级,频率长期稳定度可达10-16量级。利用BDS进行单差时频同步的频率稳定度与GPS相当,对开展BDS在时频领域的下一步推广应用提供重要的参考意义。

基于谐波注入分段供电永磁直线同步电机变流器开路推力波动抑制

该文提出一种电流谐波注入的方法,减小长定子分段并联供电永磁直线同步电机系统的驱动变流器发生单相开路故障下电机推力波动。首先,根据动子在定子段的位置,推导出分段单元电机的电压方程,得到各个单元电机的推力表达式和系统总推力。然后,依据变流器单相开路前后的全耦合状态下单元电机基波磁动势不变的原则,构造降阶坐标变换矩阵,得到电机的电压方程和推力表达式。采用注入谐波电流、优化故障后直线电机的输出推力的方式,消除变流器单相开路故障产生的4次和6次推力谐波并消除耦合因数变化对电机推力影响;通过多变流器协同控制多单元电机,有效降低变流器单相开路故障后的推力波动,提高电机的最大输出推力。仿真和实验验证该方法的有效性。

基于改进零脉冲插入法的永磁同步电机相电流重构策略

直流母线单电流采样永磁同步电机系统存在相电流重构盲区,导致电流采样失真,提出一种改进零脉冲插入法,实现相电流重构。首先,分析传统固定零脉冲插入法的缺点,由于各相插入零脉冲作用时间相同,未能发挥“双开关PWM”模式抑制电流纹波的优势;其次,通过各相PWM占空比调整零脉冲时间,延长电流采样窗口,提出改进零脉冲插入法重构策略,消除重构盲区,并针对该方法重构盲区出现其他扇区有效电压矢量的情况,分析其空间电压矢量合成关系,证明参考电压矢量合成的准确性;最后,基于戴维南电路法,提出不同电压矢量作用时的电路简化模型,对比两种方法的电流纹波幅值,并搭建永磁同步电机实验平台进行实验。结果表明,改进零脉冲插入法的电流重构误差低于3%,相比传统方法,电流纹波抑制效果达到50%,相电流畸变率从12.72%下降到6.87%。

基于单相锁相环无相移同步旋转滤波器的永磁同步电机无位置传感器控制

针对滑模观测器中观测值存在脉动误差及由前级低通滤波器带来的相位滞后,提出一种基于单相锁相环无相移同步旋转滤波结构.首先,基于电机数学模型建立滑模观测器,分析传统同步旋转滤波器产生相位滞后的原因;其次,省去前级低通滤波器,经过dq变换滤除反电动势中的高次谐波与抖振,采用旋转坐标系下的单相锁相环计算转子位置和转速;最后,搭建Matlab/Simulink仿真模型,建立永磁同步电机无位置传感器矢量控制实验平台,对传统同步旋转滤波器和基于单相锁相环无相移旋转滤波器分别进行性能比较.仿真和实验结果表明所提方法相较于传统同步旋转滤波结构,跟踪性能更好,观测精度更高.

弱电网下直驱风机网侧换流器建模及稳定运行控制策略分析

直驱风机网侧换流器可能因与弱电网动态交互引发系统失稳问题.为探究系统的交互机理,保证系统的稳定运行,首先对直驱风机并网模型进行了合理简化,建立了弱电网下直驱风机网侧换流器与电网交互的单输入单输出传递函数模型,并应用经典频域判据进行稳定性分析,探究电气与控制环节对于系统稳定性的影响.其次在分析锁相环导致系统失稳的原因基础上,提出了一种新型3阶锁相环控制结构设计方案,并对锁相环参数进行了多目标优化设计.结果表明,3阶锁相环具有更好的谐波衰减效果,在短路比为2的极弱电网下仍可以保持稳定运行.最后基于MATLAB/Simulink仿真平台验证了所提设计方案的有效性.

电压单相跌落下VSG输出平衡电流控制策略

电网发生单相电压跌落会造成双馈风机变换器输出电流不平衡、冲击电流过大。传统虚拟同步控制策略以理想电压为基础建模,无法应对电压负序分量与正序分量耦合的情况,将直接影响电流环和脉冲宽度调制信号输出的稳定性。针对这一问题,提出了解耦双同步坐标系下基于单相Park变换的虚拟同步控制策略(DDSRF-VSG-Spark)。首先,通过解耦双同步参考坐标系实现正序分量与负序分量解耦,然后采用单相Park变换技术实现脉冲宽度调制信号和电流的稳定输出。最后,通过仿真对比验证,电网电压单相跌落期间,DDSRF-VSG-Spark能够保证系统的稳定运行。

基于单频通信的低压电力线通信系统设计与实现

为了提高低压电力线通信的可靠性,提出了一个将单频通信和低压电力线通信相融合的低压电力线载波单频通信系统。该系统在基于Q/GDW 11612—2016标准的物理层基础上,只需对数据链路层进行修改从而缩短了信号的传播时间。同时,提出一种基于分数型锁相环的间隔式时钟同步算法,避免了时钟的过度调节,实现了系统中单频通信时钟同步的高精度调整。仿真及实际测量结果表明:所提出的时钟同步算法具有很高的时钟精度;由于低压电力线载波单频通信系统融合了两者互补的优势,相比于电力线通信,该系统具有更高的通信可靠性。验证了低压电力线载波单频通信系统是实际可行可靠的。

模块化并联逆变器基于单总线的相位同步方法

为了消除共交直流母线结构的模块化并联逆变器高频零序环流,同时避免模块投入时的冲击电流,文中提出一种基于单同步总线的基波和载波相位同步方法。首先,分析晶振频率偏差对模块化并联逆变器高频零序环流的影响;然后,构建一个基于或非逻辑的同步信号发生器电路。同步信号发生器通过综合各模块的输入信号,产生一个公共的工频同步信号,并在同步信号的上升沿实现对基波和载波相位的逐周期调节。文中详细地进行基波和载波相位同步控制器参数设计,分析延时时间对载波相位同步控制的影响,并提出一种开环载波相位补偿方法。最后,通过实验验证所提方法的有效性。

基于改进的SMO永磁同步电机无位置传感器研究

为准确估计无位置传感器的永磁同步电机的转速和转子位置,减弱电机在中高速运行中抖振。论文定义一种积分滑模面,来实现二阶滑膜观测器控制,采取S函数中的的双曲正弦函数代替不连续的符号函数,用锁相环算法获取转子的位置信息,减少相位延迟。基于Matlab/Simulink对改进的SMO控制算法分析,仿真结果表明,改进的二阶滑膜观测器算法较传统SMO算法转子位置估计精度提高250%左右,稳定时转速估计误差在5r/min左右,估计的电机转速与转子位置精度大大提高。

基于单/双同步坐标系的软件锁相环建模和仿真

针对风力发电机组的低电压穿越控制要求,有必要研究适应电网电压平衡和不平衡情况下的电压快速准确检测方法。在分析单/双同步坐标轴系软件锁相环工作原理的基础上,基于Matlab/Simulink软件平台,分别建立了单同步坐标系软件锁相环(SSRF-SPLL)和双同步坐标系的解耦软件锁相环(DDSRF-SPLL)的仿真模型,并针对电网电压理想工况和电网电压三相不平衡情况,对单/双同步坐标轴系下软件锁相环的运行性能进行了仿真比较。结果表明,SSRF-SPLL仅适合电压理想正常工况下的监测,而DDSRF-SPLL不仅适合电压理想工况,而且无论是电压单相或两相跌落等情况也能快速地实现电压幅值、相位和频率的监测。

解耦双同步坐标系下单相锁相环技术

针对单相并网变换器的同步问题,提出了一种基于双同步坐标系的锁相环。将单相输入信号等效为αβ静止坐标系下的正序正交虚拟分量和负序正交虚拟分量之和,通过自解耦网络消除负序基波分量的影响,无需正交信号发生器就可获得输入信号的幅值、相位和频率信息。分析了输入信号存在直流分量、谐波分量、相角突变和起始阶段相角未知等因素对锁相结果的影响,给出了相应的抑制方法。仿真和实验结果表明:在各种非理想电网状态下,该算法都能快速、准确地提取电网电压基波分量的幅值和相位,实现同步信号的检测。

一种基于同步旋转坐标变换的单相锁相环新算法

单相锁相环技术对于一些需要电压相位信息的控制场合具有重要意义。本文提出一种单相锁相环新算法,算法基于同步坐标旋转变换,通过反馈解耦的方法简化了锁相环的结构,同时避免了滤波器带宽受到系统动态性能要求制约的问题。文中在介绍基于同步旋转变换的单相锁相环方法基础上,给出了改进算法的推导过程,并对新算法中的调节器参数进行了设计。仿真与实验结果验证了该新算法的有效性。

同步信号对可控串补在单相接地故障时的影响及控制对策研究

通过计算机数值仿真和动模实验及理论分析,研究了分别选取线路电流i和电容电压uc两种不同的同步信号时对可控串补(TCSC)装置在系统发生单相接地短路故障时的影响。以线路电流i作为同步信号易使单相接地短路故障时线路电流出现严重直流分量和严重扭曲现象;以电容电压uc作为同步信号时,故障后系统中未出现明显直流分量,但出现明显的低次谐波。采用线路电流的基波分量作为TCSC的同步信号较为合适,其优点是消除了同步信号中的直流分量和谐波分量,使同步信号相位起点不发生偏移,可使系统稳定运行。提出了有效控制对策,缩短了故障时的调节时间,消除了故障时的不良影响,提高了系统的暂态稳定控制特性。

一种三级式航空无刷同步电机起动控制策略

针对三级式航空无刷同步电机在采用单相交流励磁方式实现起动功能的过程中,主发电机励磁电流脉动,与励磁机电磁和机械耦合严重,采用单一电动机模型的传统起动控制方法会导致电机转矩脉动大、带载起动困难的问题,通过分析励磁机在起动过程中的输出特性,研究集励磁机和主发电机的一体化数学模型,提出了一种在非恒定电流励磁情况下的三级式航空无刷同步电机起动控制策略。实验结果表明,该控制策略对励磁脉动干扰不敏感,可明显提高电机在电动状态时的运行稳定性以及带载能力。

单相永磁同步电动机的建模与仿真

根据单相永磁同步电动机的数学模型 ,利用MATLAB提供的Simulink仿真工具构造了单相永磁同步电动机的通用仿真模型 ,并设计了友好的人机交互界面 ,通过仿真实验验证了模型的正确性。

小型单相同步发电机阻尼绕组作用分析

针对小型单相同步发电机负载运行时电压波形正弦畸变率大的问题,采用场路耦合时步有限元法建立了小型单相同步发电机的模型,编程计算了发电机在额定负载下,阻尼绕组应用不同连接形式和选用不同材料时的电磁场,比较了各种情况下的电压谐波含量大小,分析了小型单相同步发电机中阻尼绕组的作用。结果表明小型单相同步发电机中阻尼绕组可以削弱负序磁场的影响,降低电压波形正弦畸变率;阻尼绕组采用不同连接形式和选用不同材料对负序磁场的削弱程度不同,其中起主要作用的是阻尼绕组的连接形式。

一种小电流接地系统单相接地故障测距新方法

提出了一种基于广域同步信息的故障测距新方法,该方法基于线路的分布参数模型,利用横向故障电流与故障距离的关系构造了一个测距函数,利用线路两端的电压、电流同步信息,同时每假设一个故障点距离就可求出与之对应的横向故障电流值,在整条线路上利用迭代搜索的方法可求出唯一的一个最大横向故障电流,该电流的对应距离即为实际故障距离。大量仿真结果和现场试验均表明此方法具有较高的可靠性和测距精度,并且可以推广到其他类型的故障测距计算。