电磁轴承脉宽调制型开关功放的实现及电流纹波分析

传统两电平脉宽调制电磁轴承开关功放的电流纹波较大,导致电磁轴承中产生的纹波损耗较大.采用一种三电平脉宽调制方法,对电磁轴承开关功放电流纹波进行理论分析,结果表明该方法能够大大减小开关功放的电流纹波,具有传统两电平脉宽调制输出波形质量好、动态响应快等优点,且实现简单.最后通过计算机仿真和实验对该方法进行了验证,仿真与实验结果说明了该方法的可行性和有效性.     

SVPWM方法在磁轴承开关功放中的设计及应用

永磁偏置磁轴承需要磁轴承线圈流过双极性电流,因而开关功放多采用全桥结构,而金桥结构的开关功放功率管数量多,导致其功耗大和可靠性低等.本文采用新型三桥臂开关功放主电路拓扑结构,通过DSP和FPGA的数字系统实现了空间矢量PWM(SVPWM)的调制方法.实验结果表明,这种方法相对于全桥结构两电平调制方法具有低纹波电流的优点,可以大大降低磁轴承的涡流损耗,相对于全桥结构三电平的开关功放具有减少了功放管数量和减小了功放体积的优点,可以进一步降低开关损耗,同时功放管数量的减少可增加系统的可靠性.     

电磁轴承三电平PWM功率放大器研究

根据三电平理论设计了一种电磁轴承PWM开关功放。计算了三电平和两电平式PWM功放的电流纹波，得出三电平功放电流纹波和电源电压无关的结论。实验结果表明，三电平功放具有电流纹波小、电流响应快、效率高等优点。     

主动磁悬浮系统中数字功放的研究

在主动磁悬浮系统中,传统的两电平开关功放的功率损耗较大,三电平开关功放需要进行移相电路设计,使得功放电路更加复杂、成本更高。因此,设计了一种基于ARM芯片STM32F103ZET的无需移相的三电平开关功放,通过数字芯片产生占空比不断变化的PWM信号来控制开关管的导通。搭建了主动磁悬浮系统的模拟平台,对线圈电流纹波特性进行仿真分析,并对线圈电流跟踪情况进行了实验测试,实验结果表明该设计的数字功放具有较好的性能。     

一种改进的基于采样-保持策略磁轴承用电流三态调制开关功放

提出一种改进的基于采样-保持策略的电流三态调制开关功放.它保留了基本采样-保持开关功放控制简单、动态响应快、频带宽、受负载影响小等优点,同时降低了开关功放的电流纹波和损耗,提高了功放的效率.此外还可以在不影响系统其他性能的情况下,通过提高输入电压来进一步提高系统的动态特性.同时还阐述了该改进型开关功放的工作原理及电路实现,对改进前后的开关功放进行了仿真比较,并通过对两种开关功放原理样机的实验测试,验证了改进型开关功放的优越特性.     

永磁偏置磁轴承三电平PWM开关功放的研究

针对永磁偏置的磁轴承开关功放需要实现低纹波的问题，提出了一种新颖的三电平PWM控制方法．并给出了具体实现电路。通过三电平与传统的两电平PWM开关功放的对比实验验证了该方案的可行性。     

磁轴承三态开关功率放大器的电流模式控制

针对传统磁轴承二态开关功放电流纹波大和损耗大、可靠性差的缺点，提出了一种电流模式控制的三态开关功放，介绍了其工作原理和电路的实现。研制了一套容量为0．7kVA的磁轴承开关功放。实验结果表明，该功放电流纹波小、效率高、带宽大、安全可靠。     

一种基于三电平电路的新型开关功率放大器

分析了开关功率放大器的基本工作原理和工作过程 ,设计了一种基于三电平电路结构的新型开关功率放大器 ,利用正弦波脉宽调制技术 ,突破了传统功率放大器中功率器件工作在线性区的局限 ,克服了普通开关功放失真度较大的缺点。对系统的工作原理、工作过程进行了分析     

软开关技术在磁悬浮轴承功率放大器中的应用

传统的磁悬浮轴承功率放大器在硬开关工作状态时存在开关损耗和纹波干扰严重等问题,为有效克服这些缺点,采用了一种新的用于磁悬浮轴承的谐振直流环节三电平功率放大器电路。基于三电平控制方法,在传统的开关功率放大器的直流环节增加辅助谐振电路,实现了电路中所有的开关器件均在零电压开关(ZVS)或零电流开关(ZCS)的条件下工作。文中详细分析了软开关三电平功率放大器各个工作模态的工作原理,给出了相应的电路工作方程。对提出的软开关三电平功率放大器进行仿真与样机试验研究,结果表明软开关三电平功率放大器同样具有输出电流纹波小的优点,开关损耗和纹波电流干扰有效减小,验证了电路是可行、有效的。     

基于三电平电路新型开关功率放大器的研制

分析了开关功率放大器(简称功放)的基本工作原理和工作过程，设计了一种基于三电平电路结构的新型开关功放，利用正弦波脉宽调制技术，突破了传统功放中功率器件工作在线性区的局限，克服了普通开关功放失真度较大的缺点。仿真和试验结果证明，该功放相对1Hz～2kHz的正弦波信号呈现出良好的线性放大作用。该机控制方案思想清晰，控制电路简单，电流失真小，效率高，在航空工业振动测试中具有较高的使用价值。     

三电平逆变器控制系统及PWM方法研究

三电平逆变器在高压大容量系统中有广泛应用,具有减少开关应力、改善输出谐波含量、无需高耐压参数开关器件等优点.此处针对列车用三电平牵引逆变器,基于现场可编程门阵列(FPGA)+双DSP架构的控制器进行对异步电机的运行控制,采用基于电压幅值和频率的电机控制方案,采用零序电压调节实现电容电压均衡控制;提出了一种基于FPGA+DSP的脉宽调制(PWM)方案和切频方法,实现开关频率的合理控制以及启动冲击电流的抑制;同时提出一种过调制方法,以提高直流母线电压利用率.最后,通过仿真和实验,验证了所提控制策略的有效性.     

基于无桥PFC的单相三电平变换器设计

针对传统的Boost功率因数校正(PFC)电路存在效率低以及输入电流谐波含量大等缺点,提出了一类新型无桥三电平PFC电路。该电路设计了一个单开关管双向开关单元,去除二极管整流桥,减小电路损耗。此外,通过级联一个T型双向开关分支将输出电压电平数抬升至三电平,降低开关电压应力,提高输入电流的电能质量。结合多载波脉宽调制法和双闭环控制策略来产生开关脉冲信号,控制开关管的有序通断,实现桥臂电压三电平输出。以对称无桥三电平PFC电路为例,通过matlab/simulink搭建一个1 kW仿真平台进行试验,在稳态和动态下分析所提电路的有效性和可行性,并测得该电路输入电流THD为3.45%,效率最高为97.5%。     

三相交错并联三电平DC-DC变换器的ZVS控制

非隔离DC-DC变换器具有高效率、低成本、小体积的优势,广泛应用于大功率储能系统。文中研究一个通过近似临界导通模式(near critical conduction mode,near-CRM)实现零电压软开关(zero-voltage switching,ZVS)的三相交错并联三电平DC-DC变换器,以减小开关损耗和电感体积。首先,详细地分析该变换器区别于传统两电平交错并联DC-DC的电感电流纹波特性,并成功推导出纹波峰峰值解析表达式。然后,提出通过变开关频率控制纹波峰峰值和纹波反向电流的方法,以实现全负载范围的near-CRM和ZVS模式。最后,搭建一台基于IGBT器件的15kW实验样机,验证了电感电流纹波分析和提出的控制方法,其最大效率98.02%。     

新型混合级联多电平逆变器拓扑及调制策略

为解决现有非对称级联多电平逆变器存在低压单元电流倒灌和输出电平数少的问题,提出一种基于开关电容电路的混合级联多电平逆变器。首先,在两单元非对称级联H桥型逆变器的低压单元中嵌入一个开关电容电路,有效避免了低压单元电流倒灌,且输出电平数得以增加。然后,为减少所提方案应用于三相系统时所需直流电源的数量,提出了用三电平中点箝位型或T型逆变器电路作为高压单元的三相混合级联多电平逆变器拓扑。之后,针对所提逆变器拓扑的特性,提出了含有移相载波和层叠载波的混合调制策略,在满足逆变器输出高质量正弦脉宽调制电压波形的同时,有效减小了开关电容电压纹波和开关器件的切换频率及开关应力。最后,通过实验验证了所提混合级联多电平逆变器拓扑及调制策略的可行性。     

磁轴承开关功放中电流三态调制技术的研究

针对传统磁轴承开关功放电流两态调制技术中存在的电流纹波大、动态特性受限等缺点，提出了电流三态调制技术。文中首先分析了电流纹波对磁轴承系统的影响，接着分析了电流两态调制技术本身的固有不足及电流三态调制技术在磁轴承开关功放应用中的优势。在对电流三态调制的基本理论进行一般性分析的基础上，提出了几种典型的电流三态调制开关功放，并做了较为细致的论述。最后通过一种具体的开关功放分别在两态调制和三态调制情况下进行仿真和实验比较，验证了电流三态调制技术的优越性，并给出了实验结果和波形。     

大功率磁悬浮鼓风机数字功放的仿真研究

大功率磁悬浮轴承鼓风机具有体积小、转速高、可靠性高、噪音低等优点,其功率放大器采用基于现场可编程门阵列(FPGA)的三电平PWM数字功放,应用Matlab/Simulink中基于电力系统模块集库,完成数字功放电路中的半桥电路和电流采样电路的建模,通过植入M函数文件内嵌功能模块模拟了FPGA内部的数据处理流程.仿真与实验...     

基于模型预测的VIENNA整流器定频控制

针对传统有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)开关频率不固定、网侧电流纹波含量大等缺陷,提出一种固定开关频率的基于最优开关序列合成的电流MPC方法.通过选取扇区内代价函数最小的3个相邻电压矢量合成最优电压矢量,并根据电压矢量的代价函数直接计算开关序列占空比,实现了 FCS-MPC与空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)策略的有机结合.为验证此处控制方案的有效性,基于一台满额功率为8 kW的三相三电平VIENNA整流器样机进行完整的测试分析,结果表明所提控制策略具有良好的稳态和动态性能.     

全桥三电平变换器的一种新型控制策略

对全桥三电平变换器提出了一种新的脉宽调制控制策略一双移相（Double phase—shift,DPS）控制。对比斩波加移相（Chopping plus phase—shift,CPS）控制,该控制策略大大减小开关管体二极管的损耗,使全桥三电平变换器可以工作在三电平模式和两电平模式,从而提高了变换器的效率。同时保持开关管的电压应力只有输入电压的一半,使该变换器非常适合高压输入的场合,并实现所有开关管的零电压开关。此外,全桥三电平变换器输出滤波电感比传统全桥变换器也大为减小。副边整流二极管的电压应力得到了降低。由于变换器的输入电流纹波很小,输入滤波器也得到了减小。本文详细分析全桥三电平变换器在双移相控制策略下的工作原理,讨论参数设计,并且给出实验结果。     

基于SVPWM三电平变换器的变速恒频风力发电系统

分析了基于空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)的三电平变换器,提出将其引入变速恒频双馈风力发电系统。整体分析了基于三电平的变速恒频双馈风力发电系统模型,并分别详细分析了基于三电平SVPWM网侧变换器的数学模型和控制结构,机侧空载并网的数学建模和控制结构。仿真结果表明,该三电平变换器有效降低了开关损耗;减小了纹波电流;输出电平增多,减小了电压变化;波形质量得到了很好的改善。仿真结果还表明,该三电平变换器能有效地实现风力发电系统的变速恒频控制,适用于变速恒频双馈风力发电系统。     

全桥三电平直流变换器的最佳开关方式

该文提出了一种新的关于直流变换器三电平拓扑变换的分析方法。应用该方法得到了零电压开关全桥三电平直流变换器，同时提出了加入箝位二极管的改进型变换器。该变换器使用了以能量传输最大、滤波电感电流纹波最小、开关管实现软开关等为条件寻找到的最佳开关方式，克服了传统零电压开关全桥直流变换器中开关管电压应力高、滤波电感电流纹波大、整流二极管存在寄生振荡等缺点，所以其变换效率更高，响应速度更快，进一步拓宽了它的应用范围。最后通过一个开关频率为50kHz、额定输入电压为600V、输出功率为2．8kW的实验样机加以验证分析结果。