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。     

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。     

高推力永磁游标直线电机的开放式绕组SVPWM控制

提出了基于高推力永磁游标直线电机的开放式绕组空间矢量脉宽调制策略。对双逆变器开放式绕组拓扑结构展开分析,建立空间电压矢量的数学模型。基于现有的两电平逆变器,对双逆变器系统的两边逆变器进行独立分析,将电压矢量组合得到各空间电压矢量对应的开关状态。空间矢量平面被划分为6个子六边形区域,在子六边形内将参考矢量分解为两部分,一部分由一边逆变器钳位于固定开关状态提供,另一部分由另一边逆变器在对应子六边形中调制得到。最后,通过仿真与实验验证了该方法的正确性。     

基于Z源逆变器的共直流母线开绕组永磁同步电机系统控制策略

为提升开绕组永磁同步电机系统的调制能力,该文提出一种基于Z源逆变器的共直流母线开绕组永磁同步电机系统结构及其控制策略。通过建立所提电机系统的数学模型,提出在空间矢量脉宽调制中插入直通矢量的升压策略以及重分配零电压矢量作用时间的零序电流抑制策略。针对两侧逆变器独立调制时直通矢量不同步导致无法调制产生参考电压的问题,提出两侧逆变器的协同调制策略,在保留低开关频率优点的基础上,确保引入Z源逆变器后系统调制的正确性。最后,通过实验验证所提控制策略的正确性和有效性。     

基于空间电压矢量120°解耦的开绕组异步电机双三电平逆变器零序电压消除

由于开绕组异步电机双三电平逆变器系统存在很大的零序电压,导致整个系统在单一直流电压源供电模式时,容易形成零序环流损坏半导体开关器件和开绕组电机绝缘,只能动态地消除系统零序电压的平均值,不能抑制其瞬时值,即在一个开关周期内只能通过改变小矢量的作用时间,使其每个逆变器的零序电压平均值为零。提出一种新的消除开绕组异步电机双三电平逆变器系统零序电压的方法。该方法无需对每个开关周期内系统的零序电压进行动态抑制,直接利用统一快速算法以及空间电压矢量解耦的原理和方法将给定参考电压矢量分解为两个大小相等、方向互为120°的等效参考电压矢量,并由两个逆变器分别单独产生,以此实现对双三电平逆变器系统零序电压的瞬时值的消除。仿真和实验验证了该方法的正确性和有效性。     

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。     

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。     

二极管钳位型多电平逆变器脉宽调制时电容电压均衡方法

电容电压不均衡是二极管钳位型多电平逆变器中一个关键技术问题。当三电平二极管钳位型逆变器采用SPWM和SVPWM的调制时,直流侧分压电容的电压产生基波频率为三倍输出频率的低频振荡。要使一个采样周期内电容电压不发生不均衡,需要使在该采样周期内向中点电荷注入的电荷总和为零。本文提出了一种新的调制策略,在三电平二极管钳位型调制策略中可以等效为虚拟矢量调制策略,但这种调制策略可以方便地扩展到更多电平二极管钳位型逆变器的调制中。通过向调制波注入零序电压分量,这种调制策略可以等效为基于载波的调制策略。文中以二极管钳位型三电平和五电平逆变器进行了仿真研究,最后建立了二极管三电平逆变器,实验结果验证了算法的有效性。     

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。     

PMSM转矩脉动优化的三相四开关新型SVPWM策略

在三相四开关逆变器供电永磁同步电机(PMSM)系统中,由于三相四开关逆变器只有4个基本电压矢量且需要合成零电压矢量,使用空间矢量脉宽调制(SVPWM)策略合成参考电压矢量时的平顺性较差,因此导致PMSM转矩脉动较大。现有的SVPWM根据合成零电压矢量的不同可以分为2种调制方式,但这2种调制方式都无法使PMSM转矩脉动最小化。这里根据转矩脉动有效值,研究了两种零电压矢量合成方式对转矩脉动的影响,提出了一种三相四开关新型SVPWM策略。同时为了简化调制策略扇区的划分,提出了一种简单的工程近似求解方法。通过仿真与实验证明所提出的新型SVPWM可有效抑制PMSM转矩脉动。     

级联多电平逆变器空间矢量调制算法零序电压分布及优化算法

逆变器输出电压中的零序分量在电机中形成共模电压,它通过寄生回路产生的共模电流会损坏电机轴承、造成绕组绝缘的破坏以及产生电磁干扰。本文在将常规dq0坐标旋转45°后的新坐标平面中,研究了空间矢量对应的零序分量的分布规律。结果表明,只要适当地减小调制系数,逆变器输出电压矢量的零序分量幅值就可以小于一定的限制值。基于该规律,提出了一种将级联型多电平逆变器输出零序电压幅值的相对值限制为1/3的空间矢量调制算法。仿真和实验结果表明,该调制方法对零序电压的抑制是有效的,并且计算简单、易于实现。     

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。     

不同空间矢量调制下三相两电平并网变换器的 差模电流与共模电压对比研究

该文针对三相电压源型PWM并网变换器典型的空间矢量脉宽调制(SVPWM)策略,根据零矢量作用分配方式进行分类,并提出一种零序电压冲量周期平衡的SVPWM策略,从差模和共模等方面对五种调制策略进行了对比研究。通过建立三相PWM变换器的单相等效模型,利用Matlab对不同调制比及功率因数下的差模电流和共模电压进行预测及谐波分析。通过构造三维电压矢量空间,利用冲量等效原理对低频共模分量进行分析。通过实验对研究结果进行验证,为三相电压源型PWM变换器调制策略的选用提供了理论依据。     

共直流母线开绕组电机的移相解耦控制策略

传统的共直流母线开绕组电机驱动系统的调制策略主要有三种:交替子六边形脉冲宽度调制(PWM)、中间六边形PWM和解耦SVPWM,但单一调制策略下无法兼顾电压输出范围和零序电压。该文提出一种移相解耦调制策略,该策略是在解耦SVPWM的基础上将两个逆变器的电压矢量夹角也作为一个控制量,通过调节该夹角可以使驱动系统既有较宽的输出电压范围,又能在全输出电压范围内具有较小的零序电压。最后,利用基于dSPACEDS1007的实验平台,分别通过实验验证了所提方法的正确性和有效性。     

五相电压源逆变器SVPWM优化算法

为使五相电压源逆变器同时获得最大电压利用率及最小输出电压谐波,在分析两种SVPWM算法调制机理的基础上,设计了一种改进的相邻最近四矢量SVPWM算法。该算法在调制比为0~1.051 4范围内,通过消除谐波空间合成矢量,使得输出电压谐波为零;在调制比为1.051 4~1.23 1范围内,通过优化重新分配电压矢量作用时间来合成参考电压矢量,保证了谐波空间的合成矢量最小,使逆变器工作在最优状态。构建了五相电压源逆变器仿真模型以及FPGA实验平台,仿真和实验结果表明:在整个线性调制范围内,优化算法能够使五相电压源逆变器的输出电压谐波最小。     

基于定子单相开路故障的六相空间矢量PWM

双Y移30°六相感应电机出现定子单相开路故障后,转矩和转速的脉动会增大。为减小脉动,提出一种具有容错能力的六相空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)方法。将出现开路故障的那套绕组的星形结点与逆变器直流母线中点连接;将32个定子绕组电压列矩阵通过一个新的五维正交矩阵,映射到d-q平面、z1-z2平面,得到32个基本矢量;通过优化模型构造出6个辅助矢量和一个等效零矢量,它们在z1-z2平面都为零;参考矢量由辅助矢量和等效零矢量来合成,参考矢量在z1-z2平面为零能抑制谐波电压,在d-q平面的轨迹为圆形能使转矩平稳。仿真和实验结果表明,有容错SVPWM转矩和转速的脉动范围分别是无容错SVPWM的30%和25%,有效提高系统的缺相运行性能。     

基于新型SVPWM调制策略的开绕组同步磁阻电机控制系统研究

本文介绍开绕组同步磁阻电机矢量控制系统,并详细介绍一种新型双逆变器SVPWM调制策略,使得双逆变器两象限交替低频工作,逆变器开关器件的损耗均分。在Matlab/Simulink平台构建了开绕组同步磁阻电机矢量控制系统仿真模型,以F2812DSP为控制核心搭建实验平台,实验与仿真结果验证了该方案可行。     

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.     

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。     

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。