SRM转矩脉动抑制的控制策略分析

开关磁阻电机运行中转矩脉动比较明显,由此引起的电机噪声及转矩波动制约了其在高性能控制领域的应用.优化电机的结构设计及采用合适的控制技术是抑制开关磁阻电机转矩脉动的2种主要方法.在对开关磁阻电机转矩脉动产生机理分析的基础上,从控制的角度综述了开关磁阻电机转矩脉动抑制的若干解决方案的要点,分析了各种控制方法的优缺点,从而对...     

基于模糊开关角控制的SRM转矩脉动抑制研究

开关磁阻电动机(SRM)的开通角和断开角与电动机的性能和控制效果直接相关.SRM虽然结构简单,但其运行是高度饱和的磁路,而且磁路严重非线性,因此难以建立精确的SRM数学模型.模糊控制的本质是非线性理论,它是一种不依赖控制系统,而由模糊规则的语言决定的数学模型,是一种基于语言的智能控制.利用Matlab建立了控制方法的仿...     

基于遗传算法和转矩分配函数的开关磁阻电机转矩脉动抑制

开关磁阻电机(SRM)特殊的双凸极结构导致其运行时会产生很强的转矩脉动。传统的转矩分配函数(TSF)控制方法虽然可以在一定程度上起到抑制转矩脉动的作用,但是受到开关频率、功率电源电压值等物理条件的限制,仍会存在较大的转矩脉动。为此,提出了一种基于遗传算法的SRM TSF控制方案。利用遗传算法良好的寻优能力,在指数型TSF控制的基础上,将转矩脉动作为优化目标来寻取最优的开关角。将1台四相8/6极的SRM作为研究对象,搭建了以TMS320F28335为控制核心的试验平台。试验结果验证了基于遗传算法的TSF控制方法可以有效减小SRM的转矩脉动。     

基于转矩分配的开关磁阻电机转矩脉动抑制的研究

转矩脉动是开关磁阻电机亟待解决的问题和研究难点之一,其限制了速度控制性能和位置测量精度的进一步提升。基于转矩分配的开关磁阻电机转矩脉动抑制的理论研究已取得较大进步,但由于电机磁路的非线性,使得在实际应用中转矩很难准确反馈。本文根据电机的实际规格和尺寸,采用Maxwell3D计算出在不同转子位置和相电流下的转矩,建立了转矩-电流逆模型;通过合理地设置开通角、换相重叠角和关断角,简化了程序设计,抑制了反向制动转矩;进而根据转矩分配函数,采用电流闭环对转矩进行间接控制。仿真和实验结果证明了该方法可以有效地减小转矩脉动。     

基于分段式TSF的开关磁阻电机转矩脉动抑制技术

开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,SRM)的双凸极结构导致其运行时产生很强的转矩脉动,采用传统型转矩分配函数(Torque Sharing Function,TSF)时,电流峰值过高,铜耗过大,导致电机效率低,转矩脉动抑制效果不理想。针对这一问题,本文提出了新型分段式TSF,并以转矩脉动系数和电流变化率作为优化目标,利用遗传算法的全局寻优能力,对所提出的新型TSF中的变量参数进行优化,得到最优的TSF曲线及表达式,从而降低转矩脉动。仿真结果表明,本文所提出的新型TSF能够有效降低转矩脉动,同时降低电流峰值,减小铜耗,提高效率。     

一种正弦补偿型转矩分配函数的SRM转矩脉动抑制策略

针对传统转矩分配函数(TSF)换相区间转矩脉动和峰值电流大的问题,提出一种正弦补偿型TSF,利用带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)全局寻优能力,以转矩脉动和铜损耗为优化目标,对参数进行寻优。采用有限元方法计算静态特性曲线,在直线型TSF的换相区间引入正弦补偿曲线,采用NSGA-Ⅱ对不同转速和负载下的导通角θ_on、重叠角θ_ov和系数n进行寻优,基于最优控制参数仿真SRM的正弦补偿型TSF控制系统模型。仿真表明,在转矩脉动和铜损耗降低的同时,正弦补偿型TSF在换相区间的转矩脉动率最高降低62.29%,均方根电流最高降低42.6%。实验表明,正弦补偿型TSF在换相区间的转矩脉动率降低75.57%,峰值电流降低67.29%。     

基于转矩分配函数在线修正的开关磁阻电机转矩脉动抑制策略

针对开关磁阻电机在换相阶段由于转矩特性、电压限制、转速升高等因素而引起的转矩脉动问题,研究一种基于转矩分配函数在线修正的直接瞬时转矩控制方案。在换相的开始阶段,对前一相绕组的转矩分配函数进行在线正补偿,对后一相绕组的转矩分配函数不做处理;在换相的结束阶段,对后一相绕组的转矩分配函数实现在线负补偿,对前一相绕组转矩分配函数不做处理,从而实现电机在换相阶段总转矩脉动的抑制。为了验证该策略的可行性和有效性,以一台750 W、三相12/8极开关磁阻电机为控制对象进行仿真和实验,结果证实了提出的方案可以有效地抑制转矩脉动。     

基于电流补偿策略的转矩分配函数法抑制整距绕组分块转子SRM的转矩脉动

整距绕组分块转子开关磁阻电机具有单位铜耗下输出转矩大、损耗低等优点,但转矩脉动大。本文采用余弦TSF控制法即通过控制电机各相电流产生的转矩分量使得低速时整距绕组分块转子开关磁阻电机的输出转矩脉动降低。针对电机转速升高后,由于实际相电流不能跟踪参考相电流,以及关断区间的电流不可控导致电机转矩脉动增大的问题,提出增大或减小其他相的相电流进行补偿的转矩控制策略并进行了分析。仿真和实验结果表明,该电流补偿策略的转矩分配控制法可有效抑制整距绕组分块转子开关磁阻电机的转矩脉动。     

电流型多相永磁同步电动机调速系统的换相转矩脉动

为了研究多相梯形波永磁同步电动机(以下简称TPMSM)的换流转矩脉动,基于Y-Y移30°电角度的六相TPMSM建立电流型调速系统的数学模型,给出了换流重叠角的计算公式,并利用仿真分析了换相超前角和换流重叠角之间的关系以及换相超前角和转矩脉动之间的关系.结果表明,减小换相超前角有利于减小转矩脉动,但是会增加换流重叠角,甚至导致换流失败.     

基于不对称式TSF的开关磁阻电动机转矩脉动抑制

开关磁阻电动机(SRM)通常使用固定的转矩分配函数(TSF)实现对转矩的控制,典型的TSF有线性、余弦和立方型TSF曲线。在分析典型转矩分配函数抑制脉动的局限性的基础之上,提出了一种不对称式的转矩分配方法,建立了基于不对称转矩分配函数的转矩脉动抑制系统。最后,以某型开关磁阻电动机为例开展了仿真研究,结果证实该方法可以有效地减小SRM的输出转矩脉动。     

基于触发角偏差补偿的连续换相失败抑制措施

逆变侧交流系统发生不对称故障后容易导致连续换相失败,威胁电网的安全稳定运行。针对这一问题,基于不对称故障后直流控制系统的响应规律,根据直流系统稳态运行曲线将故障及恢复过程分为2个阶段,发现在阶段2即故障稳定恢复阶段,存在换相面积需求量逐渐增加而换相面积最大提供量逐渐减小的趋势,并且在此过程中触发角指令值与触发角实际值还存在偏差,触发角偏差将进一步削减换相面积最大提供量,是引发连续换相失败的重要原因。基于此,分析了触发角偏差的来源以及触发角偏差对控制系统的影响,提出一种基于触发角偏差补偿的连续换相失败抑制措施,并在PSCAD/EMTDC中基于CIGRE HVDC标准模型进行仿真验证。仿真结果表明,所提措施能够有效抑制连续换相失败。     

整流桥控制角和换相重叠角对谐波影响的分析

在电力系统中存在许多复杂电路,往往需要通过计算机仿真来分析问题。特别是对于谐波的抑制和谐波源的研究,线路的精确仿真分析更是必不可少的。首先介绍了谐波的危害和3类谐波源,以其中一种谐波源六脉动整流桥作为研究对象,理论推导分析了控制角和换相重叠角与谐波电流的关系。通过PSCAD/EMTDC软件建立仿真模型,仿真分析了不同控制角和换相重叠角对谐波电流的影响,仿真结果与理论分析结论吻合。故采用合适的控制角和换相重叠角有助于减小谐波电流的危害。本文对谐波分析、谐波预测及谐波治理等方面均有较好的应用价值。     

一种基于自适应电压限值的换相失败抑制策略

为有效抑制高压直流输电系统在不同故障程度下的换相失败,提出了一种基于自适应电压限值的改进低压限流控制器(voltage dependent current order limiter, VDCOL)设计方案。首先,详细分析了包含传统VDCOL的直流输电系统在换相失败及恢复期间的运行特性,并提出VDCOL曲线在不同时间段下应具备的动态性能。然后,引入直流电流这一反映故障特性的时变电气量优化传统VDCOL的直流电压上下限值,从而在不同时间段自适应改变电流指令启动电压阈值与电压-电流指令变化趋势,以满足输电系统换相失败及恢复期间的有功与无功需求。同时考虑到VDCOL电压上下限值的过度变化会恶化系统运行特性,对其范围的设置进行了解析和合理选取。最后,在PSCAD/EMTDC中对所提方法进行仿真测试。结果表明,所提出的改进控制策略能在一定程度上抑制直流输电系统的连续换相失败,同时有效地改善换相失败各阶段直流输电系统的运行特性。     

基于比例重复控制的MMC-SST子模块电容纹波电压抑制策略

基于模块化多电平变换器的固态变压器(modular multilevel converter based solid state transformer, MMC-SST)是实现交直流混合配电网柔性互联及能量多向流动的关键装备。针对固态变压器输入级MMC子模块电容纹波电压过大,导致装置的体积和成本增加的问题,提出一种基于比例重复控制的MMC-SST改进纹波电压抑制策略。首先利用基于比例重复控制的电容电压闭环得到调整后的功率移相角。然后,通过双有源桥变换器将子模块电容纹波功率传递到低压直流母线,从而有效抑制MMC子模块的各频次纹波电压,达到减小电容值的目的。最后,仿真结果表明在网侧电压对称或不对称工况下,基于比例重复控制的MMC-SST子模块电容纹波电压抑制策略均具有良好的纹波电压抑制能力。     

基于整流侧触发角紧急控制的换相失败预防策略

分析换相失败的机理,指出现有换相失败预防控制措施的局限性,提出一种基于整流侧触发角紧急控制的换相失败预防策略。该控制策略根据交流系统故障严重程度及系统的恢复情况确定整流侧触发角参考值,采用可变启动阈值调整控制系统检测交流故障的灵敏度;采用可变输出惯性时间常数确定控制器输出量的变化速度,从而达到既预防换相失败又兼顾交直流系统恢复速度的目的。以改进的CIGRE HVDC模型为例进行了仿真研究,仿真结果表明所提方法的优越性,并验证了可变启动阈值及可变输出惯性时间常数设计的合理性。此外,分析并仿真说明了整流侧到逆变侧的站间通信时延对控制系统作用效果的影响。     

基于扰动观测器和重复控制的转速脉动抑制

永磁同步电机矢量控制系统由于存在逆变器死区和电流测量误差和其它一些非理想因素,导致电机转速产生脉动.提出一种扰动观测器和重复控制器相结合的方法对逆变器死区和电流测量误差导致的转速脉动加以抑制.在电流环利用扰动观测器对死区补偿时间进行在线识别,再利用识别出的死区补偿时间动态调整补偿电压,克服了由IGBT开关时间随负载变化...     

无刷双馈电机直接转矩控制转矩脉动最小化

针对无刷双馈电机直接转矩控制系统转矩脉动大的问题,依据模糊控制理论,研究了基于模糊控制的无刷双馈电机直接转矩控制系统。将转矩误差、磁链误差、扇区作为模糊控制器的输入,采用模糊控制器自动合理地选择电压空间矢量,取代传统的开关矢量表,同时将磁链圆划分为24个扇区。Matlab环境下的仿真结果表明,与传统的无刷双馈电机直接转矩控制系统相比,有效地减小了稳态时的转矩脉动,并且改善了定子磁链渡形,使定子电流波形更接近于正弦。系统在启动、负载扰动等情况下仍然保持了良好的动态性能。在DSP控制系统中实现时。可经相应的离散化后通过查表运算实现模糊控制,实现算法简单,且具有良好的实时性。     

空间电压矢量下SRM转矩脉动最小化

针对开关磁阻电机具有转矩脉动大的缺点,依据空间电压矢量下直接瞬时转矩控制的理论,通过分析采用基本电压矢量存在转矩失控现象的原因,提出了一种优化直接转矩控制的新方案。该方案以基本空间电压矢量为基础,通过适时地采用新增空间电压矢量,同时优化转矩滞环控制器的方法,达到提高直接转矩控制性能的目的。为验证方案的有效性和正确性,以一台三相12/8极开关磁阻电机为控制对象,将新方案与传统直接转矩控制的效果进行了比较。结果证明,新方案有效地抑制了转矩失控现象的产生,并在进一步减小转矩脉动上有明显效果,最终将转矩脉动控制在±1N·m以内。     

基于双主动桥输入输出电流协调控制的二次纹波电压抑制策略

单相电力电子变压器(PET)隔离级传输二次脉动功率较少且不可控,使其直流侧出现较大幅度的二次纹波电压,将影响系统供电质量以及供电可靠性。在传统双主动桥(DAB)降阶等效模型中加入开关电阻、变压器磁化电感和铜耗电阻,提升了二次脉动功率传输的准确性;在DAB控制中,电流内环采用比例-积分-谐振(PIR)控制,并引入低压直流侧二次纹波电流前馈,使高低压直流侧二次脉动功率向负载侧稳定传输,高低压直流侧二次纹波电压幅值显著减小;为加快控制器动态响应速度,对控制器关键参数进行优化设计,最后通过仿真和实验验证了所提方法的有效性。