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中国电机工程学报
2009年 29卷 36期
刊出日期 2009-12-25
电力电子与电力传动
电机与电器
电工理论与新技术
 
电力电子与电力传动
1 丁冠军 汤广福 丁明 贺之渊
新型多电平电压源换流器模块的拓扑机制与调制策略

揭示一种新型多电平电压源换流器(voltage source converter，VSC)，即模块化多电平VSC的起源与工作机制；介绍其子模块与VSC拓扑及相应工作原理；针对此新型换流器拓扑，并结合基于VSC的高压直流输电领域(high voltage direct current transmission system based on VSC，VSC-HVDC)，提出一种基于幂和理论的改进型多电平基频开关调制策略。与通常策略中所使用的数字迭代技术，如“牛顿–拉夫逊”法相比，该文所提算法可显著简化运算、降低计算量，且能求出开关角的所有解；而通常算法仅能求出单一解，忽略了可能存在的其他解，最后进行了仿真验证。理论分析与仿真结果均说明关于模块化多电平VSC本质揭示的正确性及所提调制策略的优越性。
2009 Vol. 29 (36): 1-8 [摘要] ( 462 ) [HTML 1KB] [PDF 427KB] ( 683 )
9 唐健 邹旭东 何英杰 陈伟 朱良合 吴振兴 王成智 邹云屏
三相四线制三电平变换器新型三维矢量调制策略

中点不平衡问题是三相四线制三电平三桥臂变换器控制的难点问题，详细分析该拓扑变换器直流中点偏移的内在影响因素，提出中点平衡因子的概念，并导出中点平衡因子的计算公式。基于中点平衡因子，在a-b-c正交坐标系下提出一种新型三维调制策略，其可将多种复杂情况统一成3种基本类型，大大简化了因解决中点平衡问题带来的三维调制策略复杂性大幅增加的难题，为调制策略的数字化实现提供了便利。仿真分析和实验结果证实了新型三维调制策略的正确性及其对中点控制的有效性。
2009 Vol. 29 (36): 9-17 [摘要] ( 440 ) [HTML 1KB] [PDF 685KB] ( 326 )
18 张亮 张东 蔡旭
双馈型风力发电变换器主回路杂散电感的影响和抑制
双PWM变换器是MW级双馈型风力发电系统中的关键部件。在大功率风电变换器中，由于杂散电感的存在，器件在关断过程中往往会产生超出允许范围的瞬态尖峰值，从而导致其失效和损坏。因此，在研制兆瓦级双馈型风力发电变换器时要考虑如何对变换器回路的等效杂散电感进行抑制。针对上述问题，通过构建2 MW双馈型风电变换器功率主回路杂散电感等效分布模型，分析了杂散电感在器件关断过程中的影响。在此基础上，提出一种低感平面母线技术来抑制主回路的总杂散电感，并采用基于虚功原理的电磁场知识来对其电感值进行理论分析和计算。从结构设计和工程应用角度出发，对该母线的使用进行分析。样机试验结果表明，所提方案较之传统设计在抑制主回路杂散电感上更具有效性。
2009 Vol. 29 (36): 18-22 [摘要] ( 475 ) [HTML 1KB] [PDF 335KB] ( 611 )
23 王宝诚 郭小强 梅强 孙孝峰 邬伟扬
无变压器非隔离型光伏并网逆变器直流注入控制技术
直流注入是光伏并网发电系统中的一个重要问题。IEEE Std.929-2000规定直流注入必须小于系统额定电流的0.5%。然而，目前关于直流注入问题的相关研究较少。借鉴电容隔离直流的特性，从控制理论角度出发，提出一种基于虚拟电容的并网逆变器直流注入控制策略，通过并网电流前馈至占空比实现虚拟电容，有效地消除了并网电流中可能存在的直流分量。分析此方案的工作原理，设计电流控制和锁相算法，并采用Matlab/Simulink进行仿真研究。在500 W实验样机上进行方案可行性分析，实验结果验证了此方案的有效性。
2009 Vol. 29 (36): 23-28 [摘要] ( 610 ) [HTML 1KB] [PDF 680KB] ( 453 )
29 陈仲 朱银玉 邱岩 叶金鑫
近正弦输入电流三相整流器的分析和参数设计
研究一种低输入电流谐波的三相不控整流器。该整流器由输入电感、三相整流桥以及与整流二极管并联的电容组成，通过在交流侧加电感和在二极管上并联电容来改善网侧电流波形，提高功率因数。在分析该整流器3个工作模式的基础上，结合该电路的特性，提出一种相应的参数设计方案，给出参数的优化设计公式。利用这些公式设计了3台工作于不同模式的整流器，并通过实验进行验证和分析。结果表明该整流器与传统三相整流器相比，可显著降低输入电流的谐波含量，且在额定工作点附近可获得接近1的功率因数，从而证明了参数设计方法的正确性，可作为设计低输入电流谐波的三相不控整流器的参考依据。
2009 Vol. 29 (36): 29-34 [摘要] ( 492 ) [HTML 1KB] [PDF 465KB] ( 410 )
35 吴传平 罗安 帅智康 徐先勇 代亚培
注入式混合有源电力滤波器的数学模型及其特性
在分析注入式混合有源电力滤波器(injection type hybrid active power filter，IHAPF)工作原理的基础上，从控制的角度提出电压型逆变器的数学模型，在此基础上建立IHAPF的数学模型，对其稳定性和谐波抑制能力进行分析，着重探讨控制器参数对IHAPF稳定性和谐波抑制能力的影响，并提出控制器参数选择方法。仿真和实验结果证明了分析的正确性。
2009 Vol. 29 (36): 35-41 [摘要] ( 430 ) [HTML 1KB] [PDF 735KB] ( 383 )
电机与电器
42 龚宇 崔巍 章跃进 江建中 刘春华
采用换位设计的新型双凸极永磁电机

常规双凸极永磁(doubly salient permanent magnet，DSPM)电机通常采用集中绕组设计，且定子上每个永磁体对应整数倍的相绕组，造成了各相磁路每相最大与最小磁链处的变化率不一样，由此导致了各相反电势的偏差及每相反电势的左右不对称。每相绕组的各个串联线圈的自感随转子位置呈同方向变化，加剧了每相自感的波动程度，从而导致了磁阻转矩及转矩脉动的增加。提出一种新的DSPM电机及其设计方法——换位设计，以保持各相磁路严格对称，并且每相邻线圈的自感随转子位置变化趋势正好相反，从而可以最大程度地削弱磁阻转矩及电磁转矩脉动。利用时步有限元法进行计算，并与一台现有的类似结构的DSPM电机进行比较，样机的实验结果验证了该方法的有效性。
2009 Vol. 29 (36): 42-48 [摘要] ( 428 ) [HTML 1KB] [PDF 445KB] ( 382 )
49 张卓然 周竞捷 严仰光 周波
并列结构混合励磁同步电机的轴向漏磁及其影响
并列结构混合励磁同步电机(hybrid excitation synchronous machine，HESM)是混合励磁电机的一种典型结构。该文指出并列结构混合励磁同步电机内永磁部分与电励磁部分之间存在漏磁通耦合现象。考虑漏磁通的3维分布特性，建立电机3维场有限元模型，分析轴向漏磁的磁通路径和分布情况，计算得到不同励磁电流方向下轴向漏磁大小和分布的变化规律，表明漏磁通存在使电励磁部分气隙磁场双向调节作用不对称，从而影响励磁电流对并列结构混合励磁同步电机输出电压的调节。原理样机实验结果验证了分析结论。轴向漏磁影响调磁特性的问题对其他并列结构混合励磁电机研究有普遍的参考价值，该类新型电机的设计中应注意合理选择永磁部分和电励磁部分转子之间的轴向距离。
2009 Vol. 29 (36): 49-54 [摘要] ( 462 ) [HTML 1KB] [PDF 534KB] ( 405 )
55 郭志荣 谢顺依 高巍
带阻尼绕组的凸极永磁同步电机转子位置估计

带阻尼绕组的凸极永磁同步电机由于转子上安装有阻尼绕组，采用基于高频信号注入法的永磁同步电机转子位置估计方法时，高频电流响应中包含的阻尼绕组电流会影响转子位置估计的精度。对带阻尼绕组的永磁同步电机进行了建模、分析与仿真，得出是否有阻尼绕组，对凸极永磁同步电机的高频电流响应区别很大，并设计了阻尼绕组补偿器，补偿阻尼绕组电流对转子位置估计的影响。实验结果表明，在补偿了阻尼绕组电流的影响后，减小了转子位置估计的误差，提高了估计精度。
2009 Vol. 29 (36): 55-59 [摘要] ( 384 ) [HTML 1KB] [PDF 327KB] ( 428 )
60 凌睿 柴毅
永磁直线同步电机多变量二阶滑模控制
针对永磁直线同步电机的动力学特性，提出一种多变量二阶滑模控制算法，并设计了速度和电流控制器。算法在滑模量一阶导数未知的情况下，根据滑模量测量值的大小，在多个状态机之间进行切换产生控制输出，使滑模量及其一阶导数在有限时间内收敛到零。在测量噪声上界未知的情况下，算法实现了永磁直线同步电机控制系统的有限时间稳定，使系统精度达到O(d)。仿真结果表明，算法对参数变化、端部效应和负载扰动等不确定性具有很强的鲁棒性，消弱了“抖振”，提高了控制精度。算法结构简单，易于实现。
2009 Vol. 29 (36): 60-66 [摘要] ( 410 ) [HTML 1KB] [PDF 386KB] ( 393 )
67 谢洁飞 李新华 袁茂强
新型双动子直线振荡电动机
在研究国内外动磁式直线振荡电动机结构和原理的基础上，提出一种新型双动子直线振荡电动机。这种新型结构的直线振荡电动机主要由单相交流电源驱动，具有结构简单紧凑、推力大、行程长、效率高、铁心叠装方式与普通旋转电机叠装方式相同、加工制造容易等特点。针对直线振荡电动机的运行特点，建立基于等效磁路法的电磁场数学模型和有限元模型，推导电磁推力的计算表达式，并对空载以及非线性气体负载作用下的动力学特性进行了分析和数值模拟，理论计算结果与样机实验结果相符，为这种新型直线振荡电动机的设计、开发以及工程应用奠定了理论基础。
2009 Vol. 29 (36): 67-72 [摘要] ( 442 ) [HTML 1KB] [PDF 300KB] ( 428 )
73 安群涛 姜保军 孙力 赵克
感应电机传导干扰频段P型共模等效模型

脉宽调制(pulse width modulation，PWM)逆变器产生的共模电压会在感应电机内部的寄生耦合回路中产生共模耦合的漏电流和轴电流，带来显著的负面效应。为研究PWM驱动系统的共模电磁干扰，在分析电机内部寄生参数的基础上，指出感应电机绕组可视为均匀传输线，且共模电流沿绕组传播时的阻抗为定值。据此提出一种构建感应电机传导干扰频段高频共模等效电路的实验方法，并建立新型p型等效电路，适用于分析和预测PWM电机驱动系统整个传导干扰频段(0.15~30 MHz)的传导共模电磁干扰。仿真和实验结果验证了该模型的正确性。
2009 Vol. 29 (36): 73-79 [摘要] ( 462 ) [HTML 1KB] [PDF 619KB] ( 308 )
80 李伟力 李勇 杨雪峰 顾德宝
大型空冷汽轮发电机定子端部温度场与流体场的计算与分析

根据200 MW大型空冷汽轮发电机通风系统内流体流动与传热的特点，建立定子端部和多风路通风系统三维流动与传热耦合计算的数学模型和物理模型，并给出求解域相应的边界条件及假设条件，采用有限体积法对流体场和温度场控制方程进行耦合计算，可以得到定子端部流体出口处流量及端部绕组、压板周围的流体速度空间分布特性，从而确定多风路求解域中各风路入口的边界条件及端部各结构件的散热系数。分析了端部绕组、压板周围不同散热系数下，定子绕组、铁心、压指和压板温度的分布情况。将耦合场计算结果与实测结果进行分析，结果表明，端部计算模型计算出的各风路风量可作为多风路模型计算中各入口的流量边界条件，也表明多风路模型中的基本假设是合理的。结论对大型电机定子端部散热系数选择提供方法和依据。
2009 Vol. 29 (36): 80-87 [摘要] ( 443 ) [HTML 1KB] [PDF 390KB] ( 347 )
88 姜田贵 周波
用于驱动无刷直流电机的矩阵变换器闭环调制
给出一种矩阵变换器驱动无刷直流电机实现交交变频调速的控制策略。兼顾系统输入输出性能，将空间矢量调制和传统电压源型逆变器驱动无刷直流电机调制策略相结合，构成矩阵变换器控制无刷直流电机的新型调制方法。基于此调制方法，提出矩阵变换器驱动无刷直流电机交交变频调速的闭环控制策略。以调制比为中间变量，通过对调制比的修正及时调整变换器的输出电压，实现转速的准确跟踪。实验验证了所提控制策略的有效性。
2009 Vol. 29 (36): 88-95 [摘要] ( 350 ) [HTML 1KB] [PDF 442KB] ( 368 )
96 李和明 武玉才 李永刚
转子绕组匝间短路对电机轴电压的影响
研究转子绕组匝间短路故障与电机轴电压的联系，采用气隙磁导法分析电机气隙磁场，建立考虑定子齿槽效的气隙磁导模型。当转子绕组匝间短路故障发生后，轴电压信号中将出现与齿槽数对应的故障特征频率，该特征频率可以作为诊断转子绕组匝间短路故障的依据。在故障模拟电机上进行实验，验证了所提方法的正确性。
2009 Vol. 29 (36): 96-100 [摘要] ( 363 ) [HTML 1KB] [PDF 309KB] ( 399 )
101 周玉栋 许海平 曾莉莉 温旭辉
电动汽车双向阻抗源逆变器控制系统设计
分析了双向功率流阻抗源逆变器系统工作原理、脉冲调制方式。采用开关信号流图方法建立了统一的控制系统模型，从稳态直流模型推导出系统额定工作点，从动态小信号模型推导出系统传递函数。阻抗源逆变器控制系统是含有二维参数的非线性系统，对相互关联的2个控制变量(直通占空比D和调制系数M)进行动态解耦，对解耦系统设计了电压电流双环控制器以提高系统的动态性能和稳定程度，基于伯德图分析了控制系统的稳定性和动态特性。研制了一台55 kVA双向功率流阻抗源逆变器，实验结果表明，系统具有优良性能，可以有效应用于电动汽车和可再生能源发电系统等领域。
2009 Vol. 29 (36): 101-107 [摘要] ( 486 ) [HTML 1KB] [PDF 989KB] ( 486 )
108 陈德为 张培铭
基于图像测量的智能交流接触器设计技术
提出基于高速摄像机图像测量与处理的智能电器动态特性测试、设计思路与方案。以智能交流接触器动态过程测试为实例，介绍基于高速摄像机的智能交流接触器动态特性测试装置的测试原理、图像处理理论与方法。应用该测试装置，对智能交流接触器动作机构吸合、释放过程动态特性的ANSYS-ADAMS综合仿真结果进行验证，证明了仿真计算方法的正确性。该测试原理与图像处理方法不仅适用于智能交流接触器研究，而且适用于其它电器的智能化研究。
2009 Vol. 29 (36): 108-112 [摘要] ( 416 ) [HTML 1KB] [PDF 417KB] ( 399 )
113 郭凤仪 姜国强 赵汝彬 陈忠华 马同立 王智勇 任志玲
基于相对稳定系数的滑动电接触特性
利用自行研制的高性能滑动电接触实验机，对铜基粉末冶金滑板的滑动电接触特性进行实验研究。通过引入两个相对稳定系数和载流效率值对实验结果进行分析，得出滑板的滑动电接触特性与接触压力、滑动速度和接触电流之间的关系。在滑动速度恒定的条件下，增大接触压力，摩擦系数会增大，却改善了滑板的受流质量和摩擦副的摩擦稳定性，从而使磨耗率呈现先减小后增大的U字形变化规律，磨耗率最小时对应的接触压力阈值随接触电流的增大而增大。在接触压力恒定条件下，摩擦副的摩擦系数随滑动速度的增加不断减小，但其摩擦稳定性及受流质量却不断恶化，磨耗率随滑动速度的增加而减小，随接触电流的增加而增大。
2009 Vol. 29 (36): 113-119 [摘要] ( 440 ) [HTML 1KB] [PDF 514KB] ( 359 )
电工理论与新技术
120 张明霞 赵志斌 崔翔 陈家宏
应用矩量法分析山体对雷电辐射场的影响

雷电辐射电磁场的准确掌握对雷电定位、雷击过电压分析具有重要意义，基于矩量法重点分析了山体对雷电辐射场的影响。计算不考虑山体时的雷电辐射场，以前者的计算结果作为入射电磁波计算山体的散射，最终的雷电辐射场为两者的叠加。分析时，假设山体为介质体，分别讨论了山体的电阻率、高度、宽度以及山体距雷击点和观测点的距离对辐射场的影响，利用快速傅里叶变换得到相应的时域结果。计算结果表明了在一定范围内山体对雷电辐射场影响显著。对影响规律进行了总结。
2009 Vol. 29 (36): 120-128 [摘要] ( 435 ) [HTML 1KB] [PDF 702KB] ( 361 )
129 张玉华 孙慧贤 罗飞路
层叠导体脉冲涡流检测中探头瞬态响应的快速计算
针对飞机多层金属结构中各类隐藏腐蚀导致的金属层减薄、层离间隙变化等问题，建立任意n层层叠导体结构脉冲涡流检测的电磁场理论模型，应用矢量磁势A推导得到了导体结构对线圈探头的反射系数，将之归纳为n个矩阵相乘的形式。进一步导出了同轴双线圈探头频域响应的积分表达式，并根据低频电磁场传播特性和偏微分方程理论，将二重广义积分转化为级数求和，采用快速傅里叶变换计算探头的瞬态响应，并与有限元时步法进行对比，验证理论推导的正确性，结果表明级数展开结合快速傅里叶变换是一种更快速有效的求解方法。
2009 Vol. 29 (36): 129-134 [摘要] ( 386 ) [HTML 1KB] [PDF 327KB] ( 308 )
 
 
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