基于复矢量调节器的低开关频率同步电机控制

为提高中压大功率变频器出力,需要降低器件的开关频率,这会导致脉宽调制(pulse width modulation,PWM)响应滞后,影响定子电流磁化分量和转矩分量间的动态解耦效果。受低开关频率制约,常规的比例积分(proportionalintegral,PI)及前馈补偿PI调节器难以满足系统要求。为改善这一问题,在对电励磁同步电机进行复矢量信号建模的基础上,充分考虑信号采样的延迟和开关器件在低开关频率下的惯性特性,结合经典的控制理论分析方法,设计了一种新颖的基于复矢量的电流调节器。该调节器能在低开关频率下实现对定子电流磁化分量和转矩分量的有效解耦,动稳态性能良好。Matlab仿真及DSP实验验证了该调节器的有效性与可行性。     

低开关频率下异步电机电流环的数字控制

电流环数字控制在异步电机矢量控制系统中占有非常重要的地位,其性能的优劣直接影响电机转矩与磁链解耦控制效果、输出转矩响应速度,甚至牵引变流器–异步电机系统稳定性。而在大功率传动系统中,为降低开关器件损耗,牵引变流器开关频率通常较低,从而产生较大数字控制延时,加剧电机定子电流励磁分量与转矩分量之间的耦合程度。为解决上述问题,文章全面分析异步电机耦合因素,结合零极点对消原理提出一种改进型离散电流控制器,在离散时间域下,不仅确保电流环系统具有良好的动态响应,而且可以实现定子电流转矩分量与励磁分量的有效解耦。模型仿真与实验验证了改进型离散电流控制器的有效性与可行性。     

高压变频器失电跨越功能的研究实现

提出一种高压变频器瞬时停电再启动方案,该方案通过变频器对暂时停电的电机外加电压来估算电机定子电流的转矩分量以及励磁分量的大小获得电机停机后的剩余转速,准确地确定再启动时变频器的输出频率,有效地降低了频率恢复时的电流冲击,实现变频器带负荷再启动,并通过现场工况试验,验证该方法的可行性、实用性。     

基于比例积分-准谐振控制器的直驱式永磁同步电机转矩脉动抑制方法

由于受逆变器固有的非线性特性和气隙磁通谐波等因素的影响,永磁同步电机定子电流中含有大量的高次谐波分量,这些谐波电流分量与转子永磁体磁场作用,使电机产生谐波转矩脉动,特别是在直接驱动系统中,转矩脉动更为严重。针对这一问题,从转矩脉动产生的机理出发,提出一种基于比例积分-准谐振控制器的转矩脉动抑制方法。该方法根据理想谐振控制器在谐振频率点处的增益为无穷大,可以对谐振频率点处的正弦信号实现零稳态误差跟踪控制,将谐振控制器与电流环PI控制器并联,对定子电流中的谐波分量进行补偿,改善定子电流波形,实现抑制转矩脉动的目的。仿真与实验结果证明了所提方法的正确性和有效性。     

基于二阶滑模算法的永磁电机直接转矩控制

针对传统直接转矩控制(DTC)方法低速控制精度差、转矩脉动大、开关频率不稳定等问题,提出了一种基于二阶滑模控制的永磁电机DTC方法。该控制方法基于二阶滑模控制原理,将传统磁链控制器与转矩控制器以滑模控制器替代,对空间电压进行矢量调制,提高了开关频率的稳定性,获得了良好的动态稳定性,改善了电机输出性能。仿真与试验结果表明,该控制方法能够有效减小电流脉动与转矩脉动,同时提高了控制系统的抗干扰能力,实现了电机的快速动态响应,具有较强的鲁棒性能。     

正弦单极励磁开关磁阻电机电磁转矩分析

通过对开关磁阻电机施加带有直流偏置的正弦单极电流,分析开关磁阻电机的电磁转矩。正弦单极励磁电流包含直流分量和交流分量,其分别产生转子磁链和定子旋转磁场,因此,开关磁阻电机可以使用与交流电机相同的矢量控制系统。结果表明,与传统励磁的开关磁阻电机相比,采用正弦单极励磁的开关磁阻电机的电磁转矩波动更小。     

四相开关磁阻电机带直流偏置正弦激励特性研究

针对四相开关磁阻电机（SRM）传统方波励磁转矩脉动大的问题,提出了一种单极性正弦励磁控制方法。首先建立了两相旋转坐标系下四相SRM的数学模型,分析了带直流偏置正弦励磁时瞬时转矩,结果表明转矩和iq分量成正比并且转矩不含三相SRM单极性正弦励磁时的磁阻转矩分量。然后研究了在两相旋转坐标系下对电流分量的控制方法,转矩分量采用SPWM控制,励磁分量采用电流滞环跟踪控制。最后对本文提出的控制方法通过有限元进行仿真分析并给出实验验证。实验结果表明在该种控制方式下SRM的转矩脉动小于传统方波励磁的转矩脉动。     

基于谐振数字滤波器的直驱式永磁同步电机转矩脉动抑制方法

由于受逆变器的非线性特性、转子永磁体磁场谐波和齿槽转矩等因素的影响,永磁同步电机定子电流中含有大量的高次谐波分量,这些谐波分量与转子永磁体磁场作用,使电机产生转矩脉动,特别在直驱系统中,转矩脉动更为严重。针对这一问题,提出一种基于谐振数字滤波器的转矩脉动抑制方法。该方法基于理想谐振控制器在谐振频率点处的增益为无穷大,可以对谐振频率点处的正弦信号实现零稳态误差跟踪控制的特点,在文中设计了一个谐振数字滤波器,并把它串联在电流环PI控制器的输出端。通过谐振控制器产生谐波电压补偿信号,抵消电流环PI控制器输出电压中的谐波分量,实现对输出电压的数字滤波,从而减小定子中的谐波电流含量,实现对转矩脉动的抑制。仿真与实验结果验证了文中所提方法的正确性和有效性。     

基于反推控制的永磁同步电机新型直接转矩控制方法

针对永磁同步电机(PMSM)传统直接转矩控制(DTC)运行时存在的磁链转矩脉动大,逆变器开关频率不恒定等问题,提出了一种基于反推控制的永磁同步电机新型直接转矩控制方法,该方法采用速度反推控制器取代传统的速度PI控制器,采用磁链转矩反推控制器用于产生定子电压在静止坐标系上的分量,并结合空间矢量调制方法产生开关信号,控制逆变器的运行。实验结果表明该方法能够明显减小传统直接转矩控制中的磁链和转矩脉动,并使逆变器工作在恒定的开关频率下,同时与基于PI控制的改进直接转矩控制方法相比,具有响应迅速、可调参数少的优点。     

基于高频信号注入的永磁同步电动机MTPA优化

针对传统永磁同步电机(PMSM)调速系统效率优化中存在的参数依耐性问题,提出了一种PMSM鲁棒自调节最大转矩电流比(MTPA)优化方法。通过在定子电流矢量角上叠加一个高频正弦小信号,采取数字信号处理提取出反映转矩变化规律的功率信号,并以PI调节器锁定出最优定子电流矢量角。此外,内环电流调节器补偿了鲁棒MTPA的动态响应性能。最后,22 k W实验样机验证了所提鲁棒MTPA方法的动、稳态性能及运行效率。     

基于高频信号注入的永磁同步电机MTPA优化

针对传统永磁同步电机(PMSM)调速系统效率优化中存在的参数依赖性问题,提出了一种PMSM鲁棒自调节最大转矩电流比(MTPA)优化方法。通过在定子电流矢量角上叠加一个高频正弦小信号,采取数字信号处理提取出反应转矩变化规律的功率信号,并以PI调节器锁定出最优定子电流矢量角。此外,内环电流调节器补偿了鲁棒MTPA的动态响应性能。最后,22 k W实验样机验证了所提鲁棒MTPA方法的动、稳态性能及运行效率。     

永磁同步电机两种磁场定向控制策略的比较

简要分析了永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,简称PMSM)矢量控制和直接转矩控制的基本原理.矢量控制基于转子磁场定向,利用解耦思想将电机电流分解为转矩电流和励磁电流,并分别加以控制,从而获得高性能的控制效果.直接转矩控制基于定子磁场定向,以电机转矩为控制对象,通过实时观测电机转矩和定子磁链,利用滞环控制器和开关选择表控制逆变器功率器件的开关状态,输出合理的电压矢量,达到对转矩和定子磁链控制的目的.以TMS320LF2407A为控制芯片,并采用智能功率模块,搭建了实验平台,对这两种控制策略的初步实验测试结果表明,直接转矩控制的动态响应特性与矢量控制相差不大,但存在明显的电流和转矩波动.     

大功率永磁同步电机转子永磁体损耗研究

针对大功率永磁电机同步电机运行时由于定子电流过大在转子永磁体中引起大量涡流损耗的问题,构建时变有限元模型,以控制器工作在不同开关频率下所测试得到的电流作为输入,分析气隙磁场畸变与控制器开关频率之间的关系,研究转子永磁体内感应电流和涡流损耗与控制器开关频率之间的关系,讨论在低开关频率下转子涡流损耗的变化情况。最后搭建台架实验通过测量电机反电势电压衰减计算永磁体的涡流损耗。实验与仿真结果表明,所构建有限元模型与台架实验取得了一致的结果。     

多重滑模鲁棒励磁控制器设计

多重滑模控制对于不满足匹配条件的不确定性具有较好的抑制作用。对于电力系统鲁棒励磁控制模型,文中基于多重滑模控制思想设计了励磁控制器。为了获得快速且鲁棒性能较好的动态响应,将励磁控制分为鲁棒控制分量和快速响应分量,它们分别由多重滑模控制器和PID控制器产生。基于电力系统分析综合程序（PSASP）的小干扰稳定和暂态稳定仿真表明了此方法在电力系统励磁控制中的有效性。     

一种新颖的永磁同步电机直接转矩控制方法

在分析传统直接转矩控制系统中导致转矩脉动的因素和分析定子电流中存在着非零的去磁或增磁分量的基础上,对永磁同步电动机直接转矩控制系统进行了改进,用对定子电流励磁分量实施改进调节代替对定子磁链的两点式控制;改进后消除了定子电流中不希望的分量,提高了交流传动系统的效率。新系统控制结构简单,便于实现。仿真结果表明系统的动、静态性能得到了改善,降低了转矩脉动,同时保留了优良的控制性能,而且系统效率更高。     

弱电网下LCL并网逆变器控制设计

当分布式发电(DG)单元与弱电网系统互连时，受电网阻抗摄动的影响，并网后DG单元的性能降低，甚至产生不稳定。基于μ方法设计了并网电流反馈控制器，为了对并网的有功电流分量和无功电流分量解耦，建立多输入多输出系统模型。将低频并网电流dq解耦要求与稳态误差、超调量等指标一起转化为闭环系统控制器设计问题，最后基于μ方法设计一种鲁棒的反馈控制器。仿真结果表明，该控制器保证了系统在弱电网电感摄动时的鲁棒稳定性和鲁棒性能，实现了并网电流的d分量和q分量的解耦。     

六相感应电机的矢量控制研究

在分析六相感应电机数学模型的基础上,对基于转子磁链定向的六相感应电机调速系统的矢量控制进行了研究。在控制过程中,通过坐标变换得到定子电流的转矩分量和励磁分量;利用两个调节器分别对两个电流分量进行调节,从而实现对电机磁场和转矩的控制。在MATLAB/Simulink环境下,利用按转子磁链定向的矢量控制原理,设计六相感应电机的转速控制器、磁链控制器和转矩控制器,进行六相感应电机矢量控制的动态仿真。仿真结果证明:基于此算法的六相感应电机控制系统,能很好地跟踪速度给定和期望的转子磁链,具有较好的动态与静态响应能力。     

低转矩磁链脉动型电励磁同步电机直接转矩驱动系统的研究

电励磁同步电动机定子电感通常较小,转子阻尼绕组的存在使得电机暂态电感更小。若采用转矩及磁链滞环型直接转矩控制(基本DTC)策略电机电磁转矩及定子磁链脉动较大。针对电励磁同步电动机引入一种空间矢量调制型直接转矩控制(SVM-DTC)策略。它基于电励磁同步电动机中转矩角控制电磁转矩原理,利用空间电压矢量合成出最佳电压矢量实时补偿定子磁链矢量误差,以达到减小电动机在运行中电磁转矩及定子磁链脉动量之目的,同时又能基本维持开关频率恒定。仿真和实验结果证明,与基本DTC相比较,SVM-DTC电磁转矩和定子磁链脉动大幅度降低;电机起动电流峰值大大减小,稳态电流畸变较小;同时系统能够平稳地由恒转矩区过渡到弱磁区运行。     

基于磁链控制的异步电机V/F控制系统直流预励磁起动方法

结合常规的直流预励磁方法提出了一种适用于变频器-异步电机VVVF控制系统的起动方法,以解决中大容量通用变频调速系统起动电流过大的问题。该方法的本质是电机磁链控制,以直流预励磁建立的磁链为初始状态,然后在起动过程中根据定子电流的无功分量反馈值修正输出电压,维持稳定的圆形旋转磁链。这种方法解决了常规直流预励磁方法有效作用时间短的问题,能提高电流对称性与转矩的稳定性,对整个起动过程中尖峰电流抑制效果明显,且实验效果在380V/315kW异步电机上得到验证。     

电网短路故障时交流励磁风力发电机不脱网运行的励磁控制策略

提出一种电网短路故障时保持交流励磁风力发电机不脱网运行的新型励磁控制策略。分析了电网短路故障时交流励磁发电机的暂态物理过程和转子过电流的原因。改进控制方案从限制电网故障时定子工频过电流的角度出发,有效限制了由定子电流工频分量引起的转子电流交流分量,同时利用发电机定子电阻对定子磁链暂态直流分量进行灭磁,实现了故障时避免转子出现过电流的目的。建立了2 MW商用交流励磁风力发电系统仿真模型,在电网对称故障和非对称故障条件下,对"crowbar protection"方案和该文所提方案进行了仿真对比研究。仿真结果验证了该文所提改进方案的有效性,实现了电网故障期间发电机转子励磁变频器的安全运行,提高了交流励磁风力发电系统在电网故障时的不间断运行能力。