滞环SVPWM整流器在感应加热电源中的应用

介绍了一种新颖的基于电流滞环和空间电压矢量调制(SVPWM)技术的电压、电流双闭环感应加热电源。它采用先进的控制策略,使感应加热电源的网侧输入功率因数(PF)接近于1;电流总畸变率(THD)小于5%。在对感应加热电源进行系统小信号建模分析的基础上,重点分析设计了高功率因数(HPF)开关模式整流器(SMR)的电流滞环和SVPWM控制器。仿真分析和实验结果证明了该系统的合理性。     

无桥PFC新型控制算法

针对无桥功率因数校正(PFC)电路在传统控制算法下,由于升压电感位于电网交流侧而存在输入电流过零点畸变问题,提出了一种新的高功率因数控制策略。在新控制策略下,避免了无桥PFC电路在输入电压过零点处输入电流畸变,同时使输入端达到很高的功率因数。论文详细分析了传统控制算法下无桥PFC输入电流过零点畸变的原因,推导了输入电流畸变的时间范围,讨论了影响输入电流THD的相关因素,然后比较了两种控制策略下电源的PF值和输入电流THD,最后通过仿真和实验验证了新型控制策略在抑制电流谐波畸变率方面的正确性和优越性。     

一种改进的CHB多电平变换器PWM调制策略

级联H桥CHB(cascaded H-bridge)多电平变换器是中压大功率电机驱动系统最广泛采用的拓扑,传统LS-PWM和PS-PWM不能很好地兼顾输入、输出电流的谐波性能,对比了CHB多电平变换器在这两种调制策略下的输入和输出THD,分析了两种方法下输入、输出波形产生区别的本质原因,进而探讨了一种局部载波移相PWM调制方法。该方法吸收了两种调制方法的优点,发挥PS-PWM调制时模块功率均衡和网侧输入电流谐波低的特点以及LS-PWM输出电能质量好的特点。最后,搭建了三相七电平CHB变换器实验平台,对局部载波移相PWM调制策略进行了验证。     

一种新的单相-三相矩阵变换器调制策略

针对直接型单相-三相矩阵变换器,提出一种基于正弦脉宽调制(Sine Pulse Width Modulation,SPWM)的调制方法。假定单相输入电压为余弦函数,通过构造含有输出电流频率和一族输入频率奇数倍频率的余弦函数,进行简单的加减运算作为调制波,可以获得对称的三相输出电压,并且输出电压的谐波次数、频率和幅值可控。对于感性负载,输出电流近似为正弦波形,获得了单相-三相矩阵变换器的输入电流计算公式。建立Matlab/Simulink的仿真模型,构造相应的调制函数,进行了阻感负载的仿真实验。使用DSP芯片和双向开关搭建了单相-三相矩阵变换器的实验平台,实验结果表明提出的调制策略扩大了矩阵变换器输出频率的调节范围,减小了输出电流的总谐波失真度(Total Harmonic Distortion,THD),并能保持输入功率因数为1,具有良好的性能。     

一种改善Vienna整流器输入电流品质的载波钳位调制方法

三相三电平Vienna整流器具有输入电流总谐波畸变率(THD)低、功率密度高、单位功率因数等优点,适用于高频三相功率因数校正场合。在器件开关暂态过程中,Vienna整流器的寄生电容和缓冲电路等非线性因素会造成交流侧端电压误差,给输入电流引入低频谐波,从而影响电流品质。为此,本文提出一种改善Vienna整流器输入电流品质的载波钳位调制方法,该方法考虑Vienna整流器电路非线性因素,对开关暂态过程和端电压误差进行分析,在电流过零时将端电压钳位到零电平,且可调节钳位区间大小,有效降低了端电压误差,提高了输入电流品质。通过仿真和实验对所提载波钳位调制方法和常规SPWM方法进行比较,结果表明:所提方法能在宽负载范围下降低输入电流低频谐波分量和总电流畸变率,验证了所提载波钳位调制方法的正确性和可行性。     

基于等效载波SVM的Vienna整流器比例重复控制

针对传统三电平空间电压矢量存在的区间划分繁琐、矢量作用时间计算复杂等问题,同时为消除中点电位漂移的影响,设计了一种引入冗余零矢量修正的等效载波层叠空间矢量调制(SVM)方式。为抑制网侧电压谐波并进一步改善网侧电流质量,设计采用了比例与重复并联的电流内环复合控制策略,给出了详细的理论分析与控制系统设计方案。构建了完整的系统仿真模型与实验样机,仿真与实验结果表明,所提的控制策略有效改善了网侧电流波形质量,系统动静态性能良好,实现了单位功率因数整流。     

无桥Boost PFC在UPS中的应用研究

不间断电源(UPS)在生活和工业中应用十分广泛。传统UPS电源输入侧直接接在电网上,输入电流谐波含量高,网侧输入功率因数很低,对电网造成污染。该文提出在UPS的输入侧加入功率因数校正环节,通过无桥Boost PFC对网侧电流进行控制,使网侧电流跟踪电压相位,大大提高网侧输入的功率因数,几乎消除了对电网的谐波污染,达到清洁使用电能的目的。本文详细分析了无桥BoostPFC电路的工作原理,通过Matlab/Simulink进行了系统的仿真,并进行了硬件实验,仿真和实验结果验证了提出方法的正确性和可行性。     

Vienna整流器一种包含过调制区域的调制方法

由于功率因数角的存在和电压矢量过调制,Vienna整流器输入电流会发生严重畸变。在此提出一种易于实现且包含过调制的调制方法,进一步扩展了Vienna整流器的运行范围。详细划分了Vienna整流器的线性调制区和过调制区,通过确定不同区域的边界条件及其对应的调制算法,能够有效地降低输入电流总谐波畸变率(THD)。最后通过实验验证了所提调制算法的优越性和理论分析的正确性。     

DFIG网侧变换器HC-DPC与SVMP-DPC比较北大核心CSCD

以双馈风力发电机DFIG(doubly-fed induction generator)网侧变换器滞环直接功率HC-DPC(hysteresis controller direct power control)和基于空间矢量调制SVM(space vector modulation)的预测(predictive,P)直接功率控制(SVM P-DPC)的性能比较为研究目的,采用理论分析与实验验证相结合的方法,根据网侧变换器的数学模型,分别采用HC-DPC和SVM P-DPC策略,对提出的2种策略进行对比实验。实验结果表明:两种策略均具有快速的动态响应能力,但HC-DPC输出电流和输出功率谐波含量高;SVM P-DPC输出电流正弦度好,输出功率波动小,同时具有良好的静态和动态特性。验证了所提策略的可行性和正确性。     

单相Boost型PFC变换器无差拍电流控制方法研究

提出一种考虑时间延时的无差拍电流控制算法,推导出单相Boost型功率因数校正(PFC)变换器在两拍周期内电感电流的数学表达式,进而得到开关器件的占空比控制信号。该方案实现了电网电流快速准确地跟踪电网电压,有效减小了网侧电流总谐波畸变率(THD)。还验证了基于广义二阶积分器(SOGI)的锁相环(PLL),应用该PLL可实现网侧单位功率因数。仿真和实验均证明了上述方法性能良好,可满足运行要求。     

DFIG网侧变换器HC-DPC与SVMP-DPC比较

以双馈风力发电机DFIG(doubly-fed induction generator)网侧变换器滞环直接功率HC-DPC(hysteresis controller direct power control)和基于空间矢量调制SVM(space vector modulation)的预测(predictive,P)直接功率控制(SVM P-DPC)的性能比较为研究目的,采用理论分析与实验验证相结合的方法,根据网侧变换器的数学模型,分别采用HC-DPC和SVM P-DPC策略,对提出的2种策略进行对比实验。实验结果表明:两种策略均具有快速的动态响应能力,但HC-DPC输出电流和输出功率谐波含量高;SVM P-DPC输出电流正弦度好,输出功率波动小,同时具有良好的静态和动态特性。验证了所提策略的可行性和正确性。     

间接矩阵变换器有零空间矢量调制策略研究

针对间接矩阵变换器(IMC)无零矢量空间矢量调制(SVM)时直流侧输出平均电压存在低频脉动的问题,研究了一种直流侧平均电压为恒值的有零矢量SVM策略,推导了该调制策略的表达式,分析了零电流换流原理,给出了实现框图,并最终搭建了一台基于XE164单片机+CPLD的实验样机。实验结果表明,采用有零矢量SVM的IMC不仅可以满足日益严格的电网电能质量要求,同时输出具有更优异的传动性能。     

三相电流型整流器的空间矢量调制技术研究

利用三相电压型整流器(VSR)的电压空间矢量调制技术(SVM)实现三相电流型整流器(CSR)的三逻辑空间矢量调制,并实现了电流型整流器交流侧的单位功率因数和直流侧电流的平稳运行。仿真结果证明了该方法的有效性。     

基于电流谐波最小的永磁同步电机无差拍预测电流控制

基于空间矢量调制(SVM)的无差拍预测电流控制(DBPCC)具有原理简单、动态响应快、开关频率固定等优点，在永磁电机高性能控制中得到了广泛应用。但是传统的无差拍预测电流控制采用单一的7段式矢量序列，在高速重载等高调制比工况下电流谐波相对较大。已有研究表明，高调制比时采用母线钳位空间矢量调制能获得更小的电流谐波，但优化矢量序列的选择比较复杂且仅在开环运行下进行验证。在解析推导基于4种电压矢量序列的空间矢量调制的电流谐波基础上，提出了一种变序列SVM无差拍预测电流控制策略。该策略根据调制比在线选择使电流谐波最小的优化电压矢量序列，不仅计算量小，而且有效降低了电流谐波。仿真和实验结果表明，相比基于单一矢量序列的传统无差拍预测电流控制，所提出的方法在全调制比下都可以获得最小的电流谐波和THD。在调制比大于0.92时，电流THD可减小30%以上。     

三相电流型整流器及其控制策略的研究

分析了用于蓄电池充电的电流型整流器(Current Source Rectifier,CSR)主电路拓扑结构,采用了三值逻辑空间矢量调制,建立了dq坐标系下三相CSR多环路直接电流控制的线性大信号数学模型。针对模型中d、q轴的耦合影响问题,采用了一种前馈解耦控制方法,消除了系统的非线性、耦合特性,从而简化了控制环路的设计。其次,针对LC滤波器的谐振问题,引入了一种基于电容电压反馈的有源阻尼控制策略,Bode图分析结果验证了控制策略的有效性。研究结果表明,三相CSR直流侧输出电流、交流侧输入电流均能保证快速动态响响应,网侧电压电流实现了单位功率因数,同时电流内环引入的前馈有源阻尼控制有效抑制了LC滤波器的谐振,使网侧电流的THD值由4.55%降到了2.17%。     

带相位补偿环节的双级矩阵变换器网侧电流闭环控制

针对双级矩阵变换器(TSMC)输入功率因数易受系统参数和负载影响的问题,提出了一种带相位补偿环节的双级矩阵变换器网侧电流闭环控制方案。电流闭环确保输入电流严格跟踪电压,补偿环节实现了输入相位的无差控制。在推导TSMC数学模型,分析其输入功率因数角特性的基础上,给出了该方案的理论依据,并搭建了一台基于DSP+CPLD的实验样机。实验结果表明,该方案的采用最终使TSMC在各种系统参数和负载下具有优良传动性能的同时均能实现单位功率因数,并且降低了系统输入电流谐波含量,提高了输入电流正弦度,从而验证了该方案的可行性和有效性。     

三相电压型PWM整流器改进的不平衡控制策略

提出一种静止α,β坐标系中三相电压型脉宽调制(PWM)整流器改进型电流不平衡控制算法。与原有的调节网侧瞬时有功功率不同,改进型方法考虑到交流侧功率损耗,通过调节整流器侧瞬时有功功率使输入电流谐波含量和输出纹波电压达到最小化。两种方法在α,β坐标系中直接产生参考电流时,无需锁相环和坐标变换,对正、负序电流分量也无需独立控制,而是采用比例谐振(PR)调节器实现电流控制。仿真和实验结果表明,即使在电压跌落严重的情况下,改进型控制方法比原有方法在控制直流侧输出电压纹波、输入电流总谐波含量(THD)、功率因数方面的性能更好。     

三相准Z源并网逆变器的简单升压改进空间矢量调制策略

提出一种大升压比三相准Z源并网逆变器及其三种简单升压改进空间矢量调制(SVM)策略,把两种已有的改进SVM用作简单升压调制,并对该逆变器采用五种简单升压改进SVM策略下的逆变桥和阻抗网络二极管开关损耗、储能电感损耗、储能电感和滤波电感电流纹波、输出并网电流总谐波失真(THD)等性能参数进行深入的比较研究,得出采用直通矢量位于零矢量与有效矢量之间的四段直通简单升压改进SVM时该逆变器综合性能最优。准Z源并网逆变器由大升压比准Z源阻抗网络、三相逆变器级联构成;简单升压改进SVM策略具有最大化利用零矢量作用时间、功率管开关损耗和电压应力小、升压能力强等优点。实验验证了该逆变器的可行性和理论分析的正确性,为实现低输入电压或宽变化范围输入电压的光伏、风力等新能源并网发电系统奠定了关键技术基础。     

矩阵变换器的两种网侧单位功率因数控制方法

受输入滤波器的影响,矩阵变换器输入功率因数设置角为0时,网侧功率因数并不为1,网侧电流会超前网侧电压。为实现网侧功率因数为1,基于网侧电路时域分析方法,获得了网侧功率因数角和输入滤波器、输出功率之间的关系。分析了输入滤波器参数和输出功率对网侧功率因数的影响,并提出两种网侧单位功率因数控制方法。将所提控制方法与基于频域分析方法的网侧单位功率因数控制性能进行了实验对比研究,同时对所提控制方法二进行了实验验证。实验结果表明,所提控制方法一具有比基于频域方法更好的网侧单位功率因数控制效果,同时实验结果证明了所提闭环控制方法二是正确可行的。     

无电解电容逆变器永磁同步电机驱动系统控制研究

在单相交流输入逆变器永磁同步电机驱动系统中,母线侧通常采用大电解电容使母线电压稳定。然而大电解电容体积大、寿命有限,而且为了改善网侧电流质量,还需要增加功率因数校正(PFC)电路。为了解决这些问题,分析了母线无电解电容的电机驱动系统的特性,提出了一种基于"平均电压裕度"的网侧高功率因数的dq轴电流分配策略。仿真实验结果验证了所提出的控制方法的正确性和可行性。