《電工技術學報》電機系統及展望領域最新優文推薦｜2024年8月29日
《電工技術學報》是中國電工技術學會主辦的電氣工程領域綜合性學術期刊，報道基礎理論研究、工程應用等方面具有國際和國內領先水平的學術及科研成果。中國工程院院士馬偉明任《學報》編委會主任，兼《學報》主編。
作者：關濤, 劉大猛, 何永勇
摘要：電傳動技術是車輛實現全電化的重要基礎,電驅動系統是電動車輛的動力核心,而輪轂電驅系統是電驅動系統的終極驅動形式,輪轂電機的性能在輪轂電驅系統中具有決定性作用。首先,該文介紹了輪轂電驅系統的結構形式,對不同磁場類型的輪轂電機的優缺點進行了分析;其次,調研了目前市場主流輪轂電機產品的性能參數,爲輪轂電機的研發提供參考目標;然後,針對輪轂電機高功率/轉矩密度、寬轉速運行範圍、高運行效率和高可靠性等需求,分別調研了徑向磁場、軸向磁場和橫向磁場等不同類型的永磁輪轂電機的研究現狀;最後,展望了不同磁場類型的永磁輪轂電機的發展方向。
引用本文：關濤, 劉大猛, 何永勇. 永磁輪轂電機技術發展綜述[J]. 電工技術學報, 2024,39(2): 378-396. Guan Tao, Liu Dameng, He Yongyong. Review on Development of Permanent Magnet In-Wheel Motors. Transactions of China Electrotechnical Society, 2024,39(2): 378-396.
作者：於克訓, 陳曦, 謝賢飛, 趙探探, 潘衛東
摘要：無刷雙饋電機具有結構可靠、變頻器容量小等優勢,非常適合靈活運行於防爆、易燃等特殊或極端工況,近年來受到廣泛關注。該文根據無刷雙饋電機的基本工作原理,明確了該類電機的命名原則與規範名稱;總結了現有定轉子方案的結構及性能特點,綜合考慮性能指標與結構工藝,提出了轉子雙套繞組的發展方向;梳理了無刷雙饋電機的穩態等效電路模型及基於各類數學模型的優化設計方法,針對現存難以完整考慮不同轉速工況性能的不足,闡明瞭利用新型同步-異步相串聯等效電路進行優化設計的思路;對比分析了經典及新近出現的無刷雙饋電機控制系統拓撲和控制策略特點,面向典型電動、發電工況建立了完整的電機及控制系統。最後,對無刷雙饋電機的上述理論研究問題及工業應用的發展方向進行了總結闡述,爲該類電機的深入研究及加快推廣應用提供參考和指導。
引用本文：於克訓, 陳曦, 謝賢飛, 趙探探, 潘衛東. 無刷雙饋電機研究綜述與展望[J]. 電工技術學報, 2024,39(2): 397-422. Yu Kexun, Chen Xi, Xie Xianfei, Zhao Tantan, Pan Weidong. Overview and Prospect of the Brushless Doubly-Fed Machine Research. Transactions of China Electrotechnical Society, 2024,39(2): 397-422.
作者：武嶽, 張志鋒
摘要：軸向磁通永磁電機的扁銅線交流銅耗會嚴重影響電機性能,因此扁銅線交流銅耗的精確計算與抑制十分重要。採用三維瞬態場計算交流銅耗,雖然可以獲得精確的結果,但存在計算時間長和對計算機性能要求高的問題。爲了權衡計算精度與計算時間,提出一種混合解析計算的方法。該方法將三維有限元與解析法相結合,可以考慮趨膚效應、鄰近效應和外部磁場對交流銅耗的影響。爲了抑制交流銅耗,提出採用扁線立繞的導體排列方式。利用該方法對不同導體排列方式的交流銅耗和電機效率進行計算,並通過三維瞬態場有限元進行驗證。最後,對一臺60 kW的樣機進行實驗,實驗結果、有限元結果和混合解析計算結果基本吻合,驗證了混合解析計算的準確性和扁線立繞的有效性。
引用本文：武嶽, 張志鋒. 軸向磁通永磁電機扁銅線交流銅耗的混合解析計算及抑制[J]. 電工技術學報, 2023,38(24): 6609-6618. Wu Yue, Zhang Zhifeng. Hybrid Analytical Calculation and Suppression of AC Copper Loss of Flat Copper Wire in Axial Flux Permanent Magnet Motor. Transactions of China Electrotechnical Society, 2023,38(24): 6609-6618.
作者：李昊巖, 許海平, 陳曦
摘要：單級三相全橋驅動拓撲無法保證力矩控制模式的定子無鐵心永磁無刷直流電機在全電流指令範圍內電樞電流連續。採用增加電樞迴路等效電氣時間常數的思路,選取Buck+半橋、全橋串聯電感、Buck+全橋三種驅動拓撲,對三種驅動拓撲保證電機正常運行的條件以及不同驅動拓撲的固有屬性進行理論分析、說明和對比。在基於數字控制器的三種驅動平臺上,使用同一臺電機進行實驗驗證。實驗結果表明,三種驅動拓撲均能保證電機的正常運行,實測電流波形證明了關於拓撲特點的理論分析的合理性。對三種驅動拓撲實測穩態運行性能進行了詳細的數學分析,爲小功率無鐵心永磁無刷直流電機的工程應用提供了參考依據。
引用本文：李昊巖, 許海平, 陳曦. 定子無鐵心永磁無刷直流電機驅動拓撲設計方案及對比[J]. 電工技術學報, 2023,38(24): 6619-6631. Li Haoyan, Xu Haiping, Chen Xi. Design and Comparison of Drive Topologies for Stator-Ironless Permanent Magnet Brushless DC Motor. Transactions of China Electrotechnical Society, 2023,38(24): 6619-6631.
作者：馮婉, 張文娟, 苗軼如, 黃守道, 楊生博
摘要：死區、管壓降等非線性因素會在逆變器的輸出電壓中注入低次諧波,從而引起定子電流發生5次與7次諧波畸變並增加轉矩脈動。同時,由於電動汽車用感應電機的固有頻率較低,當電機中高速運行時,定子電流的低次諧波頻率與電機固有頻率重合,從而產生低頻共振。針對上述問題,該文首先對感應電機固有頻率的仿真與測試方法展開研究,確定電機的固有頻率範圍。然後在對死區與管壓降所引起諧波畸變特性進行分析的基礎上,提出在轉子磁鏈定向後的兩相旋轉座標系（dq座標系）下矢量控制系統中電流內環加入可衰減6次諧波的諧振控制器,並針對諧振控制器參數的設計方法展開研究。最後建立仿真模型與實驗平臺,結合電流快速傅里葉變換（FFT）分析結果與功率譜密度以及振動實驗數據,並與其他前饋補償方法進行對比,證明通過對dq座標系下6次諧波的抑制,可有效降低定子電流的5次與7次諧波以及固有頻率處電機的振動功率,同時說明該文的理論分析與所提的dq座標系下6次諧波抑制方法是正確且可行的。
引用本文：馮婉, 張文娟, 苗軼如, 黃守道, 楊生博. 基於dq座標系下6次諧波抑制的車用感應電機低頻共振削弱方法[J]. 電工技術學報, 2023,38(24): 6632-6645. Feng Wan, Zhang Wenjuan, Miao Yiru, Huang Shoudao, Yang Shengbo. Low Frequency Resonance Reduction Method of Induction Motor Used by Electric Vehicle Based on Sixth Harmonic Suppression in dq Coordinate. Transactions of China Electrotechnical Society, 2023,38(24): 6632-6645.
作者：劉國海, 孫汶超, 周華偉, 劉正蒙
摘要：傳統無差拍直接轉矩磁鏈控制（DB-DTFC）策略應用於五相永磁同步電機（PMSM）時存在穩態性能差、轉矩和磁鏈耦合、諧波電流大等問題,該文提出一種改進型DB-DTFC策略。首先,爲實現轉矩和磁鏈的解耦控制,在兩相靜止座標系中對定子電壓與轉矩和磁鏈之間的關係進行分析,求解滿足控制要求的電壓矢量。其次,設計電流和磁鏈觀測器補償數字控制系統的延時。再次,採用基於4個非零電壓矢量的空間矢量脈寬調製（SVPWM）技術,抑制相電流的3次諧波分量。實驗結果表明,該策略計算簡便,抑制了轉矩和磁鏈脈動,降低了3次諧波電流,提升了控制系統動穩態性能。
引用本文：劉國海, 孫汶超, 周華偉, 劉正蒙. 五相永磁同步電機改進型無差拍直接轉矩和磁鏈控制[J]. 電工技術學報, 2023,38(24): 6658-6667. Liu Guohai, Sun Wenchao, Zhou Huawei, Liu Zhengmeng. An Improved Deadbeat Direct Torque and Flux Control Strategy of Five-Phase Permanent Magnet Synchronous Motor. Transactions of China Electrotechnical Society, 2023,38(24): 6658-6667.
作者：於佔洋, 胡旭陽, 李巖, 井永騰, 王瑾
摘要：全電動飛機用高功率密度外轉子永磁同步電機的損耗主要集中在定子鐵心和繞組上,導致傳統的強迫風冷方式難以將熱量通過機殼、端蓋傳遞到外界。爲此,首先,該文提出一種基於熱管技術的高性能冷卻系統,此冷卻系統充分利用熱管高導熱性能,將熱管一端插入定子鐵心軛部,另一端連接相應的冷卻結構進行散熱,並綜合對比分析了三種不同散熱器結構的散熱能力。在此基礎上,搭建實驗測試平臺,對所提出冷卻系統的散熱能力和平均散熱係數進行實驗測試。其次,爲了提高電機的功率密度,採用單齒鐵心繞線工藝,降低了繞組銅耗和質量,並對單齒繞線方式下直流銅耗進行解析建模。最後,設計、製作一臺22極24槽全電的飛機用外轉子表貼式永磁同步電機（SPMSM）,測試樣機在不同飛行工況下的溫升分佈情況,驗證了所提出冷卻系統的有效性。
引用本文：於佔洋, 胡旭陽, 李巖, 井永騰, 王瑾. 新型強迫風冷散熱結構在高功率密度外轉子表貼式PMSM上應用分析[J]. 電工技術學報, 2023,38(24): 6668-6678. Yu Zhanyang, Hu Xuyang, Li Yan, Jing Yongteng, Wang Jin. Application Analysis of Novel Forced Air-Cooled in Outer Rotor Surface-mounted PMSM with High Power Density. Transactions of China Electrotechnical Society, 2023,38(24): 6668-6678.
作者：趙玫, 趙君, 左思承, 禹國棟, 張華強
摘要：橫向磁通永磁直線電機的電負荷與磁負荷相互解耦,且各相之間相互解耦,易於實現模塊化和多相化,因此在石油開採領域有着良好的應用前景。首先,該文基於磁場調製原理,對橫向磁通永磁直線電機的徑向電磁力波進行了推導計算,得出對徑向電磁力波影響最大的因素爲軸向氣隙磁通密度分量與徑向氣隙磁通密度分量,在此基礎上對徑向電磁力波的時空特性與頻譜特性進行仿真計算,得出電樞磁通密度對電機徑向電磁力波的頻譜特性的影響;然後,考慮到電機實際運行中可能出現的次級偏心問題,揭示偏心度的大小對徑向電磁力波幅值的影響,並對比不同偏心度下的電機徑向磁拉力與軸向磁拉力,定量分析偏心度對不平衡磁拉力的影響;最後,爲避免共振,利用有限元軟件對電機的初級進行了模態分析與諧響應分析,結果表明低速狀態下橫向磁通永磁直線電機的額定運行頻率較低,不會引起初級的共振,適合用作往復式潛油電泵的驅動電機。
引用本文：趙玫, 趙君, 左思承, 禹國棟, 張華強. 橫向磁通永磁直線電機電磁振動特性分析[J]. 電工技術學報, 2024,39(1): 168-181. Zhao Mei, Zhao Jun, Zuo Sicheng, Yu Guodong, Zhang Huaqiang. Analysis of Electromagnetic Vibration Characteristics of Transverse Flux Permanent Magnet Linear Motor. Transactions of China Electrotechnical Society, 2024,39(1): 168-181.
作者：龔夕霞, 李焱鑫, 盧琴芬
摘要：模塊化永磁直線同步電機（MPMLSM）具有效率與推力密度高、可靠性和可加工性好等優點,非常適用於長行程運輸系統;缺點是批量生產中性能易受到加工公差的影響。針對這一問題,該文提出了一種考慮製造公差的綜合多目標魯棒優化設計方法。首先,基於六西格瑪設計方法建立了魯棒優化模型;其次,採用拉丁超立方採樣方法在尺寸公差範圍內根據正態分佈規律進行抽樣,模擬大規模生產時電機尺寸受公差影響可能會出現的各種變化;再次,在尺寸優化範圍內均勻抽樣構成足夠的訓練樣本,由有限元軟件仿真這些抽樣方案的推力性能,並基於反向傳播神經網絡建立電機設計代理模型;然後,應用該代理模型對拉丁超立方採樣得到的樣本進行電機性能的計算,求解樣本整體對應的各優化目標的均值與方差,進而計算多目標優化的適應度;最後,採用非支配排序遺傳算法Ⅱ進行全局優化,得到魯棒優化方案,與不考慮公差的確定性優化方案相比,驗證了該方法的有效性。魯棒優化方案雖然略微增加了電機體積和推力波動,但是其失效概率低,受公差影響小,更加符合產品批量生產過程中的質量要求。
引用本文：龔夕霞, 李焱鑫, 盧琴芬. 模塊化永磁直線同步電機考慮製造公差的推力魯棒性優化[J]. 電工技術學報, 2024,39(2): 465-474. Gong Xixia, Li Yanxin, Lu Qinfen. Thrust Robustness Optimization of Modular Permanent Magnet Linear Synchronous Motor Accounting for Manufacture Tolerance. Transactions of China Electrotechnical Society, 2024,39(2): 465-474.
作者：吳翔, 陳碩, 李佳, 張甲哲, 張曉
摘要：針對傳統正交鎖相環（QPLL）應用於永磁同步電機無位置傳感器控制中存在的反轉失效與加、減速工況下出現顯著的轉子位置直流偏移誤差問題,該文提出一種改進的正交鎖相環（IQPLL）。其通過重構鑑相器環節,使得鑑相器的輸出與永磁同步電機的轉向不再相關,從而解決傳統QPLL在電機反轉時估算轉子位置出現180°偏差的問題。此外,在新型鑑相器結構下,設計前饋環路以補償加、減速工況下的位置直流偏移誤差。並建立了IQPLL的小信號模型,根據系統的頻率響應特性給出了IQPLL的參數設計方法。實驗結果表明,相對於傳統的QPLL,所提出的IQPLL可實現永磁同步電機無位置傳感器控制正、反轉穩定運行,並有效抑制了加、減速工況下的轉子位置直流偏移誤差。
引用本文：吳翔, 陳碩, 李佳, 張甲哲, 張曉. 基於改進正交鎖相環的永磁同步電機無位置傳感器控制[J]. 電工技術學報, 2024,39(2): 475-486. Wu Xiang, Chen Shuo, Li Jia, Zhang Jiazhe, Zhang Xiao. Sensorless Control of Permanent Magnet Synchronous Motor Based on Improved Quadrature Phase-Locked Loop. Transactions of China Electrotechnical Society, 2024,39(2): 475-486.
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