变频供电条件下异步电机空载磁场及损耗分布特点

以一台空间矢量脉宽调制(SVPWM)供电的5.5 k W异步电机为例,利用时步有限元法分析不同载波频率和调制比下电机定转子铁心磁密变化规律及其对损耗密度分布的影响。结果表明,变频供电时,定转子铁心磁密谐波主要集中在定子齿顶区域,随载波频率增加,电机总铁耗下降,但总体变化较小;调制比增加导致变频器输出电压谐波含量降低,电机内部定子铁心谐波损耗密度减小,电机总损耗随调制比增加而降低。对不同载波频率和调制比空载运行状态进行试验对比,验证了分析的正确性。     

变频器参数对永磁同步发电机定子损耗的影响

为了研究调制比和载波比等PWM变频器参数对直驱型风力永磁同步发电机定子谐波损耗的影响,在考虑变频器谐波负载作用的情况下,采用二维场路耦合时步有限元法,建立永磁同步发电机电磁场计算的数学模型,进而给出定子谐波铁耗和铜耗的数值计算方法,计算结果与解析法的对比验证了算法的正确性.结果表明,当载波比相同时,随着调制比的减小,定子铁耗增加,定子铜耗减小;而当调制比相同时,随着载波比的减小,定子铁耗和铜耗均有所增加.研究结果对风力永磁同步发电机的设计与控制具有参考价值.     

基于MATLAB/Simulink的SPWM逆变电源的建模与仿真

利用正弦脉宽调制技术(SPWM)的逆变电路往往有较多的谐波,会影响光伏发电系统的正常运行。在MATLAB/Simulink软件中对双极性SPWM逆变器输出电压谐波及其产生规律进行了较为详细的分析。从仿真结果中可以看出,逆变器输出的谐波特性与调制深度、载波频率有着密切的联系。为得到更好的输出正弦波,既要增加调制比,又要考虑增加载波频率以及精确实现选定的载波频率,从而更加有效的降低谐波的危害。     

基于优化PWM的定子磁链轨迹跟踪控制研究

在异步电机的高性能控制方案中,为了降低开关损耗,采用优化脉宽调制(PWM)实现低开关频率下较小的电流谐波畸变。但在调制模式频繁切换时,优化PWM会产生电流和转矩冲击。因此,研究了将优化脉冲在线移位的闭环定子磁链轨迹跟踪控制方法,提出了由基于自控电机的降阶观测器与电机电流模型观测器组成的双观测器模型,实现了基波分量观测。结合电流谐波最小脉宽调制（CHMPWM）开关角,利用其重构参考磁链与实际磁链的差值,实现定子磁链轨迹跟踪。提出了无差拍下修正开关角小于2时的脉冲模式调整方案,消除了系统的动态调制误差,实现了低开关频率下异步电机的高性能控制。在开关频率为300 Hz以下的NPC型三电平逆变器上的仿真和试验证明了定子磁链轨迹跟踪控制策略的有效性。     

基于MMC拓扑的有源滤波器控制策略研究

为提高大容量有源滤波器(APF)的耐压水平和等效开关频率,提出了一种基于模块化多电平(MMC)的有源滤波器控制方法。该控制方法对APF输出的基波电流采用间接电流方式实现有功和无功的解耦控制,采用基于正序基波提取器的预测谐波电流控制实现对谐波电流的补偿,然后将间接电流方式和预测谐波电流控制方式产生的电压信号作为有APF输出电压的参考值。同时,为克服传统载波相移脉宽调制方式均压控制环节PI控制器繁多的缺点,对载波相移脉宽调制方式做了改进,采用载波相移脉宽调制和电容电压排序均压控制相结合的调制方式。通过Matlab/Simulink对其进行了仿真验证,该控制方法是正确可行的。     

基于双频矢量调制的五相永磁同步电机四维电流控制方法

五相永磁同步电机驱动系统中,由于多相电机的非线性及逆变器的死区效应,传统最近四矢量实现的二维电流控制无法控制谐波子空间的谐波电流。为更好地控制五相电机的谐波电流,需要对五相永磁同步电机采用四维电流控制,其不仅可实现谐波电流的抑制也可通过控制电流提升转矩输出。针对双平面电压调制方法,提出一种基于空间矢量调制的双频矢量调制法及两种结合方式(M1和M2),其能有效解决脉宽调制波形非中心对称及调制比受调制周期限制的问题。分析五相永磁同步电机四维电流控制策略,以两种双频矢量结合方式进行仿真,对不同相差下的调制比进行深入分析,并给出调制比的详细分布,验证了双频矢量调制方式对调制比的提升作用。最后通过实验验证双频矢量调制方式的正确性和可行性,验证了基于双频矢量调制的四维电流控制对谐波电流抑制及死区补偿的有效性。     

载波相移三相单管电路在直驱系统中的应用

为改善传统的直驱型风力发电系统中永磁同步发电机的谐波特性,从功率因数校正(PFC)、升压和提高系统容量的角度出发,将3个三相单管Boost型PFC电路交错运行的方案应用在直驱系统中。结果表明,在支路电流均工作于断续电流模式时,合成电流基本工作于连续电流模式,谐波特性良好。三相单管BoostPFC电路具有开关频率固定、元件数量少、成本低、控制简单、可靠性高等优点,该拓扑能对永磁同步发电机的输出进行功率因数校正,减少发电机电流的谐波含量和发电机损耗,提高发电机的有功功率输出能力和系统效率。采用载波相移技术能在较低的器件开关频率下实现较高开关频率的效果,通过低次谐波的相互抵消提高等效开关频率而不是简单地将谐波向高次推移,能在提高装置容量的同时,有效地减小输出谐波,提高整个装置的信号传输带宽。仿真验证了该方法的可行性和有效性。     

电机参数对永磁同步发电机电流谐波的影响

永磁同步发电机(PMSG)以其结构简单,体积小,效率高,功率密度大和运行可靠等诸多显著优点在新能源发电和电力驱动领域得到了快速地推广和应用。永磁同步发电机输出电流的谐波含量受到定转子间的有效气隙长度,定子槽口宽度及永磁体磁化方向厚度等电机设计参数的影响。本文首先建立了上述参数与电感的数学关系式,然后利用Ansys软件建立了表贴式和内置式两种转子类型的电机有限元模型,并在上述基础上分析了电机不同转子结构、气隙长度、定子槽口宽度和永磁体厚度对电感参数的影响进而结合仿真分析了上述电机参数对永磁同步电机电流谐波的影响。     

SPWM和SVPWM调制策略对电动机振动噪声影响的实验研究

本文以永磁同步电动机为研究对象,搭建硬件实验平台和软件实验平台。通过不同的调制策略正弦波脉宽调制(SPWM)和空间电压矢量调制(SVPWM),对电动机的振动噪声进行研究。利用实验方法对不同调制策略下的相电流波形进行频谱分析,同时利用振动噪声测试仪对电动机进行径向振动测试,进而研究不同调制策略对电动机振动噪声的影响。实验结果表明,开关频率相同时,SPWM调制下的电流谐波含量和振动加速度级小于SVPWM调制下的电流谐波含量和振动加速度级。因此,SPWM调制下电动机的振动噪声小于SVPWM调制下的振动噪声。     

基于电流谐波优化的混合脉宽调制策略

受轨道车辆牵引功率大、开关频率低的限制,牵引传动系统多采用低频区异步调制,基频以上单脉冲调制的脉宽调制方式,且在中频过渡区通常需采用优化同步调制以达到改善变流器输出特性的目的。电流谐波最小脉宽调制技术(CHMPWM)是优化同步调制的一种,它以电机电流谐波整体最优为目标进行调制,有助于高性能电流闭环控制的实现,近年来受到广泛关注。对基于电流谐波优化的混合脉宽调制策略展开研究,首先分析CHMPWM的开关角求解方法及不同开关角分布方式对其性能的影响,并从电流谐波、转矩脉动等方面与特定谐波消除脉宽调制技术(SHEPWM)进行对比;然后完成基于现场可编程门阵列(FPGA)构架的混合脉宽调制技术,并实现不同调制模式间的平滑过渡。最后对所提方法进行仿真和实验验证。     

基于小波神经网络的SVPWM算法研究

分析了SVPWM的基本原理,提出一种小波神经网络空间矢量脉宽调制(WNN-SVPWM)算法,并与BP神经网络空间矢量脉宽调制(BP-SVPWM)做了对比研究.仿真结果表明,网络隐层神经元个数相同时,小波网络比BP神经网络具有更快的收敛速度和更高的误差精度,使用WNN-SVPWM算法控制的永磁同步电动机具有更小的定子电流谐波畸变率和脉动转矩.     

PWM逆变器下永磁同步电动机中永磁体的三维涡流分析

对于永磁同步电动机中永磁体的发热及温升,快速准确地分析永磁体的涡流损耗是其关键问题所在.用场路紧密耦合方法,建立了考虑永磁体分割的三维有限元模型,对一台在脉宽调制(PWM)逆变器驱动下的30 kW/50 Hz表贴式永磁同步电动机进行仿真研究,分析了其气隙旋转磁场、电枢电流,以及在不同载波频率下永磁体的涡流损耗.研究表明:在载波谐波作用下,永磁体的涡流损耗比在正弦电压驱动下大幅增加,并将引起更大的温升.输入电流波形、转矩和功率平衡关系等试验结果表明,该分析方法能准确计算出永磁体的涡流损耗,为下一步的温升研究奠定了基础.     

基于零序电压分量注入的单相三电平NPC整流器脉宽调制方法

直流侧中点电位电压偏移是多电平中性点钳位型变流器的主要缺点。以单相三电平NPC整流器为研究对象,以实现直流侧中点电位无漂移为控制目标,以传统的单相三电平单极性载波脉宽调制方法为基础,首先提出一种基于零序电压分量注入的载波脉宽调制算法;然后在此基础上给出基于零序电压分量极限值注入的载波脉宽调制算法;并给出这2种方法的零序电压分量的设计方案;最后,对这2种方法进行了详细的理论分析、计算机仿真和1kW样机实验对比验证。研究结果表明：所提出的2种算法都能有效实现直流侧中点电位平衡控制,其中基于零序电压分量极限值注入的载波调制算法的中点电位控制具有更快动态响应速度,且其网侧电流的高次谐波主要分布在开关频率附近;而基于零序电压分量注入的载波调制算法的网侧电流高次谐波主要分布在2倍开关频率附近。但是在一个调制信号周期内,基于零序电压分量极限值注入的载波调制算法的开关切换次数比基于零序电压分量注入的载波调制算法低25％左右。     

新型三电平NPC变流器双调制波载波调制策略

提出了一种新型三电平中点箝位(NPC)变流器双调制波载波调制策略。研究了新策略调制波与传统正弦脉宽调制(SPWM)策略调制波的关系,在尽可能减小系统开关频率的前提下推导了新策略调制波的解,并对新策略的直流电压利用率、器件开关频率和输出相电压总谐波畸变率(THD)等特性进行了深入研究,最后进行了实验验证。与传统三电平SPWM策略相比,虽然新型双调制波载波调制策略功率器件开关频率较高,但该策略在任意调制度和任意功率因数下均可保持直流电容电压的平衡,且具有简单易行、易于数字化实现的优点。     

基于永磁同步电机转子位置变化的混合开关频率调制技术

以电动汽车驱动用永磁同步电机为研究对象,提出一种新型混合开关频率调制策略,对其电压源逆变器的高频边带谐波电流优化进行了研究.首先,基于空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术基本原理与实现方式,建立了响应的Matlab/Simulink仿真模型,分析了高频边带谐波电流产生机理.其次,基于电机转子电角度位置变化提出了新型混合开关频率调制策略,以减少电压源逆变器工作过程中产生的谐波成分,优化边带谐波电流响应.最后,通过合理设定电机参数,对电机稳态运行过程中的逆变器开关频率进行在线调节以降低谐波电流及其相应的扩展频谱.仿真过程中进一步对固定开关频率、传统随机开关频率及新型混合开关频率控制策略的边带谐波电流进行了对比分析.结果表明,相比于传统随机调制策略,所提出的新型调制技术对开关频率及其倍频附近的边带谐波成分有较好的抑制效果,进而验证了所提出方法的有效性.     

基于场路耦合的永磁电机高频径向电磁力波分析

振动和噪声的大小是衡量家用变频空调压缩机品质的指标之一。针对家用变频空调压缩机出现的高频噪声问题,以一台6极9槽家用空调压缩机用永磁同步电机及其控制系统为研究对象,基于场路耦合法,对常规空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术及其控制策略所引入的谐波电流成分与高频声振响应特性进行研究。首先通过解析法分析了永磁电机高频噪声源的产生机理。其次从原理上阐述了电流谐波对径向电磁力波的阶次特征与频率特性的影响。然后建立了永磁电机的场路耦合模型,详细分析了不同负载工况下高频径向电磁力波频率与开关频率的关系。最后采用声振特性试验进行了验证,结果表明：场路耦合模型可以考虑电机本体、控制策略以及开关频率等非线性因素引起的高频电流谐波影响,并得出了高频径向电磁力波频率与载波频率的关系式,为永磁电机的高频噪声预测以及减振降噪提供了参考。     

基于载波频率优化的级联型APF源性谐波能量不均抑制方法

基于载波移相(CPS)调制的H桥级联型(CHB)有源电力滤波器(APF)是中高压系统谐波治理的有效手段。分析并指出了级联型拓扑在输出谐波电流时存在的源性谐波能量不均问题。当输出的谐波电流频率与单元输出电压中某一开关谐波频率一致时,将产生功率耦合,导致单元直流电容电压发散。针对性地提出了一种载波频率优化方法:通过引入载波频率偏移量,实现了单元输出电压开关谐波与APF输出谐波电流的功率解耦;讨论了不同的载波偏移量对电容电压波动的影响,并给出了最优频率偏移量计算方法。对比了载波频率优化方法和传统载波轮换方法抑制源性谐波能量不均的效果,体现了载波频率优化方法的优越性。仿真和现场应用证明了所提方法能够有效地防止直流侧电压的发散并将波动抑制在最小值。     

基于脉宽调制的DFIG并网谐波/间谐波幅频特性分析

双馈感应发电机(DFIG)并网存在谐波/间谐波发射问题。文中采用DFIG理想阻抗模型与脉宽调制(PWM)开关函数,推导了背靠背双PWM变流器系统引起的输出端谐波/间谐波电压解析式。考虑滤波器结构及发电机异步特性的影响,推导了换流器直流电压为输入的DFIG并网谐波/间谐波电流的幅值和频率解析式,揭示了DFIG背靠背换流器调制谐波/间谐波的产生机理。针对实际运行工况,获得了背景谐波条件下DFIG谐波/间谐波的典型发射特性。最后,通过PSCAD仿真及某风电场风机实测数据验证了所推导解析表达式和机理特性分析的准确性。     

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。     

基于矢量分解和叠加原理的双三相感应电机在全调制比范围内的PWM策略

对于六桥臂电压源型逆变器供电的双定子绕组异步感应电机,为提高逆变器直流母线电压利用率,并抑制电流谐波,提出一种新的脉宽调制(pulse width modulation,PWM)算法。该方法利用空间矢量分解的原理,在低次谐波被消除的基波空间计算参考电压矢量,并在过调制区通过叠加原理选择合适的开关状态矢量重构参考电压矢量,从而实现从线性调制到方波控制的平滑过渡。详细介绍该调制算法的基本原理,并进行实验。研究结果表明,该算法下的输出基波电压幅值与调制比呈线性关系,且定子绕组电流谐波含量也得到了明显抑制。