- 白雨卉;武玉才;
为对汽轮发电机的转子故障做出精准识别，本文基于转子磁极线圈匝间短路造成的发电机磁场损失，推导得出电磁转矩的实际值小于期望值这一特点，从而提出一种在线检测转子磁极线圈不稳定匝间短路的新型方法。该方法首先通过发电机的二维静态电磁有限元仿真获取机组运行的励磁电流理论值；然后进行多工况下的仿真计算，生成励磁电流关于有功和无功的三维曲面，利用二元插值法实现任意工况的发电机励磁电流理论值的快速求解；最后通过理论值与实际值偏差判断转子磁极线圈是否存在匝间短路。故障实例表明，该诊断方法可在保证计算速度及精度的前提下，实现对转子磁极线圈匝间短路的有效监测。
2024年06期 No.298 1-7+44页 [查看摘要][在线阅读][下载 1433K] - 简优宗;原晓琦;张亦驰;杨合民;胡静;吴彦飞;吴晨阳;
同步电动机作为同步旋转设备，由于其无功响应的自发、无延时性的特点，能够快速抑制电网暂态过电压，目前正在大范围应用于分布式调相机。由于分布式调相机没有顶轴油系统，因此初始启动阻力矩较大，使用常规的变频启动控制方法难以保障机组的启机成功率。本文提出对变频启动系统初始动力矩进行分段给定的控制方法，既能解决分布式调相机启动困难的问题，又能很好的按照原定启机转速曲线完成启机任务。
2024年06期 No.298 8-12页 [查看摘要][在线阅读][下载 1285K] - 刘金栋;宋兆新;马征;赵福万;卢毅;孙士涛;
变速抽蓄机组作为重要调节电源，在系统功率平衡、频率调节方面发挥重要作用，同时变速抽蓄机组双馈发电电动机运行可靠性越来越受到人们的重视。因此，本文提出了应对双馈发电电动机速度传感器故障的容错控制策略，以增强变速抽蓄机组的运行可靠性。该策略利用定子磁链模型参考自适应估算转速，并与光码盘实测转速相比较，而后通过滞环、SR触发器构成速度传感器故障检测与隔离，完成速度传感器故障情形下双馈发电电动机转速信号的主动切换，保障双馈发电电动机不间断运行。最后，通过MATLAB仿真，验证所提容错控制策略的有效性。
2024年06期 No.298 13-20页 [查看摘要][在线阅读][下载 3213K] - 王伟炳;朱龙;
本文研究了三矢量模型预测电流控制(TV-MPCC)的基本原理，分析了使电流代价函数最小的最优电压矢量作用时间的计算方法。利用ANSYS Maxwell、Simplorer、Simulink建立永磁游标电机的有限元模型、驱动电路模型和TV-MPCC模块，将三者联合组成场路耦合仿真模型。通过场路耦合仿真实验，对比分析了采用TV-MPCC和磁场定向控制(FOC)策略的性能差异。对比分析了TV-MPCC应用于场路耦合仿真和定参数仿真的差异。结果表明，TV-MPCC可以应用于永磁游标电机，并能够提高电流响应的快速性，降低其超调量，且场路耦合仿真结果在电机大转矩运行时比定参数仿真更加精确。
2024年06期 No.298 21-27页 [查看摘要][在线阅读][下载 2099K] - 段志强;王晓明;米兴社;陈晓杰;杨杰;刘学忠;梁杰省;王紫媛;
对于全球最大功率20MW级的海上集成型风力发电机，存在低短路转矩、低转矩脉动、低振动、低噪音设计，集成设计，轻量化设计，高功率密度电机散热难等诸多技术难点。通过对气隙、槽宽、槽数及多套绕组的联线方式等电磁方面的创新设计，重点对负载及短路工况的电磁特性进行分析，获得最优电磁方案。从强度校核、模态分析等结构方面对发电机进行了轻量化设计。采用磁-固-流-热等多物理场仿真方法，对发电机散热系统进行设计，满足高功率密度的散热要求。通过型式试验验证，发电机额定功率20.32MW,效率98.28%,绕组温升控制在99K,整机重量31t,功率密度达到655W/kg,各项性能指标均达到国际领先水平。
2024年06期 No.298 28-34页 [查看摘要][在线阅读][下载 2757K] - 余凌飞;刘健萍;史博;陈兴钊;李达;
氢能具有零污染、来源广、效率高等特点，氢燃料空气压缩机一般为高速永磁同步电机，是未来新能源汽车发展的重要方向。通常情况下空气压缩机的转速都相对较高，电机的传感器在高速工况下获得的信号不够精确。本文提出了一种基于d轴电压误差补偿法的有效磁链法无传感器控制算法，设计了一款针对氢燃料空气压缩机的电机控制器，建立了有效磁链模型以及锁相环模型估计电机转子位置，提出了d轴电压补偿法对估计的转子位置结果进一步优化，采用三段式启动策略设计控制器的硬件结构(包括主控芯片、驱动芯片以及外围电路等),并对该控制器的基本性能和稳定性进行了测试验证，结果表明：该控制器在77kHz载频下可以将电机转速提高至150kr/min,启动时间0.9s,加速到最高转速耗时1.44s,控制器结构简单，鲁棒性强。
2024年06期 No.298 35-44页 [查看摘要][在线阅读][下载 1949K] - 崔小伟;赵南南;马毓敏;乔鹏博;
为了优化永磁同步电机调速系统的动态性能，提出了一种新型抗干扰滑模控制策略。首先，提出了一种新型滑模趋近率，在传统指数趋近率的基础上将等速项系数改为时变量，并且引入系统的状态变量和滑模面函数的幂次项，不仅能够有效的抑制系统抖振，而且提高了系统到达滑模面的趋近速度。基于新型趋近率，提出了永磁同步电机滑模速度控制器。然后，针对高切换增益引起的高频抖振现象，提出了一种改进的抗干扰滑模控制方法。该方法引入扩张状态观测器对集中扰动进行观测，并将观测到的值前馈补偿到滑模控制中，提高了系统的鲁棒性。最后，仿真与结果均验证了所提出的控制策略的有效性。
2024年06期 No.298 45-52页 [查看摘要][在线阅读][下载 1984K] - 杜小渊;任晓辉;马瑞;谭静;
本文结合牵引电机中的典型定子结构，运用仿真软件对电机定子中关键螺栓进行静力学分析和模态分析，发现机座与铁芯之间过盈量、螺栓倾斜对螺栓受力的影响均很小；并进行了不同工况下定子铁芯的模态试验测试，验证了仿真模型的准确性，还得到铁芯垂直度对其动力学特性的影响较大。为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预测，以及结构动态特性的优化设计提供依据。
2024年06期 No.298 53-58页 [查看摘要][在线阅读][下载 1883K] - 张益中;余双敏;傅斌;
兆瓦级飞轮储能电压达到千伏级，频率达到500Hz以上，并且在低气压下运行，因此对电机的定子绕组防晕能力提出了新的挑战。本文以气压和频率作为影响因子，通过仿真计算和试验验证研究上述因子对于储能电机定子绕组放电的影响，为现有防晕结构的改进提供优化方向。研究结果表明，在单因素影响方面，气压对于绕组电晕放电的影响要明显大于频率带来的影响，而两者结合后的影响会使起晕电压发生又一次突变式的下降。
2024年06期 No.298 59-64+70页 [查看摘要][在线阅读][下载 3039K] - 原晓琦;杨合民;胡静;简优宗;
异步电动机具有结构简单、运行效率高、转动惯量小、动态响应快以及维护工作量小等优点，可以实现节能、提高产品质量和生产效益等目的。静止状态下的异步电动机直接启动时，由于没有形成反电动势，会产生4～8倍额定电流的冲击电流，不但影响工作在同一电网的其它设备的正常运行，而且会对电机本身及其拖动设备造成不可逆的损伤，因此大容量异步电动机的启动往往采用降压软启动的方式。同时，大容量异步电动机往往具有大的初始阻力矩，若软启动系统的初始触发角给定不合理，则会出现电机堵转、启机时间长等问题，从而影响启机任务。本文针对此种现象提出了对异步电动机短路阻抗、初始触发角的估算方法，当采用电流限幅启动时，可根据不同的限幅要求计算出对应的初始触发角，使得电流能快速上升到给定值，从而克服初始阻力矩快速完成启机任务。
2024年06期 No.298 65-70页 [查看摘要][在线阅读][下载 1301K] - 祝奔霆;徐磊;肖祖旺;
齿槽转矩对永磁电机的动态性能影响较大，削弱齿槽转矩是永磁电机设计的重点之一。本文运用复磁导率法结合麦克斯韦应力张量方程，推导出了齿槽转矩的解析求解方法，并基于解析法和遗传算法分别对电机极弧系数及磁极边缘角度进行了优化，在优化过程中不降低电机的整体气隙磁密。通过有限元软件Maxwell进行验证，结果表明所求得的最优极弧系数精度在3%以内，优化后的磁极边缘角度可使电机齿槽转矩幅值最高降低48%。本文所使用的优化方法不需要较长求解时间，且具有较高的优化精度，通过优化极弧系数和磁极边缘角度可以有效降低齿槽转矩幅值，为电机的齿槽转矩削弱及动态性能优化设计提供了一定的工程意义。
2024年06期 No.298 71-77页 [查看摘要][在线阅读][下载 1578K] - 何永清;蒋明君;秦光宇;韩波;
本文针对某水电站水轮发电机顶罩内通风换热问题，开展了水轮发电机顶罩内通风和温升共轭计算数值研究，分析了顶罩内不同通风结构、风压等对顶罩内冷却换热的影响机理以及顶罩内的气体流通规律和换热机理，提出了改进顶罩内通风冷却效果的结构方案。研究表明：合理的设置顶罩侧面开孔数(减少孔数)和布置防尘罩与集电环间距(增大间距)有利于通风冷却，降低集电环和碳刷温度，保证机组安全运行。
2024年06期 No.298 78-84+94页 [查看摘要][在线阅读][下载 3181K]