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航空飞行器用300 kW高速永磁同步电机优化设计

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兵工学报 2024年第5期45卷 1363-1373页

作者：魏嘉麟王又珑温旭辉陈晨李文善中国科学院电工研究所北京100190 中国科学院大学北京100049 齐鲁中科电工先进电磁驱动技术研究院山东济南250102

航空飞行器用高速永磁同步电机损耗密度高、散热条件差,脉宽调制电压供电产生的损耗可能会导致显著的温升,加剧Halbach磁体的退磁风险,影响电机的安全运行。针对上述问题,提出基于Nelder-Mead法的高速永磁同步电机多目标优化设计方法,... 详细信息

航空飞行器用高速永磁同步电机损耗密度高、散热条件差,脉宽调制电压供电产生的损耗可能会导致显著的温升,加剧Halbach磁体的退磁风险,影响电机的安全运行。针对上述问题,提出基于Nelder-Mead法的高速永磁同步电机多目标优化设计方法,以电机损耗和温升为优化目标,使用场路耦合有限元分析法和解析法计算电机在T型三电平变流器供电下的损耗,进而计算电机温升。根据寻优算法搜索最优设计区域,获得优化设计方案。分析Halbach磁体内的磁密分布和涡流损耗,对磁体进行优化设计,从而抑制退磁和损耗。设计并制造一台300 kW、30000 r/min高速永磁同步电机,仿真和实验结果表明,新提出的设计方法能够快速实现多目标寻优,并有效抑制退磁。

关键词：航空飞行器高速永磁同步电机 Halbach磁体 Nelder-Mead法多目标优化场路耦合

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低温锂离子电容器研究进展

工程科学学报 2024年第8期46卷 1509-1520页

作者：徐艺李晨任祥张熊王凯孙现众马衍伟济南大学化学化工学院济南250022 中国科学院电工研究所北京100190 齐鲁中科电工先进电磁驱动技术研究院济南250013 山东产业技术研究院济南250102 中国科学院大学北京100049

锂离子电容器(LIC)采用了双电层电容器(EDLC)正极和锂离子电池(LIB)负极,因而兼具高能量密度、高功率密度和长循环寿命的优势.LIC在储能过程中正极表面发生电荷的可逆吸脱附,负极体相中存在Li+的反复嵌入/脱嵌,在低温环境下由于电解液... 详细信息

锂离子电容器(LIC)采用了双电层电容器(EDLC)正极和锂离子电池(LIB)负极,因而兼具高能量密度、高功率密度和长循环寿命的优势.LIC在储能过程中正极表面发生电荷的可逆吸脱附,负极体相中存在Li+的反复嵌入/脱嵌,在低温环境下由于电解液的黏度、电导率等物化性质发生很大改变,严重影响了LIC中离子的正常运输和电荷转移,导致无法在低温工况下正常运转,限制了其全天候、宽温域的应用.因此改善LIC的低温性能成为现阶段亟待解决的问题,受到了业界的广泛关注.众多研究表明电极材料和电解液之间的相互作用直接决定LIC低温电荷存储的过程,是解决低温环境下LIC能量密度和功率密度低的关键环节.本文从电极材料和电解液两个方面综述了国内外LIC低温性能的研究进展,概述了现阶段低温碳基材料的化学改性、表面修饰、离子嵌入以及新型电极材料的研发,并从电解液的锂盐、溶剂、添加剂三部分出发,介绍了低温工况下电解液各组成部分对LIC性能的影响,对不同改进工艺进行了分类与总结,重点讨论了新型低温添加剂在LIC中的应用,最后总结了新一代低温电解液的研究进展并对具有宽温度工况的下一代LIC提供了初步展望.

关键词：储能器件锂离子电容器电极材料电解液低温性能

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构网型变流器的现状与发展趋势

太阳能学报 2024年第09期 101-111页

作者：刘旭张国驹裴玮朱恩泽张学赵军愉中国科学院电工研究所齐鲁中科电工先进电磁驱动技术研究院山东省先进电磁变换技术重点实验室国网保定供电公司

随着新能源和电力电子的发展，新型电力系统呈现典型的“双高”特征，但同时也带来低惯性、弱稳定性等问题。构网型（GFM）控制技术可实现变流器自主地建立频率和控制电压，改善对外部电压源的依赖性，提高系统稳定性。对构网型变流器... 详细信息

随着新能源和电力电子的发展，新型电力系统呈现典型的“双高”特征，但同时也带来低惯性、弱稳定性等问题。构网型（GFM）控制技术可实现变流器自主地建立频率和控制电压，改善对外部电压源的依赖性，提高系统稳定性。对构网型变流器的现状与发展趋势进行综述。首先，对跟网型（GFL）控制技术与构网型控制技术进行对比分析，指出构网型控制技术是解决新型电力系统稳定性的有效途径；然后介绍现有的构网型控制技术，分析构网型控制技术在各领域的应用；最后指出构网型控制技术应用于变流器时所面临的挑战。

关键词：可再生能源电力电子控制系统变流器构网型

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变长分段直线感应电机数学建模

中国电机工程学报 2024年第13期44卷 5338-5347,I0027页

作者：徐飞李子欣孔甘霖史黎明李耀华中国科学院电力电子与电气驱动重点实验室(中国科学院电工研究所) 北京市海淀区100190 中国科学院大学北京市石景山区100049 齐鲁中科电工先进电磁驱动技术研究院山东省济南市250100

变长分段直线感应电机参数具有不连续、快速时变及强耦合特性,这给电磁暂态建模带来挑战。该文引入3种时变因子推导出具有参数时变特性的变长分段直线感应电机数学表达式。通过分析变长分段直线感应电机定子与动子的电磁耦合特性及时变... 详细信息

变长分段直线感应电机参数具有不连续、快速时变及强耦合特性,这给电磁暂态建模带来挑战。该文引入3种时变因子推导出具有参数时变特性的变长分段直线感应电机数学表达式。通过分析变长分段直线感应电机定子与动子的电磁耦合特性及时变因子与状态变量之间的耦合关系,建立定子、动子及时变因子相互解耦的数学模型。仿真结果表明,该数学模型计算的电压、电流和速度与有限元计算结果差别小于6%,验证了数学模型的准确性。硬件在环实验结果表明,在高速工况下数学模型可以准确模拟系统的电磁暂态特性,验证了数学模型的解耦能力及数值运算稳定性。

关键词：变长分段直线电机时变因子解耦数学建模

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金属有机框架及其衍生物在锂离子电容器中的应用（英文）

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新型炭材料(中英文) 2024年

作者：赵沙沙张熊李晨安亚斌胡涛王凯孙现众马衍伟高密度电磁动力与系统重点实验室(中国科学院) 中国科学院电工研究所中国科学院大学齐鲁中科电工与先进电磁驱动技术研究所山东省先进电磁转换技术重点实验室

为了满足不断增长的能源存储需求，迫切需要既具有高能量密度又具有高功率密度的锂离子电容器（LICs）。LICs有效地平衡了传统电池的高能量密度与超级电容器（SCs）的卓越功率密度和长寿命。然而，LICs的发展仍然面临着正负极之间动力... 详细信息

为了满足不断增长的能源存储需求，迫切需要既具有高能量密度又具有高功率密度的锂离子电容器（LICs）。LICs有效地平衡了传统电池的高能量密度与超级电容器（SCs）的卓越功率密度和长寿命。然而，LICs的发展仍然面临着正负极之间动力学过程和容量不匹配的问题。金属有机框架（MOFs）及其衍生物因其大的比表面积、丰富的孔结构、多样的拓扑结构以及可定制的功能位点而受到广泛关注，使其成为实现高性能LICs的有力候选材料。MOF衍生碳因其高的电导性和大的比表面积，可提供更多电荷存储和快速离子传输。MOF衍生的过渡金属氧化物具有高比容量和优异的电化学稳定性。此外，MOF衍生的金属化合物/碳之间的协同效应，增强了电容性和法拉第反应，从而有利于提高其整体电化学性能。本综述系统总结了MOFs及其衍生物在LICs中的最新研究进展，阐明了结构/组成与电化学性能之间的关联，并提供了未来的展望，对电化学储能器件的发展具有指导意义。

关键词：锂离子电容器 MOFs 过渡金属氧化物能量密度功率密度

定子分段直线感应电机推进系统非线性解耦建模方法

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电工技术学报 2024年

作者：徐飞史黎明李子欣李耀华高密度电磁动力与系统重点实验室(中国科学院)中国科学院电工研究所中国科学院大学齐鲁中科电工先进电磁驱动技术研究院

定子分段直线感应电机在超高速电磁推进领域具有较好的应用前景，然而多相直线感应电机定子与动子耦合程度快速时变、供电切换晶闸管开关电流过零关断、供电电缆阻抗随动子位置变化等非线性特性显著，导致现有建模方法难以准确实时模拟... 详细信息

定子分段直线感应电机在超高速电磁推进领域具有较好的应用前景，然而多相直线感应电机定子与动子耦合程度快速时变、供电切换晶闸管开关电流过零关断、供电电缆阻抗随动子位置变化等非线性特性显著，导致现有建模方法难以准确实时模拟系统电磁暂态过程。本文将直线感应电机系统依据能量转换特性划分为有效转换、无效转换和电源三部分，采用多相电机定子空间矢量解耦建模和虚拟动子磁链方法，实现了晶闸管与直线电机、电机定子与动子之间的解耦，并建立了数学模型。硬件在环实验结果表明数学模型无迭代实时运算步长低至500ns，原理样机实验结果表明数学模型与物理实验误差小于7%，验证了数学模型的快速性和准确性，研究成果可为超高速直线感应电机推进系统高性能控制提供建模基础。

关键词：分段供电多相直线感应电机晶闸管开关非线性特性实时模型

基于端电压的定子无铁心永磁无刷直流电机换相误差识别与校正

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中国电机工程学报 2024年

作者：李昊岩许珂豪陈曦许海平中国科学院电力电子与电气驱动重点实验室(中国科学院电工研究所) 中国科学院大学华中科技大学山东省先进电磁变换技术重点实验室(齐鲁中科电工先进电磁驱动技术研究院)

定子无铁心永磁无刷直流电机的换相误差问题会导致电机性能下降。已有的BLDCM驱动主要使用单级全桥或后级为全桥的双级拓扑，并在此基础上分析换相误差引起的电路状态变化。同时，已有换相误差校正控制器主要使用PI控制器，但是PI控制... 详细信息

定子无铁心永磁无刷直流电机的换相误差问题会导致电机性能下降。已有的BLDCM驱动主要使用单级全桥或后级为全桥的双级拓扑，并在此基础上分析换相误差引起的电路状态变化。同时，已有换相误差校正控制器主要使用PI控制器，但是PI控制器在处理非线性时变系统时性能下降。针对Buck级联三相半桥双级式拓扑驱动的换相误差问题，详细分析了在电动状态和能耗制动状态，换相时刻前、后电机端电压在多种换相误差情况下的变化，并给出了能够在四象限运行状态使用的换相误差表征方法。在此基础上，设计了基于无模型自适应控制方法的控制器，并针对所研究对象设计了换相误差的一步估计方法，加快了控制器的收敛速度，实现对换相误差的快速识别和校正。最后，在基于数字平台的电机控制系统上对所提出理论和设计的控制器进行实验验证。

关键词：定子无铁心电机双级式驱动换相误差无模型自适应控制

考虑静态端部效应的城轨交通用同心笼次级直线双馈电机矢量控制

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电工技术学报 2024年

作者：葛健包振徐伟唐一融廖凯举高密度电磁动力与系统重点实验室(中国科学院电工研究所) 强电磁技术全国重点实验室(华中科技大学)

同心笼次级直线双馈电机是由同心笼转子无刷双馈电机演变而来的一种新型直线电机，具有功率因数可调、可靠性高、中高速区平均推力下降较小、轨道建设成本较低等优点。然而，因物理结构特殊、工作原理复杂等，迄今对同心笼次级直线双馈... 详细信息

同心笼次级直线双馈电机是由同心笼转子无刷双馈电机演变而来的一种新型直线电机，具有功率因数可调、可靠性高、中高速区平均推力下降较小、轨道建设成本较低等优点。然而，因物理结构特殊、工作原理复杂等，迄今对同心笼次级直线双馈电机的静态端部效应控制方法等研究仍不够深入，严重限制了该类电机的进一步发展和应用。为此，该文提出了一种带静态端部效应补偿的功率绕组电压定向矢量控制策略：首先，分析了静态端部效应作用规律和补偿方法，建立了考虑静态端部效应的三相静止坐标系数学模型和简化的两相旋转坐标系数学模型；然后，推导了功率绕组电压定向条件下的初、次级电流数学关系，实现了电磁推力方程中两套初级绕组的解耦控制；最后，大量的仿真和实验分析表明，新方法可通过静态端部效应补偿有效提升电机驱动性能，实现平稳运行。

关键词：直线双馈电机静态端部效应矢量控制城轨交通

基于在线参数辨识及自适应谐波提取滤波器的改进型直线振荡电机无位置传感器控制

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电工技术学报 2024年

作者：葛健宫逸凡徐伟廖凯举苏诗湖中车株洲电机有限公司中国科学院电力电子与电气驱动重点实验室(中国科学院电工研究所) 中国科学院大学强电磁技术全国重点实验室(华中科技大学)

传统直线振荡电机无位置传感器控制方法存在参数敏感性差、行程观测精度低差等问题，进而会降低电机运行的安全可靠性。为减小预设参数不准及参数非线性变化对行程观测精度的影响，本文提出了一种基于在线参数辨识及自适应谐波提取滤波... 详细信息

传统直线振荡电机无位置传感器控制方法存在参数敏感性差、行程观测精度低差等问题，进而会降低电机运行的安全可靠性。为减小预设参数不准及参数非线性变化对行程观测精度的影响，本文提出了一种基于在线参数辨识及自适应谐波提取滤波器的改进型直线振荡电机无位置传感器控制策略。首先，采用频域法分析了直线振荡电机行程观测方法的参数敏感性，明确了影响行程观测精度的主要电机参数。然后，根据直线振荡电机数学模型提出了基于高频电压注入法的在线参数辨识方案，并设计了一种基于自适应谐波提取滤波器的高频谐波提取方法。最后，通过大量仿真和实验，验证所提方法的有效性和先进性。

关键词：直线振荡电机参数辨识算法高频电压注入无位置传感器控制