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。     

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。     

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。     

基于IMC5桥臂逆变器双电机矢量控制研究

提出了一种基于间接矩阵变换器(IMC)5桥臂逆变器的双电机矢量控制方法,该方法将IMC 5桥臂逆变器的电压矢量脉宽调制(SVPWM)策略与异步电机的矢量控制相结合,实现了2台异步电机的独立控制和较好的动静态性能。相比于传统IMC双电机传动系统,该系统的开关器件数目进一步减少,从而降低了系统成本,提高了系统的效率。另外,该系统也可以作为传统IMC双电机传动系统一个桥臂故障情况下的容错运行模式。仿真结果验证了所提系统的有效性和可行性。     

双电机控制传统五桥臂逆变器拓扑的改进研究

通过分析几种传统的双电机控制逆变器拓扑,针对它们存在的问题,在传统的五桥臂拓扑的基础上提出了一种改进的拓扑:保持逆变桥拓扑不变,通过改变整流桥拓扑弥补了传统五桥臂拓扑直流电压利用率低的问题。并在MATLAB/Simulink环境下建立基于此逆变器的永磁同步电机矢量控制的仿真模型。仿真结果表明,改进的逆变器拓扑可以解决传统五桥臂拓扑直流电压利用率低的问题。     

五桥臂逆变器驱动双异步电机调速系统的调制方法研究

在电力机车、电动汽车以及一些工业应用中,常需要两台或者两台以上的电机并联运行.因此,系统中需要多个逆变器.为了降低成本,针对两台电机独立控制的需求,本文研究了采用五桥臂逆变器拓扑的控制系统,并提出了一种适用于五桥臂逆变器的改进型七段式PWM调制方式.该调制方式基于传统的空间矢量脉宽调制技术,通过将控制周期进行分区来实现...     

电动汽车感应电机驱动系统矢量控制的双CPU实现

为电动汽车感应电动机驱动系统设计开发一套矢量控制系统,其硬件系统是通过双CPU-单片机80C196KC和数字信号处理器(DSP)TMS320F240来实现的.通过坐标变换得到了适用于矢量控制的同步旋转坐标系(m-t轴)下的感应电动机基本数学方程,推出了转子磁链方程和转矩方程.系统软件基于这些数学模型来实现感应电动机转子磁场定向矢量控制,并给出了软件程序流程及MATAB/SIMULAINK下的部分仿真结果和试验结果.仿真与试验结果表明,基于双CPU的感应电机矢量控制系统具有良好的动态特性,较宽的调速范围和恒转矩区域,电机及其控制系统效率高等优点,转子磁场定向矢量控制策略是可行的.     

电动汽车感应电机矢量控制系统建模仿真

根据矢量控制原理,利用软件Matlab／Simulink构造了一个电动汽车感应电机矢量控制系统,分别对系统中的感应电机、逆变器、矢量控制算法、驾驶意图以及电动汽车阻力转矩进行建模与仿真。该系统模型能通用于电动汽车感应电机驱动控制系统,只要输入不同系统参数即可,是深入研究电动汽车感应电机矢量控制系统的有效工具。以电动轿车30kW感应电机为例,给出了仿真结果,结果分析证明系统模型的有效性。     

五桥臂双永磁同步电机系统双矢量模型预测电流控制

针对五桥臂双永磁同步电机(PMSM)系统单矢量模型预测电流控制(MPCC)稳态波动大的问题,提出一种优化的双矢量模型预测电流控制策略。利用无差拍的思想分别独立预测2台电机q轴电流准确跟踪参考值所需时间,筛选出在一个控制周期内能够准确跟踪q轴电流的基本有效矢量。依据公共桥臂开关状态必须一致的特性,选择合适的零矢量对符合条件的矢量进行组合,筛选出使系统性能达到最优的矢量组合作用于五桥臂逆变器驱动双电机,改善系统的运行性能。仿真结果验证了所提双矢量MPCC策略的正确性和有效性。     

模块化多电平变频驱动系统的转矩脉动最小化控制

应用基于两电平变频器的传统感应电机驱动系统存在输出转矩脉动较大的问题。针对这个问题,设计了一种模块化多电平变频器驱动的多极感应电机转矩脉动最小化控制方案。基于多极感应电机设计了其多电平驱动变频器拓扑,并采用了一种单极性的载波移相空间矢量脉宽调制技术进行控制。通过脉冲序列生成分析和计算,系统的低次输出谐波都达到了开关频率的四倍频以上,进而有效降低了转矩脉动。基于模块化多电平变频器的多级感应电机驱动试验平台进行了对比试验研究,试验结果验证了在新型控制策略下的有效性,电机转矩脉动得到了明显改善。     

基于Z源逆变器的电动汽车永磁同步电机驱动控制策略

考虑到电动汽车行驶中存在外界转矩以及电池电压突降等现象,设计基于双向Z源逆变器的电动汽车永磁同步电机驱动控制方案。建立永磁同步电机的数学模型以及Clark和Park变换矩阵。根据Z源逆变器拓扑结构,分析直通态占空比与逆变器输出电压的关系,设计双向Z源逆变器的空间矢量调制算法,确定电机电压空间矢量的扇区位置与有效矢量的作用时间,得出逆变器各桥臂的切换时刻。采用MATLAB/SIMULINK软件搭建控制系统仿真模型,仿真研究转速、转矩、输入电压和输出电流在突加外界转矩以及电池电压突降下的响应情况,结果表明双向Z源逆变器驱动系统的可靠性,能满足电动汽车高性能的控制要求。     

前端带小电容整流器的感应电机变频驱动控制

前端由不控整流器供电的感应电机变频驱动系统中,直流侧电容容值高、体积大,从而系统可靠性降低。为了提高系统功率密度和可靠性,设计了一种带小电容二极管整流器供电感应电机变频驱动系统的新型复合控制器,其结构在磁场定向电机模型控制的基础上结合使用了电压矢量边界控制模块,同时还采用了一种无速度传感器控制的转子位置估计算法。此外,还分析了控制算法对电机参数扰动的鲁棒性,并设计了状态滤波器。搭建了1.5 k W感应电机驱动试验平台,并采用20μF容值的电容进行了试验验证,试验结果表明了新型控制器的具有较好的性能。     

五桥臂逆变器双永磁电机三矢量预测控制

在五桥臂逆变器双永磁电机系统中,传统预测控制策略是一个控制周期内每台电机上等效于只作用一个幅值、方向均固定的矢量,矢量调节范围有限,系统运行时电流波动较大.为减小双电机系统中电机电流波动,采用一种三矢量预测控制策略,该策略在每个控制周期内作用两个有效矢量和一个零矢量.首先依据两个有效矢量所对应公共桥臂的开关状态将其分组,然后通过两台电机各自独立的价值函数筛选出每组中最优的矢量组合,最后比较不同组的矢量组合,从中进一步选择系统最优矢量组合,并按规则合成五桥臂电压矢量作用于双电机系统.对矢量进行分组后,该策略每个控制周期只需要计算30次价值函数,有效减小了多矢量预测控制的计算次数.实验结果表明,与传统预测控制策略相比,该策略在保持动态响应快等优点的同时,有效减小了电流波动,并具备一定的抗参数扰动性,提高了系统的稳态性能.     

采用六相八桥臂变流器永磁同步电机系统的驱动及容错控制仿真研究

对双Y移30°的六相永磁电机控制系统分析时,如果电机本体结构设计时各相绕组间互感可以忽略不计,可以将其看作2套三相子控制系统进行分析。参考常规三相半桥拓扑结构下电机的建模,对三相四桥臂拓扑结构下的子系统进行建模;在三相半桥控制系统空间矢量调制原理的基础上,提出了三相四桥臂的三维静止坐标系下的空间矢量调制原理;最后,对常见的一相故障提出两种容错控制策略,并利用仿真对控制策略进行验证。     

基于滑模观测器的电动汽车用感应电机驱动控制

由于传统感应电机驱动控制策略存在性能上的局限,故难以用于纯电动汽车系统。针对该问题,设计了一种用于电动汽车的基于滑模观测器的感应电机无速度传感器驱动控制方案。采用了固定边界层滑模观测器来对电机的转速和磁链进行较为精确的估计,无需使用速度和电压传感器,且不需知道负载转矩,同时降低了转矩脉动。方案中结合使用了带前馈补偿的间接矢量控制策略,提高了系统暂态性能。最后,开展了感应电机驱动试验,试验结果表明控制器的转速估计在较宽的范围具有较高的精度,同时在车辆行驶转速指令循环中保持了较好的暂态性能,并对参数的扰动具有较好的鲁棒性。     

一种桥式拓扑结构下MOSFET高速驱动电路

针对桥式拓扑中MOSFET因栅极驱动信号振荡产生的桥臂直通问题,分析了振荡与驱动电路各参数之间的关系,并设计了一种驱动电路。该电路结构简单、工作频率高、延迟时间小、抗干扰能力强,因而非常适用于高频感应加热电源。理论分析和实验结果表明,经过改进的驱动电路解决了驱动信号振荡问题,从而保证了MOSFET在高速应用场合的可靠运行。所设计的电路已应用于530kHz/2.5kW感应加热电源,实验波形证明了其合理性和有效性。     

感应电机离散变频磁链控制策略

提出一种基于空间电压矢量的感应电机离散变频磁链控制策略。首先分析三相晶闸管电路两相导通时电压矢量对感应电机磁链轨迹的影响,找出基于离散变频控制的感应电机转矩脉动的原因;其次,建立三相晶闸管电路两相导通时感应电机动态数学模型,得到定子磁链方程,并计算三相晶闸管电路都关断时定子磁链衰减量;最后给出所提控制策略的实现方法。研究结果表明,反向作用电压矢量是造成感应电机转矩脉动的主要原因,所提方法能消除反向作用电压矢量,与传统方法相比最大起动电流降低46%。实验结果验证了上述结论。     

具有升压和容错功能的开绕组感应电机驱动系统

为了提高电机驱动系统的可靠性和安全性,提出一种具有单级升压和容错功能的开绕组感应电机驱动系统。驱动系统运行的拓扑由阻抗源网络和3-H桥逆变器结合而成,既能实现单级升压又能在变流器发生故障下容错运行。根据直通零矢量插入原则以及3-H桥逆变器的调制策略,详细分析了单级升压3-H桥逆变器正常运行以及容错运行时的空间矢量脉宽调制方法。最后通过搭建的开绕组感应电机实验平台,验证了单级升压3-H桥逆变器调制策略的正确性以及开绕组感应电机驱动系统具有升压和容错功能。     

感应电机离散变频转矩脉动原因及改进方法

针对感应电机离散变频软启动存在转矩脉动的问题,提出一种空间矢量离散变频软启动控制方法。首先依据空间电压矢量理论分析感应电机离散变频的电压波形,说明传统方法存在转矩脉动的原因;其次通过剔除产生负电磁转矩的电压矢量,给出空间矢量离散变频软启动控制方法;最后分析在定子电流断续期间转子电流的变化规律及其对磁链衰减的影响。研究结果表明,(1)定子电压矢量的重复触发是造成转矩脉动大的主要原因,(2)空间矢量离散变频软启动控制可消除感应电机的转矩脉动,(3)在定子电流大小相等时,感应电机电磁转矩提升20%,(4)在定子电流断续期间转子电流的衰减量为5%,对转子磁链衰减的影响可以忽略。实验结果验证了该方法的有效性。     

双永磁同步电机五桥臂变换器模型预测控制

基于五桥臂逆变器供电的两台三相永磁同步电机系统,提出了一种基于模型预测方式的控制策略。在空间矢量脉宽调制的基础上,分析了五桥臂双电机控制数学模型;利用所建立的数学模型,本文提出的模型预测控制策略能够筛选出合适的空间电压矢量,在保证两电机速度独立控制的同时,缩短系统动态调节时间。仿真和实验结果验证了该控制策略的可行性和有效性。