基于Sigma-Delta调制的双两电平逆变器调制策略

在多电平逆变器的调制中,Sigma-Delta调制器可以改善逆变器输出电压频谱,减少系统噪声。而将其运用到共直流母线的开绕组异步电机双两电平逆变器系统中时,由于开关状态和开关频率的不固定,无法采用传统的改变冗余小矢量作用时间的方法来消除系统中的零序电压。为此,针对共直流母线双逆变器系统,提出一种调制方法,该方法利用Sigma-Delta调制器过采样及噪声压缩技术,优化逆变器输出电压频谱;同时,利用两电平空间矢量图中两个互差120°的基本矢量所对应的系统零序电压为零的原理,将参考电压矢量分解为两个大小相等、方向互差120°的等效参考电压矢量,并由两台逆变器分别单独产生,以此实现对共直流母线的开绕组异步电机双两电平逆变器系统零序电压的完全消除。仿真和实验结果验证了该方法的正确性和有效性。     

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。     

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。     

双逆变器SVPWM调制策略及零序电压抑制方法

双逆变器具有与三电平逆变器相同的空间电压矢量分布,使直流母线电压利用率提高,在开放式绕组电机驱动系统中得到广泛应用。该文在分析双逆变器工作原理的基础上,研究双逆变器的调制策略,提出一种最大电压范围的双逆变器空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)策略,该策略首先将空间电压矢量平面划分为6个扇区,从而将参考电压矢量分解为两段:其中一段矢量等效为将双逆变器中的一个逆变器钳位在某一特定开关状态;另一段矢量由另外一个逆变器在其6个子扇区内调制实现。为抑制SVPWM调制所带来的零序电压,引入等效零矢量分配因子,通过零矢量产生的零序电压来抵消基本电压矢量合成时产生的零序电压。在开放式绕组永磁同步电机矢量控制系统中进行了仿真和实验研究,仿真和实验结果证明了所提方法的有效性。     

开绕组电机共直流母线双逆变器调制策略优化

针对双逆变器调制产生的零序电压在共直流电压母线结构时形成的零序电流损害半导体开关器件和开绕组电机绝缘的问题,利用空间电压矢量解耦思想和正态分布原理提出了一种双逆变器零序电压消除和输出电压频谱优化的新方法。该方法在实现过程中无需进行相应的查表和扇区判断,直接利用解耦后的三相给定相电压的瞬时值来计算相应开关管的切换时刻,实现了双逆变器的零序电压瞬时值的消除。同时,利用正态分布原理对有效时间的置放位置进行修正,在不影响零序电压消除效果的前提下,优化了逆变器输出电压的频谱,降低了输出电压谐波含量。仿真和实验验证了所提方法的正确性和有效性。     

共直流母线五相双逆变器共模电压抑制策略

由双逆变器驱动的五相开绕组电机在单一直流电压源供电时,PWM矢量调制策略将使逆变系统不可避免地产生共模电压。研究了一种消除五相双逆变器系统共模电压的方法。该方法利用最近四矢量空间矢量脉宽调制以及空间电压矢量解耦的原理将给定参考电压矢量分解为两个大小相等、方向互为144°的等效参考电压矢量,并由两个五相逆变器分别单独产生,以此抑制双逆变器系统共模电压。仿真模型验证了该方法的正确性和有效性。     

基于电压空间矢量的共模电压消除方法的研究

对多电平逆变器电压空间矢量的特点和规律进行了分析,对各个电压空间矢量以及各种冗余开关状态进行研究,寻找开关状态与共模电压的内在联系,提出了一种基于空间矢量的有效消除多电平逆变器共模电压的方法.最后仿真与实验结果也证明了所提出的抑制共模电压方法的正确性,并且该方法具有通用性,可以很容易应用到更高的奇数电平的逆变器中.     

开绕组永磁同步电机混合双矢量模型预测控制

为了抑制共直流母线绕组开路永磁同步电机(OW-PMSM)控制系统中的零序电流并进一步提高电流质量,提出一种混合双矢量模型预测电流控制(MPCC)方法.首先,根据产生零序电压的大小将六个非零电压矢量进行分组;其次,利用参考电压矢量直接选择第一逆变器非零电压矢量与零矢量,并计算零矢量作用时间以实现对零序电流的控制;在此基础上,遴选第二逆变器的两个候选非零电压矢量并计算作用时间,从而实现对dq轴电流的跟踪.该方法中第一逆变器每个控制周期作用一个非零电压矢量与一个零矢量,第二个逆变器每个控制周期作用两个非零电压矢量,从而形成了混合双矢量方法.实验结果表明,提出的混合双矢量MPCC方法能够有效地抑制零序电流的产生,并减小电流脉动,提高了系统的稳态性能.     

基于三电平逆变器的异步电机矢量控制研究

矢量控制使异步电机转子磁链与转矩解耦,可实现对转速、转矩和位置的精确控制,使异步电机具有与直流电机一样的控制特性。三电平逆变器比传统的两电平逆变器有更多的开关状态,有利于输出电压正弦化和向高压大容量发展。研究了基于三电平逆变器的异步电机矢量控制,在参考电压矢量的合成时,选择只包含PO状态的矢量作为起始矢量,既保持了中点电位的平衡,又消除了扇区切换时矢量突变问题。仿真结果表明电机动态、稳态性能优越。     

多电平逆变器通用电容电压平衡优化算法

针对二极管箝位型多电平逆变器电容电压难以控制的问题,分析了一种简单的多电平逆变器等效模型,用于预测结点电压偏差,提出了一种多电平逆变器电容电压平衡优化SVPWM(space vector pulse width modulation)算法。该算法通过预测不同开关状态下直流侧结点电压偏差,建立目标函数并对其寻优,在每个开关周期选取最优的开关组合达到结点电压平衡。理论分析和试验结果表明,该算法适用于任意电平逆变器电容电压平衡的控制,解决了三电平逆变器电容电压平衡的问题,但在三电平以上的逆变器受调制度限制。针对三电平以上高调制度下电容电压失衡的原因进行了分析,并给出了解决方法。仿真和实验验证了算法的正确性。     

基于开绕组电机的双逆变器拓扑分析与容错算法研究

基于开绕组电机的双逆变器拓扑能够有效提高输出电压等级与输出电平数,利用MATLAB环境下的线性变压器、受控电流源等模块搭建了开绕组电机的电气流仿真模型。分析了双逆变器拓扑的数学模型,针对其容错特性,提出一种基于参考电压矢量解耦的SVPWM容错控制算法,并搭建实验平台进行验证。仿真结果以及实验结果验证了开绕组异步电动机仿真模型以及容错控制算法的有效性。     

无共模电压SVPWM多桥臂逆变器的拓扑结构演化与电机性能研究

三相开放式绕组永磁同步电动机(PMSM)可采用单电源双逆变器供电,与传统单逆变器供电的PMSM相比具有可选电压矢量多及控制方法灵活等优点,有利于改善电机驱动性能,但逆变器桥臂数量较多,硬件结构复杂。为此,针对无共模电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)控制方法,对单电源双逆变器(即六桥臂)驱动拓扑结构进行演化,逐步减少桥臂数量,并对比分析各演化结构驱动下的电机性能。各演化结构虽然引入了额外的零序电流通路,但在无共模电压SVPWM控制下没有零序电压激励,因此并无零序电流产生,故拓扑结构的演化并不影响电机控制性能。该拓扑结构演化不仅为逆变器与电机绕组的选型设计提供参考,还揭示了无共模电压SVPWM的本质特性。     

An Effective Four-Level Voltage Switching State Algorithm for Direct Torque Controlled Open End Winding Induction Motor Drive by Using Two Two-Level Inverters

This paper introduces an effective four-level voltage switching state algorithm for direct torque controlled open end winding induction motor drive with two-two level inverters in dual mode. In the recent days, direct torque control of open end winding induction motor drive became an interesting area for researchers because it provides high dynamic performance and instantaneous control of stator flux and torque. It is more important especially in applications like propulsion and hybrid electric vehicles they require ripple free torque. The direct torque control provides high flux, torque ripple, and variable switching frequency. This paper introduces an effective voltage switching state algorithm for an open end winding induction motor drive to reduce torque and flux ripple at different frequencies of operation. The experimental results show that the proposed algorithm reduces torque and flux ripples without losing features of conventional direct torque control (DTC) algorithm and in addition it provides multi-level operation.     

三相三电平逆变器的零共模电压空间矢量调制技术研究

针对三相三电平逆变器实现零共模电压输出的主要调制方式,即空间矢量调制消除共模电压SVMCME进行研究。首先,为减小七段式SVMCME产生的开关损耗,提出一种五段式SVMCME的调制方式,并对调制比的变化做出详尽的解释。其次,对正弦脉冲宽度调制消除共模电压SPWMCME和SVMCME的等效性在理论上进行证明和仿真验证,以简化控制算法。无论是五段式SVMCME还是七段式SVMCME都可以用注入零序电压分量的SPWMCME来等效。最后,仿真和实验分析比较了3种调制方式在共模电压、开关损耗、总谐波畸变率THD和电磁干扰EMI等方面的性能,相关的技术能够有效地抑制三相系统中的共模噪声。     

零序分量注入型三电平感应电动机矢量控制系统

提出一种基于三电平中点箝位(NPC)逆变器的零序分量注入型感应电动机矢量控制方案。系统中使用快速电流控制的直接转子磁链定向矢量控制模式,由于定子电流是由快速电流环控制,因此系统中不用使用定子电压方程,并且不需要解耦电路。转子磁链位置角由磁通模型计算得到。感应电动机由三电平NPC逆变器供电,三电平NPC逆变器由于开关器件的电压应力是传统两电平逆变器开关器件上电压应力的一半,所以适合用于中压调速系统。逆变器控制采用开关优化PWM算法,通过注入零序分量,不但优化功率器件的开关频率,而且可以稳定中点电位。仿真结果表明,该方法在三电平逆变器供电的感应电动机上有效地实现了矢量控制,并且具有很好的性能。     

开绕组电机驱动用双三电平逆变器的共模电压差抑制

开绕组电机驱动用双三电平逆变器拓扑在中压大功率变频驱动领域具有较好的优势。针对共直流源的开绕组拓扑共模电压差抑制的问题,提出了一种基于零序注入的SPWM调制策略,将两组逆变器的调制矢量互差120°后分别注入幅值相同的三次零序电压,保证系统任意时刻的低频和高频共模电压差均为零。在此基础上为了解决中点电压脉动问题,需要进一步的零序电压注入,同时不影响系统共模电压差抑制。文中通过仿真和实验证明了该调制策略的可行性和有效性。     

双端级联式三电平逆变器的调制算法研究

针对双端级联式三电平逆变器采用一种新型简化控制算法,该算法无需扇区判断和查表,根据三相瞬时相电压即可快速获得各开关器件的触发脉冲;为解决采用共母线结构的双端级联式三电平逆变器固有的零序环流问题,通过调整冗余零矢量的作用时间分配来实现零序电压的平均消除,采取的措施非常简单,即选取一个合适的时间偏移量。搭建了实验平台,对该简化算法进行了实验验证。     

PWM Inverters Using Split-Wound Coupled Inductors

The number of output-voltage levels available in pulsewidth-modulated (PWM) voltage-source inverters can be increased by inserting a split-wound coupled inductor between the upper and lower switches in each inverter leg. Interleaved PWM control of both inverter-leg switches produces three-level PWM voltage waveforms at the center tap of the coupled inductor winding, representing the inverter-leg output terminal, with a PWM frequency twice the switching frequency. The winding leakage inductance is in series with the output terminal, with the main magnetizing inductance filtering the instantaneous PWM-cycle voltage differences between the upper and lower switches. Since PWM dead-time signal delays can be removed, higher device switching frequencies and higher fundamental output voltages are made possible. The proposed inverter topologies produce five-level PWM voltage waveforms between two inverter-leg terminals with a PWM frequency up to four times higher than the inverter switching frequency. This is achieved with half the number of switches used in alternative schemes. This paper uses simulated and experimental results to illustrate the operation of the proposed inverter structures.