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基于双绕组感应发电机的航空交直流集成发电系统

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航空动力学报 2024年第3期39卷 244-256页

作者：卜飞飞史建宇李朋刘皓喆赵云刘哲恺黄文新秦海鸿南京航空航天大学自动化学院南京211106 中国人民解放军94672部队南京211500 上海理工大学机械工程学院上海200093

为了满足飞机多电化对于航空发电系统提出的高功率密度、高品质供电以及交直流混合供电的要求,对比分析了多种交直流集成发电方案,并分析了其优势与不足,提出了一种基于双绕组感应发电机的航空交直流集成发电系统。该系统充分利用了双... 详细信息

为了满足飞机多电化对于航空发电系统提出的高功率密度、高品质供电以及交直流混合供电的要求,对比分析了多种交直流集成发电方案,并分析了其优势与不足,提出了一种基于双绕组感应发电机的航空交直流集成发电系统。该系统充分利用了双绕组感应发电机定子有两套三相绕组的特点,能够很好的实现交直流集成发电。在进行发电机初步设计后,基于多目标优化算法,以效率和功率密度为目标对双绕组感应发电机进行优化设计,采用交直流集成发电自抗扰控制策略,以提高该系统动态性能与负载适应性。最后研制了一台60 kW(交流24 kW,直流36 W)的双绕组感应发电机原理样机,实验结果显示,该交直流集成发电系统在交流侧突增、突卸负载时,电压突变在±10 V以内,恢复时间不超过25 ms,在直流侧突增、突卸负载时,电压波动在±30 V以内,恢复时间不超过45 ms,具有良好的动态性能和稳态性能,能够实现发电系统的高品质交直流集成发电。研究成果表明,基于双绕组感应发电机的航空交直流集成发电系统有望为我国多电飞机发电系统提供一种有竞争力的可选方案。

关键词：多电飞机交直流集成发电系统双绕组感应发电机多目标优化自抗扰控制

励磁电流对TMPS-HESM振动噪声影响的仿真分析

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计算机仿真 2024年第2期41卷 321-327页

作者：庞亮赵朝会杨清亮秦海鸿上海电机学院电气学院上海201306 上海海事大学物流工程学院上海201306 南京航空航天大学自动化学院江苏南京210016

为了研究励磁电流对切向聚磁型并联结构混合励磁电机(TMPS-HESM)振动噪声的影响,根据TMPS-HESM切向聚磁特点,建立电机等效磁路模型和Maxwell有限元仿真模型,在不同励磁电流条件下仿真分析了与电机振动噪声有关的转矩脉动、气隙磁密和电... 详细信息

为了研究励磁电流对切向聚磁型并联结构混合励磁电机(TMPS-HESM)振动噪声的影响,根据TMPS-HESM切向聚磁特点,建立电机等效磁路模型和Maxwell有限元仿真模型,在不同励磁电流条件下仿真分析了与电机振动噪声有关的转矩脉动、气隙磁密和电磁力等电磁性能。利用ANSYS Workbench仿真平台搭建了电磁振动噪声耦合仿真模型,计算了不同励磁电流条件下电机的振动响应与噪声变化。结果表明:励磁电流对混合励磁电机转矩脉动影响较小,对电机径向电磁力谐波(8,2f1)、(16,4f1)、(0,12f1)分量影响较大,是造成电机振动噪声的主要原因,其中(0,12f1)分量虽然与其它分量不是一个数量级,但仍会恶化电机振动噪声。

关键词：混合励磁切向聚磁型励磁电流电磁振动噪声仿真

基于改进型降阶观测器的永磁直驱伺服电动机转矩扰动抑制策略

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电工技术学报 2022年第16期37卷 4104-4115页

作者：卜飞飞郭子韬顾毅君轩富强秦海鸿南京航空航天大学自动化学院南京211106 中国船舶重工集团公司第七二四研究所南京211106

由于永磁直驱电机的直驱特性,电机转速平稳性受转矩扰动影响大,低速运行时受齿槽转矩影响,电机转速波动剧烈。该文分析传统比例积分速度控制方法无法兼顾跟踪性能和抗扰性能的缺点。为此引入传统降阶状态观测器,对转矩扰动进行估计和前... 详细信息

由于永磁直驱电机的直驱特性,电机转速平稳性受转矩扰动影响大,低速运行时受齿槽转矩影响,电机转速波动剧烈。该文分析传统比例积分速度控制方法无法兼顾跟踪性能和抗扰性能的缺点。为此引入传统降阶状态观测器,对转矩扰动进行估计和前馈补偿;分析系统扰动转矩到真实转矩之间传递函数的伯德图及锯齿波响应,根据零极点对消原则对传递函数进行期望设计,引入微分环节对传统降阶观测器进行改进,给出改进观测器的锯齿波响应并证明其补偿响应速度的提升,提出基于引入微分模块的降阶观测器前馈补偿方法。搭建永磁直驱伺服电动机扰动抑制实验平台,通过仿真和实验验证改进的降阶观测器对补偿谐振的抑制具有良好性能,且抗扰动能力更强,实现较大扰动低速下的稳定运行。

关键词：降阶观测器永磁伺服电动机直接驱动转矩扰动抑制

一种适用于GaN基电机驱动器的新型死区自适应控制方法

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中国电机工程学报 2023年第11期43卷 4422-4433页

作者：秦海鸿汪文璐谢斯璇彭江锦陈文明南京航空航天大学自动化学院江苏省南京市211106

设置死区时间是为了防止桥臂电路上下管直通问题,保证电机驱动器的可靠性。氮化镓(gallium nitride,GaN)基电机驱动器对死区设置较为敏感,死区时间过长会导致GaN器件反向导通损耗过高及电机驱动器输出波形畸变,过短则会造成输出电容损... 详细信息

设置死区时间是为了防止桥臂电路上下管直通问题,保证电机驱动器的可靠性。氮化镓(gallium nitride,GaN)基电机驱动器对死区设置较为敏感,死区时间过长会导致GaN器件反向导通损耗过高及电机驱动器输出波形畸变,过短则会造成输出电容损耗及高电流尖峰。该文对第一及第二死区时间的影响进行分类讨论,分析得出两种死区时间的优化原则,并基于此提出一种新型死区自适应控制方法。这种方法无需添加额外硬件电路,可以在消除输出电容损耗及电流尖峰的同时减小反向导通损耗,提高效率,并有效降低电机驱动器负载电流的总谐波失真,提高电机运行稳定性。仿真和实验验证新型死区自适应控制方法的有效性,且其在重载及高开关频率状态下较传统死区设置方法具有明显优势。

关键词： CoolGaN HEMT 死区优化自适应控制效率谐波抑制

SiC MOSFET栅源电压评估及驱动回路参数优化设计方法

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中国电机工程学报 2022年第18期42卷 6823-6834页

作者：秦海鸿谢斯璇卜飞飞陈文明黄文新南京航空航天大学江苏省南京市211106

为减少碳化硅(silicon carbide,SiC)金属氧化物半导体场效应管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)的开关时间和导通电阻以提高效率,通常建议驱动电路采用更低的驱动电阻及更高的驱动电压。但是,由于实际驱动... 详细信息

为减少碳化硅(silicon carbide,SiC)金属氧化物半导体场效应管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)的开关时间和导通电阻以提高效率,通常建议驱动电路采用更低的驱动电阻及更高的驱动电压。但是,由于实际驱动电路中存在寄生参数,过快的开关速度容易产生振荡影响栅极的可靠性,限制SiC MOSFET长期高效安全运行。文中以SiC MOSFET驱动电路为研究对象,分析SiC MOSFET开通瞬态过程,建立考虑电路主要寄生参数的数学模型;定量分析驱动电路参数、主电路寄生参数及工况等影响因素对栅源电压的影响规律;揭示栅源电压、实验测试点电压与驱动电压的区别及影响因素;综合考虑器件应力与损耗,提出一种驱动电路参数优化设计方法。实验结果验证了数学模型与分析的正确性。

关键词：碳化硅金属氧化物半导体场效应管寄生参数栅源电压驱动参数设计

基于双分频带的新型随机开关频率SVPWM策略

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电力工程技术 2023年第3期42卷 206-216页

作者：刘琦朱劲松陈文明卜飞飞秦海鸿南京航空航天大学自动化学院江苏南京211106 国网江苏省电力有限公司江苏南京210024

传统固定开关频率空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)技术导致的高次谐波使得电驱动系统电磁干扰问题较为严重,随机开关频率(random switching frequency,RSF)-SVPWM可用于改善此类现象。文中阐述了SVPWM技术... 详细信息

传统固定开关频率空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)技术导致的高次谐波使得电驱动系统电磁干扰问题较为严重,随机开关频率(random switching frequency,RSF)-SVPWM可用于改善此类现象。文中阐述了SVPWM技术与RSF-SVPWM技术的原理,探讨了RSF-SVPWM策略中扩频范围增大对系统的影响。为在扩频范围较小时仍能达到很好的高次谐波分散效果,提出一种基于双分频带的新型RSF-SVPWM策略。该策略以原中心开关频率为中点划分2个局部分频带,设置各自的局部中心频率点与扩频范围;以两相静止坐标系下理想β轴电压分量正负为标准,判断每一开关周期所属具体分频带后,使得开关频率围绕该分频带中的局部中心频率点进行各自的随机化。仿真与实验结果表明,该新型RSF-SVPWM策略相比于较大扩频范围的传统RSF-SVPWM策略,高次谐波分散效果相当,同时可降低系统电流环脉动,使得输出电磁转矩较为平稳,有助于推进电驱动系统在高端行业领域中的应用。

关键词：空间矢量脉宽调制(SVPWM) 高次谐波电磁兼容输出转矩随机调制分频带随机开关频率空间矢量脉宽调制(RSF-SVPWM)

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双V型IPMSM辅助槽对齿槽转矩的影响

噪声与振动控制 2022年第5期42卷 49-53,84页

作者：庞亮赵朝会申合彪陆海玲秦海鸿上海电机学院电气学院上海201306 南京航空航天大学自动化学院南京210016

针对双V型内置式永磁同步电机(IPMSM)齿槽转矩较大的问题,根据齿槽转矩的产生原理,借助ANSYS maxwell有限元仿真软件建立10极60槽内置式双V型永磁同步电机模型,探讨在定子和转子上同时开对称辅助槽的可行性,运用双变量参数化分析定子和... 详细信息

针对双V型内置式永磁同步电机(IPMSM)齿槽转矩较大的问题,根据齿槽转矩的产生原理,借助ANSYS maxwell有限元仿真软件建立10极60槽内置式双V型永磁同步电机模型,探讨在定子和转子上同时开对称辅助槽的可行性,运用双变量参数化分析定子和转子上开对称辅助槽位置、半径对齿槽转矩的影响。最后对比分析开对称辅助槽前后电机的各项性能,结果表明:合理开设定子和转子辅助槽能有效削弱齿槽转矩并保证电机其他性能基本不变。

关键词：振动与波双V型永磁体内置式永磁同步电机对称辅助槽齿槽转矩有限元仿真

基于电力弹簧的微电网需求侧功率调控技术研究

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电测与仪表 2022年

作者：王晓虎赵朝会段玉彬韦一陈鑫源秦海鸿上海电机学院电气学院南京航空航天大学自动化学院

电力弹簧在分布式补偿、稳压上有着独特的优势。针对需求侧管理技术当前通过直接控制手段完成需求侧功率调控的不足，文中研究了一种基于电力弹簧（Electric Spring，ES）的微电网需求侧功率调控技术，用于完善当前的需求侧管理体系。... 详细信息

电力弹簧在分布式补偿、稳压上有着独特的优势。针对需求侧管理技术当前通过直接控制手段完成需求侧功率调控的不足，文中研究了一种基于电力弹簧（Electric Spring，ES）的微电网需求侧功率调控技术，用于完善当前的需求侧管理体系。首先，分析了需求侧管理体系下的直接控制负荷与非关键负载(Non-Critical Load， NCL)特点，将电力弹簧应用于需求侧功率调控。其次，在该技术下研究了电力弹簧中关键负载(Critical Load， CL)的稳压问题；并探讨了微电网下供给不平衡时需求侧中非关键负载在用电功率上的可控性。最后，通过实验验证了电力弹簧的稳压效果与需求侧功率的调控能力，达到了所提目标的要求。

关键词：电力弹簧需求侧管理稳压非关键负载关键负载

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现代交流调速技术