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基于改进型准比例谐振控制的电励磁双凸极电机电流谐波抑制方法

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电工技术学报 2023年第14期38卷 3836-3848,3861页

作者：陈旭张卓然于立孙窈徐秋钰南京航空航天大学多电飞机电气系统工信部重点实验室南京211106

电励磁双凸极电机的非正弦反电动势特性会导致相电流存在较大的2次和4次谐波,从而降低电机的转矩输出能力。同时,电励磁双凸极电机的电流谐波频率较高,导致传统准比例谐振控制器经过双线性变换后会存在较大的谐振频率偏差,使得电流谐波... 详细信息

电励磁双凸极电机的非正弦反电动势特性会导致相电流存在较大的2次和4次谐波,从而降低电机的转矩输出能力。同时,电励磁双凸极电机的电流谐波频率较高,导致传统准比例谐振控制器经过双线性变换后会存在较大的谐振频率偏差,使得电流谐波抑制效果有限。针对此问题,该文首先推导了具有零谐振频率偏差的离散变换表达式,并对表达式进行简化处理,提出了一种基于改进型准比例谐振控制的电励磁双凸极电机电流谐波抑制方法。此外,结合电机的反电动势特性,分析了相电流谐波的产生原因,推导了考虑电流谐波和反电动势谐波的电励磁双凸极电机转矩模型,分析了相电流谐波对电机平均转矩的影响。最后,仿真和实验结果表明,所提方法可以有效地补偿谐振频率偏差,抑制电励磁双凸极电机的相电流谐波,提升电机的转矩输出能力。

关键词：电流谐波电励磁双凸极电机准比例谐振控制谐振频率偏差转矩输出能力

一种新型少磁式交替极自起动永磁电机磁路建模及特性分析

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中国电机工程学报 2023年

作者：吴凡王晓琳高起兴王子禹多电飞机与电气系统重点实验室(南京航空航天大学)

自起动永磁电机起动电流冲击大、最小转矩小、频繁起动易退磁、成本高等不足，本文提出一种少磁式交替极自起动永磁电机，显著降低了起动中永磁发电制动转矩，大幅提高了最小转矩、抗退磁能力和稀土材料利用率。本文对该少磁式电机进行... 详细信息

自起动永磁电机起动电流冲击大、最小转矩小、频繁起动易退磁、成本高等不足，本文提出一种少磁式交替极自起动永磁电机，显著降低了起动中永磁发电制动转矩，大幅提高了最小转矩、抗退磁能力和稀土材料利用率。本文对该少磁式电机进行等效磁路建模，探究无机械零区的气隙磁通密度波形和磁导系数与永磁体耐温关系，验证该结构提升了永磁体利用率和抗退磁能力；详细分析极弧系数对磁场分布、谐波及电机输出性能影响，并对灵活极弧系数进行优化，搭建有限元模型，计算了堵转电流与转矩、发电制动转矩、最小转矩，牵入和稳态等多工况下运行性能。最后，依据优化方案，研制了一台2.2kW实验样机并完成测试，结果显示与传统样机性能对比所提新型结构样机起动性能好，效率高，同时提高稀土材料利用率，充分验证了本文提出方案的可行性和优越性。

关键词：少磁式交替极自起动永磁电机抗退磁极弧磁导系数

新型少磁式交替极自起动永磁电机磁路建模及特性分析

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中国电机工程学报 2023年第S1期 262-275页

作者：吴凡王晓琳高起兴王子禹多电飞机与电气系统重点实验室(南京航空航天大学)

自起动永磁电机存在起动电流冲击大、转矩小、频繁起动易退磁、成本高等不足，该文提出的少磁式交替极自起动永磁电机，显著降低了起动中永磁发电制动转矩，大幅提高了最小转矩、抗退磁能力和稀土材料利用率。首先，对提出的少磁式电机... 详细信息

自起动永磁电机存在起动电流冲击大、转矩小、频繁起动易退磁、成本高等不足，该文提出的少磁式交替极自起动永磁电机，显著降低了起动中永磁发电制动转矩，大幅提高了最小转矩、抗退磁能力和稀土材料利用率。首先，对提出的少磁式电机进行等效磁路建模，探究无机械零区的气隙磁通密度波形和磁导系数与永磁体耐温关系，验证该结构对提升永磁体利用率和抗退磁的作用；其次，详细分析极弧系数对磁场分布、谐波及电机输出性能的影响，并对灵活极弧系数进行优化，搭建有限元模型，计算堵转电流与转矩、发电制动转矩、最小转矩，以及牵入和稳态等多工况下的运行性能。最后，依据优化方案，研制了一台2.2kW实验样机并完成测试。结果显示，与传统样机性能对比，所提新型结构样机起动性能好、效率高、可提高稀土材料利用率，测试结果验证了该文提出方案的可行性和优越性。

关键词：少磁式交替极自起动永磁电机抗退磁极弧磁导系数

一种基于双重锁相环的高速永磁同步电机转子位置估计误差全补偿方法

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中国电机工程学报 2020年第3期40卷 962-969页

作者：顾聪王晓琳邓智泉多电飞机与电气系统重点实验室(南京航空航天大学)

高速永磁同步电机(high-speedpermanentmagnet synchronousmotor,HSPMSM)驱动性能与转子位置信号检测精度密切相关。基于反电动势滑模观测器(high-speed permanentmagnetsynchronousmotor,EMF-SMO)的位置估计方案具有鲁棒性强的优势。然而高速运行条件下,观测器环路中的滤波器、零阶保持器、代数环等非理想环节将引起明显的相位估计误差。为了有效补偿相位估计误差,该文提出一种基于双重锁相环的新型EMF-SMO方案,其基本原理在于,通过主动引入前述非理想环节对电流信号进行延迟重构,将重构电流信号与估计位置信号进行二次锁相,构成双重锁相环,无需定量即可实现相位估计误差全补偿。该方法未引入任何敏感参数,鲁棒性强。该文针对一台400W/15000rpm高速永磁同步电机进行仿真与实验,仿真与实验结果验证了所提出双重锁相环方案的有效性。

关键词：高速电机无位置传感器位置估计误差锁相环

超高速电机模型预测控制的静差消除双闭环控制策略研究

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中国电机工程学报 2023年第22期43卷 8897-8909页

作者：王晓琳李志鹏多电飞机与电气系统重点实验室(南京航空航天大学) 江苏省南京市210016

三矢量模型预测控制不仅可实现交直轴电流的无差拍控制,还具有良好的稳态性能。但应用于高基频低载波比的超高速电机控制系统时,仍存在电流跟踪静差、计算量大等缺陷。文中首先对传统三矢量模型预测控制进行等效控制集优化,在不影响控... 详细信息

三矢量模型预测控制不仅可实现交直轴电流的无差拍控制,还具有良好的稳态性能。但应用于高基频低载波比的超高速电机控制系统时,仍存在电流跟踪静差、计算量大等缺陷。文中首先对传统三矢量模型预测控制进行等效控制集优化,在不影响控制性能的情况下,能够大大降低算法复杂度。同时,为提高预测电流误差消除的快速性,提出一种电流预测静差消除双闭环控制策略。设计自适应加权数据选择器,交直轴电流预测误差经自适应加权数据选择器后,通过调节器对逆变器模型角度进行补偿,从而形成内环;外环则由交直流预测电流跟踪误差反馈至电流给定值构成。在该双闭环控制系统中,内环实现了纯延时误差的全补偿,并优化非纯延时误差在交直轴上的分布;外环则能完全消除分布优化后的内环预测误差。仿真分析和实验结果证明了所提控制策略的可行性和有效性。

关键词：模型预测控制超高速电机低载波比自适应权重因子静差消除双闭环

一种基于电流源逆变驱动的超高速永磁同步电机改进型控制策略

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中国电机工程学报 2022年第7期42卷 2733-2743页

作者：王晓琳郭慧顾聪多电飞机与电气系统重点实验室(南京航空航天大学) 江苏省南京市210016

针对传统电流源逆变器(current source inverter,CSI)超高速电机驱动系统存在的控制对象阶次高、电流调节器设计困难问题,提出基于混合型两级式CSI的改进型控制策略。其基本思想为:前级引入宽禁带(wide band gap,WBG)器件高频调节定子... 详细信息

针对传统电流源逆变器(current source inverter,CSI)超高速电机驱动系统存在的控制对象阶次高、电流调节器设计困难问题,提出基于混合型两级式CSI的改进型控制策略。其基本思想为:前级引入宽禁带(wide band gap,WBG)器件高频调节定子电流幅值;后级采用普通硅器件调节定子电流相位。在此基础上,为实现最大转矩电流比控制,提出单电流传感器锁相环(phase-locked loop,PLL)方案,通过对转子位置信号与相电流锁相实现电流相位自动校正。混合型CSI前后级通过该改进控制策略进行协同控制,从而实现闭环系统降阶。同时考虑到混合型CSI在超高基频运行条件下控制延迟的实际问题,进一步完善电流控制环路模型,并与CSI传统拓扑及其控制策略下的电流环稳定性及动态性能进行深入分析与对比。最后研制一套混合型CSI驱动平台,并以一台(550000r/min)/110W的超高速永磁同步电机(ultra-high-speed permanent magnet synchronous motor,UHSPMSM)为对象进行仿真及实验验证,结果表明混合型驱动拓扑及改进型策略具备更高的稳定裕度与动态性能。

关键词：超高速永磁同步电机电流源逆变器宽禁带器件电流环稳定性锁相环

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高速电机驱动关键技术研究综述

中国电机工程学报 2022年第18期42卷 6856-6870页

作者：鲍旭聪王晓琳彭旭衡严廷雄高起兴多电飞机与电气系统重点实验室(南京航空航天大学) 江苏省南京市210016

高速电机因其功率密度高、体积重量小、工作效率高等明显优势,受到越来越广泛的关注。高效稳定的驱动系统是充分发挥高速电机优异性能关键所在,该文主要从控制策略、转角估算以及功率拓扑设计等方面,分别分析高速电机驱动技术的难点,并... 详细信息

高速电机因其功率密度高、体积重量小、工作效率高等明显优势,受到越来越广泛的关注。高效稳定的驱动系统是充分发挥高速电机优异性能关键所在,该文主要从控制策略、转角估算以及功率拓扑设计等方面,分别分析高速电机驱动技术的难点,并总结归纳国内外当前研究成果,之后对高速电机驱动技术及其发展趋势进行总结展望。

关键词：高速电机驱动技术控制策略转子位置估计功率拓扑

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飞机电推进系统高效能电机及其驱动控制技术

中国电机工程学报 2023年

作者：张卓然陆嘉伟张伟秋高华敏薛涵多电飞机电气系统工信部重点实验室(南京航空航天大学)

飞机动力系统的电气化是继机载二次能源逐步统一为电能之后航空电气化发展的重要方向和高级阶段，能够大幅提升飞机动力系统能量利用效率，是航空业绿色发展的重要途径。电机系统是飞机电推进系统的核心机电能量变换环节，高效能电机、... 详细信息

飞机动力系统的电气化是继机载二次能源逐步统一为电能之后航空电气化发展的重要方向和高级阶段，能够大幅提升飞机动力系统能量利用效率，是航空业绿色发展的重要途径。电机系统是飞机电推进系统的核心机电能量变换环节，高效能电机、电力电子变换及其驱动控制技术是电推进飞机发展的基础支撑。本文从电推进飞机动力系统架构出发，分析了电推进飞机电机系统的特征与要求。总结了永磁同步电机、异步电机、电励磁无刷同步电机和超导电机四种类型电机在电推进飞机上的研究和应用现状，系统讨论了电推进系统中不同类型电机和电机驱动器的关键技术。最后展望了新材料新器件、新工艺、人工智能和综合热管理等技术对电推进飞机电机及其驱动控制技术发展的推动作用。

关键词：电推进飞机动力系统电机电力电子驱动控制

面向数据中心48V供电系统的混合型母线变换器及其高密度集成

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中国电机工程学报 2023年

作者：张瑜吴红飞李泽伟宋昱锋王子铭张旭倪硕多电飞机电气系统工信部重点实验室(南京航空航天大学)

提出了适用于数据中心48V供电系统的混合型母线变换器电路拓扑及其高密度集成方法。通过在开关电容变换器中嵌入自耦变压器和LLC谐振变换器，大幅增加了开关电容变换器的降压比，且利用矩阵式变压器结构实现了变换器输出电流能力的大幅... 详细信息

提出了适用于数据中心48V供电系统的混合型母线变换器电路拓扑及其高密度集成方法。通过在开关电容变换器中嵌入自耦变压器和LLC谐振变换器，大幅增加了开关电容变换器的降压比，且利用矩阵式变压器结构实现了变换器输出电流能力的大幅提升。基于所提出的混合型母线变换器，进一步提出了其高密度集成方法，综合采用磁集成、绕组集成等方式，实现了变换器功率密度和效率的提升。研制了40-60V输入、变比8:1、输出电流100A、开关频率1MHz的八分之一砖模块，功率密度达到1.704kW/in3、最高效率达到97.9%。

关键词：数据中心母线变换器开关电容谐振变换器磁集成