电机驱动中AFE应用探索

基于IGBT的功率可调速驱动器具有快速开启和关闭时间等特点,导致高dv/dt施加到电机端子。高dv/dt开关波形以及长电缆的行波效应会对电机绝缘产生应力,导致高地电流并影响电机轴承。与使用二极管整流器的电机驱动器相比,这些问题在基于PWM有源前端(AFE)整流器的电机驱动器中更加严重。本文概述了基于IGBT技术的ASD与使用长电缆的AFE整流器相关的问题,分析了由AFE整流器驱动的共模电压,讨论了用于滤波器设计的集成方法,其中AFE整流器和驱动逆变器的不利影响在公共和差分模式的基础上得到了解决。所提出的拓扑解决了由ASD引起的共模电压、共模电流和电压倍增的问题,讨论了所提出的滤波器拓扑结构的设计过程以及验证滤波器有效性的实验结果。     

SPWM电压型逆变电路谐波仿真分析

根据SPWM基本原理,应用MATLAB软件及其电气模块库,建立逆变电路及其负载感应电机模型,针对影响逆变电路输出电压频谱分布的主要因素进行仿真分析,对仿真结果进行比较,得出其频谱分布的规律性结论.根据结论,通过设计加装滤波器来抑制逆变电路输出谐波,并加以仿真比较,得到了较好的滤波效果.     

基于输出电抗器的PWM长线驱动系统反射过电压的抑制

针对PWM变频器长线驱动系统电机端产生的过电压问题,对输出电抗器抑制过电压的机理进行了研究,提出采用输出电抗器感量、电缆长度以及负载特性阻抗作为正交设计试验因素,回归正交组合设计法构建了PWM长线系统机端过电压峰值的数学模型,基于此数学模型得到了输出电抗器选型设计的计算设计公式。研究结果表明,通过该公式确定的输出电抗器可有效抑制机端过电压,通过PSPICE仿真的结果与设计要求误差仅为1.5%,此研究结果可以为输出电抗器设计提供理论支持。     

基于场路耦合法的变频感应电机铁耗计算

相对于正弦激励,变频器输出电压中包含大量的谐波分量使得感应电机铁耗的计算变得更加复杂。为了准确地计算电机铁耗和研究铁耗在变频感应电机内的分布特点,建立了二维时步有限元的铁耗计算模型,基于场路耦合法,以一台1.5 kW的变频感应电机为实例,计算了空载运行时电机的铁耗,并分别对正弦激励和变频器供电下感应电机内部铁耗的具体分布特点进行了对比分析,在此基础上,研究了变频器不同的控制策略对变频感应电机铁耗的影响。对样机进行空载实验测量电机铁耗,研究结果表明,实验结果与仿真分析吻合良好,以往在正弦激励下被忽略的转子铁耗在变频感应电机中不可忽视且以谐波为主集分布在转子齿顶部分。为进一步优化电机铁芯结构来降低铁耗和电机的温升研究提供了一定的技术支持。     

直流发电机励磁器滑模控制研究

提出内燃机车的直流并励(复励)发电机励磁控制电路的一种滑动模态变结构控制方案，用集成PWM控制芯片SG3524N将Bang—Bang控制与脉宽调制(PWM)控制通过滞后校正成为滑模变结构控制，提高了发电机输出电压的快速性和降低了发电机输出电压的超调量，也提高了抗不确定干扰能力；通过对IGBT外围电路作适当设计，降低了dv/dt，以保证IGBT不会出现擎住效应，义不会因为过高的dv／dc而损坏励磁绕组的绝缘，使颤动的影响降到最低。     

雪崩晶体管纳秒脉冲电源的电压波形上升速度研究

对纳秒脉冲产生电路的电源电压和输出脉冲的上升特性之间的关系进行了研究。在实验中采用雪崩晶体管并联供电串联放电的Marks电路，数据表明在一定的电压范围内电源电压变化对脉冲的上升时间t，影响不大，它和脉冲幅度、脉冲的平均上升速度（dv/dt、di/dt）一定的范围内有简单的线性关系，这个结果对脉冲电源电路的设计具有参考价值。     

感应电机功率转换系统滤波技术的研究——扩展卡尔曼滤波器设计

提出了一种扩展卡尔曼滤波器的设计,将卡尔曼滤波算法推广至非线性感应电机系统的参数辨识。扩展卡尔曼滤波器采用工程实际中普遍采用的泰勒展开式截断的方法,对非线性方程进行线性化处理。在仿真中将这种算法应用于六相感应电机模型中,仿真结果证明扩展卡尔曼滤波器获得了很好的动态跟踪性能以及低速状态下良好的观测效果。     

对PWM变频器传动中使用的三种滤波器的分析

在PWM变频器传动中，由于输出电压dν／dt过高，而产生尖峰的影响是一大技术困扰。设置滤波器是一种有效解决此类问题的办法，对三种滤波器进行分析。     

低压Mosfet平台电压时间对图腾柱驱动电路拓扑影响对策研究

Mosfet平台电压时间是Mos管处于放大区的典型标志,Mos管不能很快进入开关状态,从而严重增加Mos管的开关损耗,导致Mos管发热量极大。针对上述问题,综合考虑图腾柱驱动电路的栅极电阻参数不同对Mosfet平台电压时间测量和Mos管关断期间浪涌电流di/dt对电容Cgs的影响,在保证系统稳定的前提下找出降低Mos管发热量的最佳平台时间。基于RLC串联谐振电路模型,适当增加Mos管栅极电阻来减少电容Cgs电压振荡,确保Mos管正常导通和关闭。设计并制作了电动车轮毂电机的低压Mosfet驱动电路实验样机,并做了相关的测试。实验结果表明:合适的平台电压时间降低了图腾柱驱动电路拓扑低压Mos管的发热损耗,开关管关断时候的di/dt明显降低,电路的整体效率得到提高。     

微型光电编码器在电机角速率辨识中的应用

针对电机伺服控制系统利用编码器角位置信息预测角速率的需求,提出并实现了一种基于平稳卡尔曼滤波的编码器信号处理方法。首先,分析了典型电机系统的结构及测量噪声编码器的组成,在此基础上建立了电机系统和编码器的参数化数学模型,并根据电机系统和编码器模型给出了统一的参数化平稳卡尔曼滤波器设计结果。在Matlab/Simulink环境下完成了电机、编码器和卡尔曼滤波器的仿真模型,并利用不同参数对参数化平稳卡尔曼滤波器的普适性和滤波效果进行了预测。最后,搭建了实验平台,对仿真结论进行验证并对滤波性能进行了实测。仿真和实验结果表明:参数化滤波模型对典型电机系统具有普适性,自适应平稳卡尔曼滤波器可以利用编码器信号实现角速率的最优估计,误差标准差为0.021(°)/s,最大误差可以控制在0.06(°)/s之内,能够满足一般电机伺服系统对角速率精度的要求。     

弱电网下并联逆变器谐振模态分析与抑制方法

建立在弱电网下的多逆变器并联系统的数学模型,利用模态分析法分析了不同参数逆变器并联系统的谐振特性,在此基础上提出了一种通过并联虚拟导纳重塑逆变器输出导纳,同时在电压前馈通道引入自校正滤波器的复合控制策略。 通过仿真实验表明,该方法可以有效降低多逆变器并联系统的谐振失稳风险,同时可以显著提高逆变器对弱电网的适应能力,增强系统稳定性。     

25 A 有源电力滤波器主电路参数设计与仿真研究

针对电能传输中网侧电流谐波污染严重、电流补偿性能易受主参数影响变化较大等特点,以额定电流 25 A 的并联有源电力滤波器为研究对象,讨论了直流侧电压、直流侧电容 2 个重要主参数的设计方法及对补偿性能的影响,按照跟踪补偿电流和抑制开关频率处的谐波要求,详细分析了滤波电感的选取方法。采用设计的参数和 SPWM 控制策略,在 MATLAB / Simulink 中对系统进行了仿真实验,结果表明系统主参数设计方法可靠有效,优化了电流的补偿性能。     

交流电机电流、电压采集及数据处理

本文在逆变器供电条件下,对三相异步电机电流、电压进行采集,通过对采集数据频谱分析估算基频,设计数字滤波器进行数据处理,利用DSP实现对电机电流,电压实时采集和分析。     

NPC型三电平逆变器供电的永磁同步电机矢量控制系统

在分析永磁同步电机矢量控制理论的基础上,结合三电平中点钳位(NPC)逆变器输出谐波含量低、控制性能好等优点,提出了一种基于NPC型三电平逆变器的永磁同步电机(PMSM)矢量控制方法。深入分析了三电平逆变器空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)技术,并利用Matlab/Simulink进行了基于三电平逆变器SVPWM算法的PMSM矢量控制仿真实验,结果表明三电平逆变器SVPWM和PMSM矢量控制的有机结合,有效地抑制了转矩脉动,提高了驱动性能。     

Selective harmonics elimination in multilevel inverter by a derivative-free iterative method under varying voltage condition

Selective Harmonics Elimination Pulse width modulation (SHE PWM) presents an alternative modulation technique to operate medium voltage medium and high power converters as it reduces the switching losses. SHE PWM generates high-quality output waveform at the low switching frequency. Its application to multilevel converters furthers leads to improvement in output waveforms with lower switching losses, lesser dv/dt and lowers switching devices ratings. In this Paper SHE PWM for an asymmetrical cascaded H-bridge multilevel inverter under unequal DC voltage condition for fundamental and multiple switching cases are investigated. More harmonics can be eliminated by considering multiple switching’s. The Solution of the Nonlinear transcendental SHE equation is obtained using an advanced derivative free numerical technique which. The method is simple in implementation with fast calculations per iteration as it avoids the evaluation of Jacobian and its matrix. Also the need for precise initial guess in the proximity of actual solution is not needed as an identity matrix of the size of designed variable serves the purpose. Different inequality in the dc voltages is taken to eliminate the lower order harmonics from the output. Only exact solutions for the switching angles which ensure the complete elimination of targeted harmonics are reported. Simulation and Hardware results are presented to confirm the validity of the proposed technique.     

基于深度信念网络的变频电机局部放电起始电压预测

局部放电是导致变频电机匝间绝缘过早失效的主要原因,匝间绝缘局部放电起始电压(PDIV)的预测对变频电机绝缘设计具有重要意义,因此提出一种基于深度信念网络的匝间绝缘PDIV预测方法。首先建立基于汤逊理论的局部放电仿真模型,计算不同仿真参数下匝间绝缘模型的PDIV;其次分析匝间绝缘PDIV的影响因素,建立深度信念网络提取影响因素和PDIV之间的非线性关系;然后根据仿真分析与试验测试,验证本文所提方法的有效性;最后通过平均影响值算法探究了匝间绝缘PDIV的主要影响因素。实验结果表明,该方法预测结果的最大相对误差为5.9%,为变频电机匝间绝缘设计和状态评估提供了新思路。     

高频信号动态测试中的信号完整性分析

结合高频信号测试仪使用环境的特点及要求,分析了影响高速数据采集电路信号完整性的主要因素,针对高频信号的反射和串扰,分别从多层PCB板的层叠设计,差分信号传输线蛇形布线,添加阻抗匹配网络几方面进行了信号完整性设计。建立差分信号传输线拓扑网络的模型并通过仿真确定了阻抗匹配网络的结构和参数,减小了由于传输线阻抗失配引起的信号反射与串扰;对电源完整性进行分析,通过内电层分割和滤波电容网络减小了电路中的地弹现象,从而降低了测试仪的系统噪声。最后通过模拟环境下的实验验证了高速数据采集电路的信号完整性分析,实验结果表明通过信号完整性设计提高了测试仪的抗干扰能力,所采集的数据可靠有效。     

集成式电静压伺服机构直流侧电压振荡抑制

电静压伺服机构属于泵控液压系统,驱动控制器将直流电转换为三相交流电以驱动伺服电泵旋转,进而使伺服机构产生往复运动。驱动控制器与伺服机构进行集成化设计可以有效降低强电电磁辐射,减小电缆长度,减少电接触点。但是在集成化设计中,需要降低直流侧支撑电容容量以减小驱动控制器体积。小容量支撑电容情况下,伺服机构作动时直流侧电压会出现不稳定振荡现象。通过主动缓冲的方法降低直流侧电压振荡幅度,满足集成化设计对直流侧电压稳定性和驱动控制器小体积的要求。     

螺旋驱动杆式行波型超声电机

设计了一种螺旋驱动杆式行波型超声电机,初步分析了其驱动机理。推导了螺纹牙型角与定子长度以及转子直径三者之间的关系,并以提高螺纹驱动效率为目标函数,确定了电机主要结构尺寸,优化了用于放大振幅的定子凹槽结构。加工制作了样机,并搭建了试验装置,测试了电机的主要性能参数。试验表明：电机实际工作频率为24.5kHz,与仿真结果基本一致;调节相差可实现正反转控制,启停灵敏;在220V驱动电压下,电机最大空载转速为40r/min,堵转轴向力为1.7N。