《电工技术学报》电机系统及展望领域最新优文推荐|2024年4月14日

作者：关涛, 刘大猛, 何永勇

摘要：电传动技术是车辆实现全电化的重要基础,电驱动系统是电动车辆的动力核心,而轮毂电驱系统是电驱动系统的终极驱动形式,轮毂电机的性能在轮毂电驱系统中具有决定性作用。首先,该文介绍了轮毂电驱系统的结构形式,对不同磁场类型的轮毂电机的优缺点进行了分析;其次,调研了目前市场主流轮毂电机产品的性能参数,为轮毂电机的研发提供参考目标;然后,针对轮毂电机高功率/转矩密度、宽转速运行范围、高运行效率和高可靠性等需求,分别调研了径向磁场、轴向磁场和横向磁场等不同类型的永磁轮毂电机的研究现状;最后,展望了不同磁场类型的永磁轮毂电机的发展方向。

引用本文： 关涛, 刘大猛, 何永勇.永磁轮毂电机技术发展综述[J].电工技术学报,2024,39(2):378-396.关涛,刘大萌,何永勇.永磁轮毂电机的发展综述。电工技术学报,2024,39(2):378-396.

作者：于克训, 陈曦, 谢贤飞, 赵探探, 潘卫东

摘要：无刷双馈电机具有结构可靠、变频器容量小等优势,非常适合灵活运行于防爆、易燃等特殊或极端工况,近年来受到广泛关注。该文根据无刷双馈电机的基本工作原理,明确了该类电机的命名原则与规范名称;总结了现有定转子方案的结构及性能特点,综合考虑性能指标与结构工艺,提出了转子双套绕组的发展方向;梳理了无刷双馈电机的稳态等效电路模型及基于各类数学模型的优化设计方法,针对现存难以完整考虑不同转速工况性能的不足,阐明了利用新型同步-异步相串联等效电路进行优化设计的思路;对比分析了经典及新近出现的无刷双馈电机控制系统拓扑和控制策略特点,面向典型电动、发电工况建立了完整的电机及控制系统。最后,对无刷双馈电机的上述理论研究问题及工业应用的发展方向进行了总结阐述,为该类电机的深入研究及加快推广应用提供参考和指导。

引用本文：于克训, 陈曦, 谢贤飞, 赵探探, 潘卫东.无刷双馈电机研究综述与展望[J].电工技术学报,2024,39(2):397-422. 俞可迅,陈习,谢贤飞,赵探潭,潘卫东.无刷双进料机研究综述与展望.电工技术学报,2024,39(2):397-422.

作者：武岳, 张志锋

摘要：轴向磁通永磁电机的扁铜线交流铜耗会严重影响电机性能,因此扁铜线交流铜耗的精确计算与抑制十分重要。采用三维瞬态场计算交流铜耗,虽然可以获得精确的结果,但存在计算时间长和对计算机性能要求高的问题。为了权衡计算精度与计算时间,提出一种混合解析计算的方法。该方法将三维有限元与解析法相结合,可以考虑趋肤效应、邻近效应和外部磁场对交流铜耗的影响。为了抑制交流铜耗,提出采用扁线立绕的导体排列方式。利用该方法对不同导体排列方式的交流铜耗和电机效率进行计算,并通过三维瞬态场有限元进行验证。最后,对一台60 kW的样机进行实验,实验结果、有限元结果和混合解析计算结果基本吻合,验证了混合解析计算的准确性和扁线立绕的有效性。

引用本文：武岳, 张志锋.轴向磁通永磁电机扁铜线交流铜耗的混合解析计算及抑制[J].电工技术学报,2023,38(24):6609-6618. 吴玥,张志峰.轴向磁通永磁电机扁铜线交流铜损的混合分析计算与抑制.电工技术学报,2023,38(24):6609-6618.

作者：李昊岩, 许海平, 陈曦

摘要：单级三相全桥驱动拓扑无法保证力矩控制模式的定子无铁心永磁无刷直流电机在全电流指令范围内电枢电流连续。采用增加电枢回路等效电气时间常数的思路，选取Buck+半桥、全桥串联电感、Buck+全桥三种驱动拓扑，对三种驱动拓扑保证电机正常运行的条件以及不同驱动拓扑的固有属性进行理论分析、说明和对比。在基于数字控制器的三种驱动平台上,使用同一台电机进行实验验证。实验结果表明,三种驱动拓扑均能保证电机的正常运行,实测电流波形证明了关于拓扑特点的理论分析的合理性。对三种驱动拓扑实测稳态运行性能进行了详细的数学分析,为小功率无铁心永磁无刷直流电机的工程应用提供了参考依据。

引用本文： 李昊岩, 许海平, 陈曦.定子无铁心永磁无刷直流电机驱动拓扑设计方案及对比[J].电工技术学报, 2023,38(24):6619-6631. 李浩言,徐海平,陈习.定子无铁芯永磁无刷直流电机驱动拓扑结构的设计与比较。电工技术学报,2023,38(24):6619-6631.

作者：冯婉, 张文娟, 苗轶如, 黄守道, 杨生博

摘要：死区、管压降等非线性因素会在逆变器的输出电压中注入低次谐波,从而引起定子电流发生5次与7次谐波畸变并增加转矩脉动。同时,由于电动汽车用感应电机的固有频率较低,当电机中高速运行时,定子电流的低次谐波频率与电机固有频率重合,从而产生低频共振。针对上述问题,该文首先对感应电机固有频率的仿真与测试方法展开研究,确定电机的固有频率范围。然后在对死区与管压降所引起谐波畸变特性进行分析的基础上,提出在转子磁链定向后的两相旋转坐标系（dq坐标系）下矢量控制系统中电流内环加入可衰减6次谐波的谐振控制器,并针对谐振控制器参数的设计方法展开研究。最后建立仿真模型与实验平台,结合电流快速傅里叶变换（FFT）分析结果与功率谱密度以及振动实验数据,并与其他前馈补偿方法进行对比,证明通过对dq坐标系下6次谐波的抑制,可有效降低定子电流的5次与7次谐波以及固有频率处电机的振动功率,同时说明该文的理论分析与所提的dq坐标系下6次谐波抑制方法是正确且可行的。

引用本文： 冯婉, 张文娟, 苗轶如, 黄守道, 杨生博.基于dq坐标系下6次谐波抑制的车用感应电机低频共振削弱方法[J].电工技术学报, 2023, 38(24):6632-6645. 冯婉,张文娟,苗一儒,黄守道,杨胜波.基于dq坐标六次谐波抑制的电动汽车感应电动机低频谐振降低方法.电工技术学报,2023,38(24):6632-6645.

作者：刘国海, 孙汶超, 周华伟, 刘正蒙

摘要：传统无差拍直接转矩磁链控制（DB-DTFC）策略应用于五相永磁同步电机（PMSM）时存在稳态性能差、转矩和磁链耦合、谐波电流大等问题，该文提出一种改进型DB-DTFC策略。首先,为实现转矩和磁链的解耦控制,在两相静止坐标系中对定子电压与转矩和磁链之间的关系进行分析,求解满足控制要求的电压矢量。其次,设计电流和磁链观测器补偿数字控制系统的延时。再次，采用基于4个非零电压矢量的空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术，抑制相电流的3次谐波分量。实验结果表明,该策略计算简便,抑制了转矩和磁链脉动,降低了3次谐波电流,提升了控制系统动稳态性能。

引用本文： 刘国海, 孙汶超, 周华伟, 刘正蒙.五相永磁同步电机改进型无差拍直接转矩和磁链控制[J].电工技术学报,2023,38(24):6658-6667. 刘国海,孙文超,周华为,刘正萌.改进的五相永磁同步电机的无节拍直接转矩和磁通控制策略。电工技术学报,2023,38(24):6658-6667.

作者：于占洋, 胡旭阳, 李岩, 井永腾, 王瑾

摘要：全电动飞机用高功率密度外转子永磁同步电机的损耗主要集中在定子铁心和绕组上,导致传统的强迫风冷方式难以将热量通过机壳、端盖传递到外界。为此,首先,该文提出一种基于热管技术的高性能冷却系统,此冷却系统充分利用热管高导热性能,将热管一端插入定子铁心轭部,另一端连接相应的冷却结构进行散热,并综合对比分析了三种不同散热器结构的散热能力。在此基础上,搭建实验测试平台,对所提出冷却系统的散热能力和平均散热系数进行实验测试。其次,为了提高电机的功率密度,采用单齿铁心绕线工艺,降低了绕组铜耗和质量,并对单齿绕线方式下直流铜耗进行解析建模。最后,设计、制作一台22极24槽全电的飞机用外转子表贴式永磁同步电机（SPMSM）,测试样机在不同飞行工况下的温升分布情况,验证了所提出冷却系统的有效性。

引用本文：于占洋, 胡旭阳, 李岩, 井永腾, 王瑾.新型强迫风冷散热结构在高功率密度外转子表贴式PMSM上应用分析[J].电工技术学报,2023,38(24):6668-6678. 俞占阳,胡旭阳,李岩,景永腾,王瑾.新型强制风冷在高功率密度外转子表面贴装永磁同步电机中的应用分析.电工技术学报,2023,38(24):6668-6678.

作者：赵玫, 赵君, 左思承, 禹国栋, 张华强

摘要：横向磁通永磁直线电机的电负荷与磁负荷相互解耦,且各相之间相互解耦,易于实现模块化和多相化,因此在石油开采领域有着良好的应用前景。首先,该文基于磁场调制原理,对横向磁通永磁直线电机的径向电磁力波进行了推导计算,得出对径向电磁力波影响最大的因素为轴向气隙磁通密度分量与径向气隙磁通密度分量,在此基础上对径向电磁力波的时空特性与频谱特性进行仿真计算,得出电枢磁通密度对电机径向电磁力波的频谱特性的影响;然后,考虑到电机实际运行中可能出现的次级偏心问题,揭示偏心度的大小对径向电磁力波幅值的影响,并对比不同偏心度下的电机径向磁拉力与轴向磁拉力,定量分析偏心度对不平衡磁拉力的影响;最后,为避免共振,利用有限元软件对电机的初级进行了模态分析与谐响应分析,结果表明低速状态下横向磁通永磁直线电机的额定运行频率较低,不会引起初级的共振,适合用作往复式潜油电泵的驱动电机。

引用本文：赵玫, 赵君, 左思承, 禹国栋, 张华强.横向磁通永磁直线电机电磁振动特性分析[J].电工技术学报,2024,39(1):168-181. 赵梅,赵军, 左思成,俞国栋,张华强.横向磁通永磁直线电机电磁振动特性分析.电工技术学报,2024,39(1):168-181.

作者：龚夕霞, 李焱鑫, 卢琴芬

摘要：模块化永磁直线同步电机（MPMLSM）具有效率与推力密度高、可靠性和可加工性好等优点，非常适用于长行程运输系统;缺点是批量生产中性能易受到加工公差的影响。针对这一问题,该文提出了一种考虑制造公差的综合多目标鲁棒优化设计方法。首先,基于六西格玛设计方法建立了鲁棒优化模型;其次,采用拉丁超立方采样方法在尺寸公差范围内根据正态分布规律进行抽样,模拟大规模生产时电机尺寸受公差影响可能会出现的各种变化;再次,在尺寸优化范围内均匀抽样构成足够的训练样本,由有限元软件仿真这些抽样方案的推力性能,并基于反向传播神经网络建立电机设计代理模型;然后,应用该代理模型对拉丁超立方采样得到的样本进行电机性能的计算,求解样本整体对应的各优化目标的均值与方差,进而计算多目标优化的适应度;最后,采用非支配排序遗传算法Ⅱ进行全局优化,得到鲁棒优化方案,与不考虑公差的确定性优化方案相比,验证了该方法的有效性。鲁棒优化方案虽然略微增加了电机体积和推力波动,但是其失效概率低,受公差影响小,更加符合产品批量生产过程中的质量要求。

引用本文：龚夕霞, 李焱鑫, 卢琴芬.模块化永磁直线同步电机考虑制造公差的推力鲁棒性优化[J].电工技术学报,2024,39(2):465-474. 龚希霞, 李彦欣,陆勤芬.模块化永磁直线同步电机的推力鲁棒性优化考虑制造公差。电工技术学报,2024,39(2):465-474.

作者：吴翔, 陈硕, 李佳, 张甲哲, 张晓

摘要：针对传统正交锁相环（QPLL）应用于永磁同步电机无位置传感器控制中存在的反转失效与加、减速工况下出现显著的转子位置直流偏移误差问题，该文提出一种改进的正交锁相环（IQPLL）。其通过重构鉴相器环节,使得鉴相器的输出与永磁同步电机的转向不再相关,从而解决传统QPLL在电机反转时估算转子位置出现180°偏差的问题。此外,在新型鉴相器结构下,设计前馈环路以补偿加、减速工况下的位置直流偏移误差。并建立了IQPLL的小信号模型，根据系统的频率响应特性给出了IQPLL的参数设计方法。实验结果表明，相对于传统的QPLL，所提出的IQPLL可实现永磁同步电机无位置传感器控制正、反转稳定运行，并有效抑制了加、减速工况下的转子位置直流偏移误差。

引用本文：吴翔, 陈硕, 李佳, 张甲哲, 张晓.基于改进正交锁相环的永磁同步电机无位置传感器控制[J].电工技术学报,2024,39(2):475-486. 吴翔,陈硕,李佳,张家哲,张晓.基于改进的正交锁相环的永磁同步电机无传感器控制。电工技术学报,2024,39(2):475-486.