电动汽车一体化驱动系统三相3H桥逆变器的故障相短接容错控制策略

具有车载型充电器的电动汽车拥有相互独立的电机驱动系统与电池充电装置,针对两套装置并不同时工作,成本高、重量大、占据空间资源较大等问题,提出了一种电动汽车驱动与充电一体化的新型拓扑结构,在牵引模式下该一体化拓扑的主要驱动模块等效于一个三相3H桥逆变器。研究该逆变器的电压空间矢量与消除共模电压的控制策略,分析开绕组PMSM在不同坐标系下的数学模型,给出逆变器发生桥臂开关管开路或者短路故障时将故障相短接的重构拓扑与容错控制策略,在转速、电流双闭环控制的基础上,设计"重复控制+PI"的电流内环控制方案,提出一种两相SVPWM控制策略,分析三相2H桥逆变器电压矢量状态切换过程,提出一种改进的七段式两相SVPWM控制策略。仿真和实验结果表明,如果三相3H桥逆变器发生短路故障,一体化系统通过逆变器的拓扑重构,能够实现PMSM系统的良好运行性能。     

四桥臂变换器驱动开绕组永磁同步电机系统的死区效应分析与抑制

针对传统双逆变器驱动开绕组永磁同步电机系统的成本和复杂性高的问题,提出一种具有少开关特性的低成本四桥臂变换器驱动开绕组永磁电机的新型拓扑结构,在四桥臂变换器输出有效电压矢量和SVPWM策略分析的基础上,分析了系统中复用桥臂产生的非对称死区电压分布规律及其对相绕组电流畸变的影响,基于零序回路独立控制的方法设计了具有平均死区电压补偿的谐波电流抑制策略,将死区补偿后的开绕组永磁电机绕组电流总谐波含量抑制至5%左右,使得低成本的四桥臂变换器具有类似传统双逆变器驱动开绕组电机系统的输出特性,最后通过仿真和实验验证了所提死区分析和抑制策略的有效性。     

新型开放式绕组永磁同步电机矢量控制系统研究EI北大核心CSCD

双逆变器供电的开放式绕组永磁同步电机(open-end winding permanent magnet synchronous motor,OEW-PMSM)系统作为一种新型电机驱动拓扑,其直流母线电压利用率高、绕组电流控制自由度大、容错能力强,在电力拖动领域具有良好的应用价值。该文建立了OEW-PMSM的数学模型及其采用双逆变器供电的矢量控制系统,结合双逆变器工作原理和输出矢量,分析系统零序电压和零序电流问题,采用不产生零序电压的电压矢量进行空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)来消除零序电压,并给出实现算法。在采用消除零序电压的SVPWM控制时,双逆变器供电的OEW-PMSM可以将基速提高为星接绕组时的1.7倍,降低了系统弱磁设计和控制的难度。仿真和实验验证了所提方法的正确性和可行性。     

新型绕组开路型永磁电机共模电压抑制技术研究

针对电动汽车用新型绕组开路型永磁电机调速系统中,由于共模电压而引起的零序电流和峰值电流等问题,提出一种基于矢量控制的新型绕组开路型永磁电机共模电压(common-mode voltage,CMV)抑制技术。将一台永磁同步电机定子绕组两端开路,再分别连接一个标准的两电平电压型逆变器,这样可以等效为三电平逆变器驱动;通过选择基本电压空间矢量来抑制由双逆变器结构产生的共模电压,从而消除定子电流中的零序电流分量;最后通过仿真和实验验证该方案的可行性;结果表明,借助于永磁电机的绕组开路结构,该新型绕组开路型电机调速系统可有效地抑制共模电压,不仅定子电流纹波含量小,转速稳定,而且具有良好的稳态运行性能。     

共直流母线开绕组异步电机零序环流抑制策略研究

相比于传统的单逆变器驱动异步电机调速系统,双逆变器供电开绕组异步电机(open-end winding induction motor,OEW-IM)系统具有容错性高、拓扑结构灵活、直流侧电压等级低等优点。但是,当双逆变器采用共直流母线接线方式时,共模电压会通过直流母线形成环流,产生额外损耗,影响系统效率和带载能力,加剧系统的老化。逆变器非理想因素和电机零序反电动势是产生零序环流的主要原因。该文针对共直流母线OEW-IM中零序环流抑制问题,提出了一种共模电压可控的空间矢量PWM调制方案。通过对单台逆变器共模电压的主动控制,实现对零序环流的抑制。同时,该空间矢量调制方案能够较好地抑制逆变器对地共模电压,进而有益于电机轴电流的抑制。通过构建共直流母线OEW-IM仿真和实验平台,对所提零序环流抑制策略的可行性和有效性进行了仿真和实验验证。     

基于模型预测控制的开绕组永磁同步电机高性能驱动系统控制策略

为了解决传统开电机驱动系统中存在的成本和响应特性问题,本文提出一种基于开绕组结构永磁同步电机的四桥臂变换器驱动系统的新型拓扑结构,采用模型预测控制算法来提高电流环的响应速度。为了抑制系统中的零序电流,改善驱动系统的特性。本文通过测得的绕组反电势三次谐波作为共模电压的补偿量,并采用比例环节等效增加零序电流阻抗来抑制其他次电流谐波,并将共模电压分配到预测控制输出的载波中,以此将零序电流抑制策略纳入模型预测控制,在此基础上构建了综合考虑电机绕组反电势三次谐波和逆变器死区的开绕组永磁电机驱动系统的仿真模型,通过仿真验证了本文提出的系统控制策略的有效性。     

抑制共模电压的双逆变器SVPWM调制策略

与传统星接绕组电机驱动系统相比,采用双逆变器供电的开放绕组电机驱动系统具有高母线电压利用率、更好的容错能力等优点,在电动汽车、电力牵引等领域具有良好的应用前景。但由于三相绕组中性点被拆开,导致系统中存在潜在的零序电流问题,零序电流会增加逆变器容量和系统损耗,甚至使系统无法运行。为消除系统零序电流,本文提出采用不产生共模电压的开关组合进行SVPWM调制,从而抑制系统的共模电压以及由此引起的零序电流。最后通过仿真和实验验证了这种方法的可行性。     

无零矢量作用的逆变器结构仿真研究

文章在原有三相两电平的逆变器结构的直流母线上增加了两个开关管,使得共模电压在零矢量作用时得到了消减。同时在MATLAB/Simulink中搭建三相永磁同步电机（PMSM）矢量控制的仿真模型,基于此模型研究了无零序矢量脉宽控制（NZPWM）减少共模电压幅值的控制策略。通过不改变传统空间矢量脉宽调制（SVM）策略,构建了一种逆变器的拓扑结构使得零序矢量作用时无共模电压产生。结合理论与仿真分析,并与SVM比较,结果表明,NZPWM能够有效抑制共模电压幅值,但是线电压的谐波含量有所增加,定子电流、转矩、转速出现大的波动,改变逆变器拓扑的方式比NZPWM更好的抑制共模电压幅值,输出线电压的谐波含量也未增加且电机的电流、转矩、转速特性也未发生改变,研究表明这种结构能有效抑制共模电压且保持原有输出性能不变。     

开绕组电机驱动用双逆变器死区效应补偿方法

与传统两电平逆变器的死区效应不同,开绕组电机驱动系统中双逆变器的开关死区将导致零序电压和零序电流,使绕组电流出现低频次谐波,影响系统的性能。提出了一种双逆变器开关死区导致的零序电压的补偿方案,通过扩展占空比最大的一路开关信号的导通时间,来插入一个补偿电压矢量,利用补偿电压矢量产生的零序电压抵消开关死区导致的零序电压,从而抑制系统的零序电压和零序电流。通过在开绕组感应电机驱动系统中的仿真和试验,验证了死区补偿方法的有效性。     

共中线开绕组拓扑三维空间矢量脉宽调制策略研究EI北大核心CSCD

三维空间矢量调制(three-dimensional space-vector pulse-width modulation,3D-SVPWM)策略能够实现零序电流的主动控制,在共母线开绕组拓扑、共中线开绕组拓扑以及三相四桥臂拓扑中获得广泛应用。零序电流控制会影响到差模电压的输出能力。为充分利用逆变器的输出能力,优化运行性能,3D-SVPWM调制范围和过调制策略的研究成为必要。该文在三维空间中对该调制策略的调制范围进行深入分析,明确调制范围的数学描述,提出4种典型的过调制方案用于提升其电压输出能力。最后,以共中线双逆变器开绕组驱动系统为对象,通过实验验证所提方案的有效性和正确性。     

基于复合电源的PHEV电驱动控制系统设计

根据并联混合动力汽车(PHEV)的需求,对其电驱动控制系统进行设计.分析了一种基于电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法的矢量控制方法,有效地实现了永磁同步电机(PMSM)驱动系统的控制.整个电驱动系统包括电源模块、控制模块、驱动模块、逆变模块等主要部分,并提出由蓄电池和超级电容器共同组成的复合电源模块,进一步提高电动发电和制动能量回馈的性能.为验证设计的有效性,研制了小型功率平台,该平台TMS320F2812型DSP为主控CPU,基本实现所预期的功能.     

无传感器永磁同步电机调速系统高速运行性能研究

在永磁同步电机—压缩机系统高速运行时,传统的SVPWM控制无法使电机获得最大的输出转矩。同时,由于工作环境的限制,系统无法安装位置传感器。针对以上特点,本文采用模型参考自适应方法辨识电机转子位置,并采用单模式过调制算法控制逆变器,实现了无传感器过调制永磁同步电机矢量控制系统。仿真和实验结果表明,本文所采用的控制方法不仅可以实现永磁同步电机-压缩机系统的高速稳定运行,而且有效地提高了系统的带负载能力。     

Sensorless Control of a Permanent Magnet Synchronous Motor Using Artificial Neural Network Based Estimator—An Application of the Four-Switch Three-Phase Inverter

This article presents a space vector pulse width modulation based three-phase four-switch inverter for the sensor-less control of a three-phase permanent-magnet synchronous motor (PMSM). The PMSM was modeled in MATLAB SIMULINK using the dynamic model to extract signals required for the sensor-less control. The calculation of time for gate signals of the switches in the four-switch three-phase inverter has been explained in detail and implemented using the artificial neural networks. The ANN based SVPWM block takes reference voltage, frequency and modulation index as commands and provides three-phase voltages with variable frequency. An ANN based speed and position estimator was also implemented for the PMSM to eliminate mechanical sensors. The proposed system was implemented using the Texas Instruments' TMS320F2812 development kit and the National Instruments data acquisition module USB-6259. The results have been presented for the permanent magnet synchronous motor drive in under-modulation region.     

永磁同步电机驱动系统逆变器容错重构控制

针对永磁同步电机(PMSM)驱动系统在逆变器故障状态下的容错控制,讨论了容错逆变器的拓扑结构,分析了六开关三相逆变器和四开关三相逆变器驱动系统输出电压空间矢量及其对系统性能的影响。研制了一个基于常规六开关逆变器的容错辅助控制电路,实现了容错逆变器在故障下的重构。针对PMSM直接转矩控制系统的实验研究,验证了容错辅助控制电路设计的正确性,证明采用容错逆变器可实现驱动系统的不间断运行。     

Influence of Inverter Output Filter on Maximum Torque and Speed of PMSM Drives

This paper deals with the maximum torque and speed of permanent-magnet synchronous motor (PMSM) drives when the inverter output voltage is filtered by an LC filter with a cutoff frequency well below the switching frequency. According to steady-state analysis, the filter affects the performance of the motor drive, especially at high speeds. The stator current is not equal to the inverter current, and due to the inverter current and inverter voltage limits, the torque-maximizing stator current locus differs from that of a drive without the filter. A field-weakening method is proposed for PMSM drives with an inverter output filter. The method is implemented and tested in a 2.2-kW PMSM drive. The experimental results agree well with the analysis, and validate the high-speed performance of the proposed field-weakening method.      

新型三相-单相交流发电系统拓扑结构及其控制策略仿真研究

针对传统三相-单相交流变换器拓扑结构复杂且需要额外的滤波器等的不足,基于永磁同步电机开绕组的特点,提出了一种新型三相-单相交流发电系统拓扑结构。分析了通过对双变换器直流侧电容电压的控制实现单相交流输出的工作原理,并在此基础上提出了一种通过永磁同步电机的正序电流和零序电流分别实现变换器直流侧的电容电压和单相交流输出电压解耦控制的新型控制策略。该策略采用MATLAB构建系统仿真模型,在不同发电机转速和负载情况下对系统进行了仿真分析,验证了该新型三相-单相交流拓扑无需使用额外的滤波电路即可实现高质量的单相交流电压输出,其幅值、频率均可以灵活调节,且具有优异的动态特性。     

坦克用高压两级式矢量控制策略研究

在坦克供电系统中一般为电压等级为900V直流母线电压,传统SVPWM策略需采用两电平高压变频器,以增加功率管数量来承受系统的高压,带来了器件的均压、均流等问题,同时输出电压中谐波含量较高,功率管开通关断也会引入较大的电压尖峰。因此,本文先针对SVPWM输出的PWM波谐波进行了分析,得到了针对THD的最优调制比。提出前级BUCK变换器,后级为三相全桥逆变器两级式拓扑,对比分析两级式拓扑的控制策略与传统单级式控制策略在高压条件下的性能优劣。最后,进行了仿真和实验,结果显示两级式拓扑的永磁同步电机控制策略相比于传统基于三相全桥逆变器的永磁同步电机控制策略,THD得到改善。     

三相六开关容错逆变器驱动PMSM的预测转矩控制

为提高电动汽车用永磁同步电机驱动系统性能,设计了新型的三相六开关容错逆变器拓扑结构,以达到降低驱动系统故障发生率的目的;针对所用到的模型预测转矩控制策略,提出了新型的目标函数构造方法,避免了权重系数的整定,对传统模型预测控制策略中的电压矢量选择方法进行了改进与优化,以达到降低整体控制算法计算量,增加算法实用性的目的,仿真结果表明,采用新型的三相六开关容错逆变器驱动的PMSM的MPTC改进优化策略具有较强的故障容错能力,有良好的动静态性能。