基于MRAS速度估算模型的异步电机控制优化

传统式速度传感器安装不便,在使用过程中需要定期校准与维护.因此在各类复杂应用场景下,采用无速度传感器控制方法是很好的选择.针对电力拖动控制系统中异步电机的调速控制,通过Matlab/Simulink仿真工具,建立异步电机的矢量控制模型,其中使用MRAS速度观测器作为电机转子转速的反馈来源.建立对应的仿真模型后,通过分析电机在启停、负载变化等动态过程中磁链、速度、转矩的变化,对观测模型与控制模块进行优化.同时,该仿真实验可以逐步应用于学生教学,提升学生在电力拖动领域中的理论应用能力.     

一种SiC MOSFET并联的稳态电-热分布预测模型

SiC MOSFET分立器件的并联已在中大功率的电力电子设备中广泛使用,为充分利用并联使用的优势,避免不当并联可能产生的电-热失衡现象,需提前预测开关管并联工作时的稳态电-热分布情况.而由于半导体器件在生产过程中的差异性不可避免,即使是同一厂商生产的同一型号SiC MOSFET,在关键参数如阈值电压UTH和导通电阻RDS(ON)上都有所差异,而这些参数正是影响器件并联动静态电流分布和电-热分布的关键参数.本文研究了影响器件并联动静态电流分布和电-热分布的因素以及关键参数的温度分布特性,并在此基础上提出了一种电-热分布特性的预测模型,最后搭建了实验平台验证了预测模型的准确性.     

碳化硅MOSFET桥臂电路串扰抑制方法

与硅MOSFET相比,碳化硅MOSFET更加有利于满足变换器高效率、高功率密度和高可靠性的发展要求。然而在桥臂电路中,上下管之间的串扰问题严重限制了碳化硅MOSFET性能优势的发挥。本文在分析了串扰问题产生机理的基础上,采用了一种改进的基于PNP三极管的有源密勒箝位方法,对串扰进行了有效抑制,并搭建了双脉冲测试平台进行实验验证。实验结果表明,改进的方法能够获得较好的串扰抑制效果,对碳化硅MOSFET的驱动电路设计具有一定指导意义。     

基于MMC拓扑STATCOM综合控制策略研究

针对基于模块化多电平变换器(Modular Multilever Converter,简称MMC)的静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,简称STATCOM)提出了一种综合控制策略。根据MMC-STATCOM在不同工作状态下的性能要求以及最近电平逼近调制(Nearest Level Modulation,简称NLM)和载波移相SPWM(Carrier Phase Shifted SPWM,简称CPS-SPWM)两种控制策略的不同特点,在不同工作阶段分别选择合适的控制策略。基于瞬时无功功率理论,通过在d轴和q轴上分别叠加有功分量和无功分量的方法,在恒频启动阶段采用最近电平逼近调制并在电压外环采用斜坡控制,实现子模块电容电压快速稳定上升,在稳态阶段采用载波移相SPWM的分级控制,实现稳态时系统具有较好的输出性能。最后,综合控制策略进行了实验验证。     

SiC MOSFET并联动态电流不均衡的无源补偿策略

SiC MOSFET分立器件的并联结构已在中大功率应用中广泛使用,为了充分利用并联的优势,需解决并联动态电流不均衡问题.在SiC MOSFET特性参数中,阈值电压是影响并联动态均流特性最主要的参数.通过建立SiC MOSFET双管并联的电路模型,探究了并联动态电流不均衡的补偿策略,推导了阈值电压对SiC MOSFET开关管动态均流程度影响的公式.建立了含寄生电感的双管并联电路模型,提出了两种双管并联动态电流不均衡的无源补偿策略,即基于共源极寄生电感的补偿策略以及基于开尔文源极电感和功率源极寄生电感并联的补偿策略.通过仿真比较了两种无源补偿策略下的开关总损耗.最后,优化了基于开尔文源极电感和功率源极寄生电感并联的补偿策略,并通过双脉冲实验验证了此并联补偿策略下的动态均流效果.     

基于无位置传感器的无刷直流电机换相续流研究

无刷直流电机(brushless DC motor,简称BLDCM)换相时刻关断相电流续流会引起电机端电压波形畸变。当采用无位置传感器反电动势过零检测法时,端电压波形畸变会使位置检测信号相位超前,偏离最佳换相时刻,电机负载转矩和转速较大时增加了转矩脉动,甚至会造成换相失败,限制了反电动势检测法的无刷直流电机功率应用范围。因此,针对电流续流引起的位置信号相位超前的机理加以分析,推导出了超前角度与负载转矩和转速的关系,并给出了位置检测信号相位超前的补偿算法,并对电机在不同负载转矩和转速下位置信号进行相位补偿,拓宽了无位置无刷直流电机的运行范围。仿真和实验结果表明,在不同负载转矩和转速下经过补偿后的位置信号与最佳换相信号一致,电机负载转矩和转速较大情况下运行平稳。     

碳化硅MOSFET器件特性的研究

由于材料性能的不同,碳化硅MOSFET与硅MOSFET在电气特性方面存在一些显著差异,不能简单地将硅MOSFET直接替换为碳化硅MOSFET。为了准确地掌握碳化硅MOSFET在实际应用中的工作特性,利用双脉冲测试电路对器件特性进行了研究,重点对通态特性和开关特性进行了分析、总结,实验结果可对基于碳化硅MOSFET的变换器优化设计提供指导。     

电流型PWM整流器叠流时间对网侧电流影响及其抑制方法

为了保证电流型PWM整流器直流侧电流的连续性,需要在驱动信号中加入叠流时间,但叠流时间会给网侧电流带来额外谐波。通过对电流型PWM整流器换流过程进行分析,得到加入叠流时间前后的交流侧电流波形,根据冲量等效原理及对相关波形傅里叶分析,推导出叠流谐波与叠流时间的量化关系。提出一种通过正负斜率锯齿波交替作为载波的调制方法来抑制叠流谐波,通过仿真和实验验证了理论分析的正确性和抑制方法的有效性。     

硅与碳化硅二极管在Buck变换器中的对比研究

硅(Si)器件在电力电子变换器中应用广泛,但其性能已接近理论极限。与Si材料制成的Si二极管相比,由新型碳化硅(SiC)材料制成的SiC二极管性能更加优越。对Si二极管和SiC二极管的器件特性,包括通态特性、阻态特性和开关过程这3个方面进行对比,又对两种二极管的损耗分布(导通损耗、阻态损耗和反向恢复损耗)进行了理论计算和对比分析。设计制作了Buck变换器实验样机,对分别采用Si二极管和SiC二极管时的主要波形、损耗、效率和温升进行了对比研究,实验结果进一步验证了SiC二极管的性能优势。