感应电机基于最大转矩输入功率比的能效优化

对于感应电机运行在非额定条件下能效不高的问题,在损耗模型的基础上,结合MTPA弱磁控制策略,提出了一种新型的损耗功率最小化方法。所提出的方法称为最大转矩输入功率比(MTPIP)方法,即在恒转矩的情况下保证输入功率的最小化。其原理是首先计算转矩向量和输入功率向量的梯度,当这两个向量平行即梯度为零时,转矩输入功率的比值达到最大。为了将新方法应用于感应电机的转子磁场定向矢量控制系统中,还设计了基于损耗模型的电压解耦方式和磁通观测器。所提出的方法既保留了损耗模型法和MTPA弱磁控制策略的优点,又实现了感应电机的高能效运行。仿真实验结果表明,MTPIP方法能在不影响矢量控制系统动态性能的基础上实现感应电机能效优化。     

基于定子磁链规划的异步电机最优效率控制

针对异步电机效率优化问题,提出了在直接转矩控制下采用定子磁链规划的最优效率控制方法。基于电机的损耗模型,通过效率优化算法在线检测计算各个定子磁链值对应的功率损耗并进行在线搜索,寻求消耗功率最小的定子磁链值。仿真结果表明该方法能够减小异步电机轻负载时的输入功率,明显提高电机在轻负载情况下的稳态运行效率,同时保持较好的转矩动态性能,并且收敛速度较快。     

开关磁阻电机稳态特性的等效磁网络模型分析方法Ⅱ.系统仿真

根据上文所建立的数学模型，结合系统的驱动模式，对电机在角度位置控制方式下的稳态运行特性进行了仿真分析。首次研究了开关磁阻电机中系统磁场储能的变化对电机动态转矩的影响，发现稳态运行时开关磁阻电机中电磁转矩的脉动主要不是由电机磁场储能的变化引起的，而是由输入电机的电磁功率的脉动引起的。本文计算结果与实验结果非常接近，证明所建立的模型是正确的。     

开关磁阻电机稳态特性的等效磁网络模型分析方法：II.系统仿真

根据上文所建立的数学模型，结合系统的驱动模式，对电机在角度位置控制方式下的稳态运行特性进行了仿真分析。首次研究了开关磁阻电机中系统磁场储能的变化对电机动态转矩的影响，发现稳态运行时开关磁阻电机中电磁转矩的脉动主要不是由电机磁场储能的变化引起的，而是由输入电机的电磁功率的脉动引起的。本文计算结果与实验结果非常接近，证明所建立的模型是正确的。     

考虑转子异步损耗的永磁同步电机高效率控制研究

永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor）功率密度高、转动惯量小、动态响应快,广泛用于电动汽车的驱动、伺服系统和工业等场合。考虑了电机在加速、减速等动态工况工作时产生的转子异步损耗,实现永磁同步电机损耗最小控制,建立了考虑转子异步损耗的永磁同步电机模型,采用数值方法求解电机模型;以电机输入功率最小为目标函数,通过基于模型的黄金分割算法在线搜索当前工况下的最优定子磁链,避免搜索过程中电机的抖动。结果表明,与传统的最大转矩电流比和弱磁控制相比,在加速、减速时总损耗都有明显降低,在额定转速以上响应更快,转矩动荡小。所提出的控制策略实现了动态工况下电机损耗最小,达到了节能的目的。     

标量控制的感应电机高效节能运行的实现

从感应电机高效节能运行出发,依据三相感应电机的等效电路推导出电机高效率运行的供电条件,揭示了电机高效率运行时电机输出的转速和负载转矩与输入的电源电压和频率之间存在的确定关系.在此基础上,提出实现电机高效节能运行的标量控制方案,并通过与恒压频比控制方式运行效率的比较及控制系统转速调节和转矩变化过渡过程的仿真实例,验证了电机高效节能控制运行方案的可行性.     

永磁同步电机瞬时功率控制

基于对电机输入瞬时有功无功功率的分析，提出一种新的永磁同步电机瞬时功率控制方案。分析表明，输入瞬时有功功率决定了定子侧磁场幅值变化速率，而输入瞬时无功功率则决定了定子侧磁场旋转速率，可以通过控制电机输入瞬时有功无功功率来控制电机磁场和输出转矩，以获得快速的转矩动态响应和稳定的稳态转矩。在Simulink中进行了此永磁同步电机瞬时功率控制方案仿真，包括动态和稳态运行仿真，在仿真结果的基础上，分析了瞬时功率对磁场和输出转矩快速性和稳定性的影响，仿真结果表明瞬时功率控制方案是一种高性能的控制方案。     

双馈电机转子交流励磁矢量控制电压波形分析

以矢量控制作为转子交流励磁控制方法，建立了双馈电机在变速恒压、恒频发电机运行时的数学模型和仿真模型。对启动和较大转速扰动时的动态过程进行了计算机仿真，得出了转速变化时转子交流励磁电压和定子输出电压的动态波形。结果表明，双馈电机采用转子交流励磁的矢量控制后，具有良好的动态特性，但又存在值得注意的问题。为励磁变频器的设计和控制提供了有意义的依据，对风力机的选用也十分有用。     

基于异步电机效率优化的变频供水系统研究

研究了供水系统中驱动水泵的异步电机最大运行效率控制问题,对于整个社会的节能和减排具有重要意义.在研究异步电机最小损耗控制算法和流量、水压与水泵转速的关系基础上,建立了基于异步电机效率优化的变频供水闭环控制系统.与恒压频比控制进行了对比,仿真结果表明最小损耗控制算法在保证系统具有较好的动态响应的同时,显著提高了轻载时电机的运行效率,将其应用于供水系统中,将有利于提高系统的节能水平.     

考虑铁损的同步磁阻电机最小损耗控制策略

传统电机模型忽略了转子铁损影响，导致电机在高速运行状态下最大转矩电流比控制(MTPA)效果变差，因此提出了一种考虑转子铁心损耗的同步磁阻电机(SynRMs)模型以及相应基于模型的控制策略。提出的电机模型从能量的角度出发，将产生于铁心上的各类损耗统一等效为一个铁损电阻的发热损耗，兼具了建模的准确性及简洁性。在此基础上，通过对电机运行时产生总损耗进行更为精确的数学分析，提出了考虑铁损的同步磁阻电机最小损耗(ML)控制策略。通过控制输入电流合理分配使稳定运行状态下电机损耗保持在最低，有效提升了运行效率。此外，所提出控制策略可有效降低控制器的计算量。最后，通过仿真和实验结果验证了所提出控制策略的可行性及有效性。     

一种闭环E类放大器的分析与设计方法

开环E类放大器的设计一般通过理论计算得出电路中各元件的参数,然后固化成硬件电路,一旦电路负载发生变化,E类放大器不再继续工作于最优状态且输出功率不稳定。本文提出了一种基于负载变化的闭环E类放大器的设计方法,当电路负载变化时,不需改变原硬件电路,通过调整电路中晶体管开关激励电压的占空比和频率,使E类放大器继续工作于最优状态,通过调节输入电压使输出功率保持不变。本文最后以输出功率1W、初始负载电阻50Ω为例进行了设计和仿真,仿真结果与理论一致。     

一种新型电压源换流器的研究

为了改善轻型直流输电网络的波形质量，目前电压源换流器使用较多的高频有源开关器件，导致成本增高，损耗加大，限制了其实际应用。本文提出了一种Buck型电压源换流器(BVSC)，该BVSC由一组双Buck变换器和一个工频逆变桥组成，仅用两个高频开关，即可取得较好的输出波形。为了进一步解决大功率应用时的高频开关的局限性，文中还提出了一种新型的双频控制Buck型电压源换流器(DBVSC)，DBVSC在BVSC的基础上附加了一个双Buck变换器，使原BVSC工作在高频，仅处理谐波功率，而附加的BVSC工作在低频，处理基波功率。DBVSC既可以改善换流器输出电流波形质量，又可以减小系统损耗，提高功率等级，特别适合于大功率应用。文中推导了基于单周控制思想的控制方程，运用简单的控制电路实现要求，通过仿真研究，证实了理论分析的正确性。     

具有短路限流能力的大变比DC/DC变换器

提出了一种具有短路自动限流和功率双向流动特性的大变比DC/DC变换器,该变换器适合作为接口电路用在高、低压直流线路之间。该DC/DC变换器以三电平方式工作,通过调节占空比和相移,可以改变其传输功率,并且可以实现功率的双向流动;电路以梯形波电流工作,实现了部分软开关,效率较高;在发生直流短路的情况下,流过开关管的电流峰值与正常工作时相等,实现了自动的短路保护。基于以上特点,设计了一个输入电压为12 kV、输出电压为1 kV、传输功率为100 kW的变换器,通过仿真研究验证了理论分析的正确性。     

永磁同步电机直接转矩控制系统转矩调节新方法

从开关频率优化和电压空间矢量合理选择2个方面提出了1种新的转矩调节方法。通过逆变器开关频率PI调节得到转矩滞环比较器的滞环宽度值,在充分利用功率器件开关频率的同时,不仅克服了圆形磁链轨迹对功率器件高开关频率要求的缺陷,而且克服了在转速变化过程中采用固定滞环宽度值带来的功率器件开关频率波动范围大且低速转矩调节性能下降的缺陷。针对零电压空间矢量的特点,为降低系统低速稳态运行时的转矩脉动且保证瞬态运行时转矩的快速响应,提出了在低速稳态运行时选用零电压空间矢量减小转矩、在低速瞬态运行时选用有效电压空间矢量来减小转矩的转矩调节方法。该方法在保证系统响应速度的同时减小了系统平均转矩脉动。实验结果表明新的转矩调节方法不仅能充分利用功率器件的开关频率,而且在低速时由于开关频率的提高反而获得了相对圆形磁链轨迹更小的转矩脉动。     

基于多模式控制的储能用双向Buck-Boost DC/DC变换器

由于各种分布式能源的大量接入，电网需要加入储能单元以平抑潮流的波动。储能系统中，为了在宽输入、输出电压范围的情况下实现高效双向电能转换，探讨一种基于多模式控制的双向Buck-Boost DC/DC变换器。当输入电压显著高于输出电压时，变换器工作在Buck模式，采用谷值电流控制。当输入电压显著低于输出电压时，变换器工作在Boost模式，采用峰值电流控制。当输入电压接近输出电压时，变换器工作在Buck-Boost组合模式，采用移相控制来实现平滑过渡。为了实现高精度的输出和快速的动态响应，控制环路采用二型补偿器。通过Buck模式和Boost模式小部分重叠工作的方式，消除了传统Buck-Boost变换器在模式切换时存在的断续现象。制作的1 kW实验样机具有97.5%的峰值效率以及Buck模式与Boost模式平滑切换的特点。     

Current sensorless control for half‐bridge based AC/DC PFC converter with consideration of conduction losses

The focus of this paper is on a simple half‐bridge converter that performs power factor correction (PFC) using current sensorless control. Current sensors increase cost, auxiliary power required, conduction losses, and volume of the PFC converter. Moreover, measurement of high frequency current is demanding, especially in cost‐sensitive applications. The PFC converter proposed combines simple half‐bridge topology and improved current sensorless‐control algorithm that takes into account conduction losses. These losses influence volt‐second balance in the input inductor and result in distorted grid current shape. Their effect is especially evident in half‐bridge converter, where input inductor operates with high voltage swing. The current sensorless control method proposed compensates this influence and allows achieving sinusoidal current shape. First, the phenomenon of current distortion was shown with numerical simulation in PSIM package. Experimental prototype rated for 350 W power was built to verify theoretical and simulation results. Experimental results are in good agreement with those obtained with simulation and theoretically. The PFC converter proposed features low cost of realization and can be used in consumer equipment for connection to the grid. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于半桥谐振拓扑的高效高密度兆赫兹RDCX变换器研究

谐振变换器因其软开关特性,很容易实现MHz的开关频率,满足高密度供电模块的效率和密度要求。但是MHz高频谐振拓扑采用调频控制方式存在软开关范围受限的问题。当谐振变换器工作在直流变压器(DCX)时才能充分发挥其高效率高功率密度的优势,但是失去了电压调控能力。因此本文通过在DCX中串联可控电压源的方式实现可调直流变压器(RDCX)。绝大部分输入功率直接通过DCX处理,仅通过小部分输入功率的两级处理实现输出电压调节,保证了电路的高效率和高功率密度优势。文中详细设计了输入电压360V-400V,输出电压12V,满载功率750W的RDCX样机参数,通过实验验证了该RDCX方案的优越性。     

一种用于数控功率因数校正的占空比控制算法

功率因数校正技术存在开关周期内需要大量运算操作的问题,受数字控制器计算速度的影响,开关频率的提高受到限制;当负载和输入电压变化时,其调整能力不强.针对此问题提出一种应用于Boost功率因数校正电路中的占空比控制算法.该算法不仅可以使电流环和电压环两方面的计算同时进行,而且运算操作大大减少.当负载和输入电压发生阶跃变化时,算法通过引入输出纹波电压和前馈输入电压来补偿每个开关周期的占空比,保证了输入电流仍是良好的正弦波形,并保证功率因数校正系统具有较快的动态响应速度和较高的稳定性.仿真结果表明,电路工作在开关频率为100 kHz的情况下,功率因数达到0.998以上,能够达到功率因数校正的目的.     

火电厂辅机高压变频调速系统的保护配置探讨

从火电厂辅机电动机的保护配置,具体从高压异步电动机的保护配置、电动机保护与高压变频器保护的关系、高压变频调速系统应具有的保护功能(如欠压保护、瞬时停机再启动功能、输入过流保护等)等方面探讨了火电厂辅机高压变频调速系统在保护功能配置方面应该注意的问题,谨供火电厂辅机进行高压变频调速系统的选型和方案确定参考.     

异步电机弱磁区转矩最大化策略

异步电机工作在弱磁区时,转矩随着转速的升高急剧下降,在转子磁场定向系统中,充分利用电机和逆变器的最大电压、电流限制,无需d轴电流控制器,通过调节q轴分量,稳定高速失步状态,实现弱磁区转矩最大化。异步电机在电压极限状态遇到干扰时,通过旋转定子电压矢量产生动态电压边缘,提高系统的瞬态响应。当异步电机运行在弱磁区,铁损增大,影响电机的磁链水平和转矩输出,引入铁损补偿机制,确保弱磁区的转矩最大化。仿真和实验证明,该控制系统能实现异步电机弱磁区转矩最大化,且具有很强的鲁棒性。