基于交流电机定子磁链的CHMPWM切换策略

在电力机车牵引逆变器等大功率传动系统中,受到最高开关频率以及输出电压、电流谐波性能的限制,通常需要采用特殊的优化脉宽调制策略。其中,电流谐波最小PWM(current harmonic minimum PWM,CHMPWM)得益于其谐波电流最优的特点,可以使电机控制性能,转矩脉动,谐波损耗等都得到间接优化,受到越来越多的关注。文中在计算得到不同开关角个数下CHMPWM的开关角分布后,对CHMPWM下异步牵引电机的定子磁链轨迹在不同开关角个数下随调制比的变化规律进行分析,以此为基础,提出一种基于定子磁链轨迹的CHMPWM在不同开关角个数和开关角区段之间进行切换的策略。该切换策略不需要对切换前后谐波电流进行复杂的理论分析,实现简单。仿真和实验结果都证明了该切换策略的有效性。     

一种基于磁链偏差矢量的多模式调制切换策略

在大功率牵引传动系统中,由于受到逆变器最高开关频率的限制,在全速度范围内一般采用多模式调制。不同调制方式之间的平滑切换对于整个系统的平稳运行有重要影响。文中针对以交流电机为负载的牵引逆变器提出一种基于磁链偏差矢量的多模式切换策略,该方法以切换前后电机转矩冲击最小化为目标,只需要切换时刻的调制比信息即可对任意两种同步调制在不同相位切换前后的定子磁链偏差矢量进行快速计算,并结合多模式调制的实现方式选择偏差矢量幅值最小的最优相位进行切换。该方法在实现切换过程转矩脉动最小的基础上间接实现了电流冲击的优化,避免了复杂的计算和分析,具有非常好的通用性。仿真和实验结果验证了该切换策略的实用性。     

基于脉冲插入方法的多模式调制切换策略

大功率牵引传动系统通常开关频率低,在全速运行范围内采用多模式调制策略优化电流波形。为解决多模式调制切换过程中出现的电流冲击和转矩波动,该文对切换过程中电机定子磁链进行研究,提出一种基于脉冲插入方法的多模式调制切换策略。所提策略通过脉冲插入精确补偿切换过程的定子磁链矢量偏差,确保控制切换前后的定子磁链轨迹连续,从而实现定子磁链轨迹的无差跟踪和调制模式的平滑切换。所提方法可在任意采样点实现切换,不依赖具体的电机参数和调制模式,具有良好的通用性。仿真和实验结果验证所提策略的正确性和有效性。     

基于开关时刻修正的多模式调制切换策略

电力牵引传动系统通常采用多模式调制策略.为了解决调制模式之间切换产生的电流和转矩冲击问题,该文对调制模式切换引起的定子磁链偏差进行研究,提出一种通用多模式调制切换策略.该策略通过分析改变开关时刻对两相静止坐标系下定子磁链的影响,计算出各相开关时刻的补偿幅度对定子磁链偏差进行补偿,从而实现多模式调制的平滑切换.该策略直接...     

基于谐波磁链偏差的多模式调制切换策略研究

在电力牵引传动系统中,通常采用基于优化脉宽调制(PWM)的多模式调制策略,以实现牵引电机全速域的平滑运行.为解决不同调制模式间的切换冲击问题,本文首先分析了切换冲击产生的机理,其根本原因是切换前后谐波磁链出现了突变.然后以谐波磁链分析方法为基础,对优化P WM的定子磁链和谐波磁链关系进行定量分析,提出了一种基于谐波磁链...     

基于定子磁链矢量偏差的多模式SHEPWM切换策略研究

针对电力机车牵引系统在全速度范围运行应用多模式脉宽调制技术时,不同调制模式切换过程会产生转矩和电流冲击的问题,通过研究不同特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)模式下的定子磁链矢量偏差与输出转矩冲击之间的关系,提出一种基于定子磁链矢量偏差的SHEPWM最优切换点选择策略.在论述稳态定子磁链轨迹与调制度之间关系的基础上,给...     

电力机车牵引传动系统的多模式调制策略及切换方法研究

针对交流电力机车牵引传动系统开关频率低的特点,研究了牵引系统的多模式脉宽调制策略以及不同调制策略之间的切换方法,实现了电机控制算法和多模式调制策略的统一框架设计。根据不同调制模式的特点,提出了一种由异步调制切换至同步SVPWM再到同步SHEPWM调制直至方波调制的多模式PWM调制策略;针对不同调制模式在切换过程中出现的问题,使用了一种三相同步的切换方法;为避免电机控制算法和多模式脉宽调制策略之间存在的相角匹配问题,提出了可以简化算法实现复杂程度的统一框架设计方法,并论述了在低采样率下电流调节器和磁链观测器的设计过程;最后,在小功率牵引实验平台实现了无速度传感器电力机车牵引工况下全速域的稳定运行,实验结果验证了算法的有效性。     

基于对称多边形平滑磁链轨迹的直接转矩控制算法

以异步牵引电机为研究对象,提出了基于对称多边形磁链轨迹的直接转矩控制(direct torque control,DTC)算法。该算法通过分析励磁电流的变化,设计出一种具备圆形、六边形及两者之间多边形等多种对称磁链轨迹的控制算法,可获得更加平滑磁链轨迹,有利于提高谐波消除能力与开关频率的利用率。所提出DTC算法仅在传统DTC算法的基础结构上添加定子磁链调节算法,不需要复杂计算,因此具有结构简单与容易实现的优点。理论分析和实验结果证明了该控制算法的有效性和可行性。     

电力机车牵引传动系统矢量控制

以大功率交流传动电力机车为背景,研究了低开关频率下基于多模式同步调制的矢量控制。针对大功率牵引传动系统开关频率低的特点,采用了基于异步调制-同步调制和优化PWM的多模式调制策略。而针对将矢量控制和多模式调制策略结合后的新问题,通过相角调节器,以及转子磁链幅值、角度的控制和补偿等方面的研究实现了不同调制策略以及定向不准等情况下电机转矩的精确控制。由于方波工况下电压不能调节,还研究了方波工况下的控制方法。最后通过仿真和实验给予了验证。     

单相五电平逆变器的多载波PWM方法分析

针对单相五电平级联逆变器,对不同的多载波PWM方法进行分析。采用载波移相(PS)PWM方式时,其输出波形中含有幅值较大的高次谐波,而载波垂直分布(CD)PWM方式不存在这些问题,但是CDPWM调制方式的低次谐波比较大。与CDPWM调制方式相比,采用PSPWM调制方式所产生的低次谐波分量非常小。结合2种PWM调制方式各自的优点,提出一种混合多载波PWM方法。通过对典型的五电平PWM单相逆变电路的Matlab仿真计算,证明了混合多载波PWM法输出波形中的高次谐波含量小,低次谐波分量介于PSPWM调制方式和CDPWM调制方式之间,总的谐波畸变率最小。因此,对于单相的五电平逆变器而言,混合调制方式为最优。     

基于SHEPWM的异步电机控制技术研究

对基于特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)的大功率异步牵引电机矢量控制技术进行了研究,提出了系统控制策略。研究了SHEPWM开关角计算方法和不同开关角之间切换角选取,研究了不同脉宽调制(PWM)模式间切换方法。同时给出了电流控制和调制率及电压矢量角计算方法。经过仿真和实验验证,该控制策略满足系统实时性的要求,且动态切换过程平滑。     

低开关频率下双定子感应电机SVPWM同步调制策略研究

在铁路等大功率牵引传动系统中,由于开关损耗和散热条件等因素的限制,逆变器的最高开关频率通常受到严格的限制,此时需要采用多模式调制技术。在分析现有24扇区空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)技术的基础上,提出了3种具有不同脉冲数的SVPWM同步调制策略,这些调制方法适用于两电平六相电压型逆变器供电的不对称双定子感应电机。通过对比分析3种调制策略的谐波特性,提出了一套适用于大功率牵引传动系统在低开关频率条件下的多模式SVPWM调制策略;同时,也提出了多模式调制的切换策略。通过仿真和实验,对提出的多模式SVPWM调制策略进行了验证,并实现了不同调制模式之间的平滑切换。     

低开关频率下基于直接自控制的谐波抑制方法

提出一种双折角调制三十边形磁链轨迹直接自控制方法,它通过增加折角以及选择合适的定子磁链轨迹,减小定子电流和磁链的主要低次谐波。理论和实验结果表明,相比较于传统十八边形磁链轨迹直接转矩控制,所提出的控制方法保持经典直接自控制简洁优点的同时,它使得该方式下的定子电流和磁链的谐波含量进一步减小,控制性能得以改善。     

十八边形磁链DTC系统的Matlab仿真研究

针对传统直接转矩控制异步电动机过程中存在定子磁链和转矩脉动大,谐波含量高的问题,提出一种旨在削弱谐波影响,降低磁链和转矩脉动的十八边形磁链轨迹控制方法,并在Matlab/Simulink中搭建了六边形和十八边形磁链轨迹的DTC仿真模型。通过对同条件下磁链轨迹、电流波形和转矩波形的仿真比较,结果表明了采用十八边形磁链轨迹的DTC方法获得了比较满意的性能。     

基于永磁同步电机定子磁链轨迹跟踪的中间60°同步调制动态性能优化

传统中间60°同步调制,开关序列依据稳态电压波形傅里叶分析得到,动态性能不良。基于基本原理研究与仿真,该文指出特殊脉宽调制动态调节问题的关键是电机目标与实际定子谐波电流能否保持连续。比较现有相关解决方案,提出一种基于永磁同步电机定子磁链轨迹跟踪的中间60°同步调制。该方法以永磁同步电机定子磁链为观测和控制对象,根据磁链计算值与观测值的误差修正传统方法的开关序列,保证定子磁链轨迹与电流轨迹连续,优化系统动态性能。该文给出了详细的控制信号传递流程图,明确了定子磁链轨迹的计算与观测方法。通过关键变量定义与公式推导,提出了开关序列修正基本规则。所提方法得到了仿真与实验验证。     

有轨电车永磁牵引系统PWM调制策略研究

有轨电车永磁牵引系统具有功率大、功率器件开关频率低的特点,为解决其不能全程异步调制、低次谐波大的问题,研究了一种基于中间60°同步调制的多模式PWM调制策略。有轨电车永磁牵引系统在应用矢量控制的基础上,通过采用多模式PWM调制策略,实现了全速度范围内从异步SPWM调制、同步SPWM调制、中间60°同步调制和方波调制之间的平滑过渡,输出电流畸变率小于18%,有效降低了电流谐波。现场实验结果表明,该方法具有良好的实用性和有效性。     

轨道交通牵引逆变器调制策略性能比较

在大功率电力机车以及高速动车组牵引传动系统中，由于受到散热条件等因素的限制，牵引逆变器的最高开关频率通常受到严格限制，导致逆变器输出电压含有大量谐波，进而影响系统效率，并恶化系统控制性能。基于对大功率牵引传动系统脉宽调制策略现状的分析，梳理并分析当前针对低开关频率下不同脉宽调制策略的评价指标。对当前牵引传动系统中应用较多的主流调制策略从加权总谐波畸变，定子谐波磁链，电机转矩脉动等不同角度进行详细的分析对比。分析结果可以为实际牵引传动系统多模式调制策略的优化设计提供参考依据。     

低开关频率下SHEPWM和SVPWM同步调制策略比较研究

在大功率牵引传动系统中,由于受到开关损耗和散热条件等限制,逆变器最高开关频率通常比较低,只有几百赫兹,因此在高速运行区需要采用同步调制技术。针对铁路系统大功率低开关频率的特点,本文对SHEPWM和SVPWM两种同步调制技术的基本原理进行了深入的分析与研究,总结了SHEPWM开关角的计算方法,介绍了五种常用的SVPWM同步调制策略。为了直观地比较SHEPWM和SVPWM的整体性能,本文从磁链轨迹、线电压谐波分布、线电压谐波畸变因数以及DSP数字化实现的难易程度等几个方面对两种调制方法进行了详细的对比分析,得出当载波比较高时(通常载波比不小于7),SHEPWM整体谐波性能较好,而当载波比较低时,SVPWM具有更大谐波优势;同时SVPWM具有算法简单,更易于数字化实现等优点。     

基于改进PWM算法的EV驱动系统无缝控制策略

电动汽车(EV)的变频驱动系统存在输入直流电压受限的问题,而普通脉宽调制(PWM)策略的直流电压利用率是有限的,进而使变频器输出电压和电机转速受限。针对这个问题,提出了一种基于改进PWM算法的EV驱动系统无缝控制策略。由于方波调制策略的直流电压利用率较正弦PWM(SPWM)高27%,但输出谐波大,故只能用于高速工况,低速工况只能使用PWM策略,故新方案融合了两种调制策略,实现了一种单模式无缝切换控制。新方法中对参考电压进行了修正来实现调制模式的平滑切换,而且不会引起转矩脉动,在得到较小谐波输出的同时,还比多模式切换控制具有计算负担更小的优势。最后,对控制策略性能进行了仿真研究,同时搭建了试验平台开展了相关试验,仿真和试验结果表明新型控制策略能较好地实现无缝切换控制,对比传统调制方案具有更好的总谐波畸变指标,进而验证了控制器的性能。     

非正弦供电十五相感应电机谐波电压确定

通过确定非正弦供电十五相感应电机的3次谐波注入电压,为电机PWM调制提供理论依据。把注入3次谐波电压的十五相感应电机气隙磁动势峰值下降幅度最大作为电机理想运行准则,得到基波磁动势与3次谐波磁动势之间空间位置关系与磁动势幅值间数值关系。以十五相感应电机基波等值电路与3次谐波等值电路为基础并从相应的激磁电流出发,计算基波电压与3次谐波电压有效值,求出3次谐波负幅值点与基波正幅值点间相位差,并通过电机空载实验对计算方法的准确性进行了验证。在额定基波电压下,计算了对应于不同给定转差率的基波激磁电流与3次谐波激磁电流,进而得到3次谐波电压有效值及磁动势波形间相位差,最终通过线性插值来获得任意转差率下的3次谐波电压。