浅析地铁列车牵引逆变器中IGBT动态不均衡故障

本文主要对地铁列车的牵引逆变器中的IGBT进行了简单的分析,并对其动态不均衡的故障原因进行了研究,同时以上海的地铁列车牵引逆变器的维修现状为例,将IGBT的工作特性等进行了具体分析.     

基于三相逆变器变开关频率和变直流母线电压的PMSM控制

针对三相电压源逆变器应用固定开关频率和额定直流母线电压的空间矢量脉宽调制（space vector pulse width modulation, SVPWM）驱动方式时存在直流电压利用率低、绝缘栅双极性晶体管（insulated gate bipolar transistors, IGBT）损耗较高的缺点,建立永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor, PMSM）和基于输出周期的IGBT损耗控制模型,在此基础上以输出电流质量为约束条件,以开关频率和直流母线电压为约束变量,应用猫鼬优化算法获得基于输出周期的IGBT损耗最优的开关频率和直流母线电压。对所提出的策略进行仿真和实验,通过比较输出电流总谐波畸变率（total harmonic distortion, THD）、电流波形、IGBT损耗和结温等验证所提策略在保证控制系统性能的条件下降低三相电压源逆变器损耗,增加三相电压源逆变器的可靠性。     

一种新型有源故障限流器的研究

介绍一种新型的具有动态串联补偿功能的故障限流器(FCL)。它主要由一个串联电抗器和一个自整流电压源逆变器组成。正常运行时,逆变器以备用模式补偿了串联电抗器的电压降。当有故障发生时,FCL将会通过电抗器和逆变器向配电线路自动加入一个相应的串联阻抗来达到限流的目的。其突出的特点是:配置简洁,逆变电压等级可以通过串联电抗来改变,能有效地限制电流,而且不会造成系统的任何暂态振荡。同时采用Matlab进行数字仿真证明了该故障限流器的有效性。     

基于逆变器控制策略的微电网故障分析

本文针对微电网故障问题,通过分析PQ和VF控制策略的逆变器运行特性,建立了基于逆变器控制策略的数学分析等值模型,提出了故障状态边界条件. 结合微电网孤岛运行时的工作特点,利用故障前后的节点电压和节点电流,推导出微电网处于孤岛运行状态并发生三相短路故障时,公共耦合节点（PCC）处的电压与电流求解方程,建立了较为精确的故障分析方法. 最后利用PSCAD建立了220 V低压微电网的仿真系统,验证了所述方法的正确性.     

三相电压型SVG的直接电流控制方法及仿真

分析了采用三相电压型逆变器为主电路结构的静止无功发生器（SVG）装置的工作原理。通过对比不同控制方法的优缺点,采用了基于瞬时无功功率理论的三角波直接电流控制方法。该方法具有控制精度高、稳态性能好、瞬时响应快等优点。对其做了MATLAB仿真研究,结果表明,无功情况得到了很好的补偿,验证了设计方法的可行性。针对不同IGBT开关频率,对逆变器输出波形做了比较分析。     

从专利申请浅析IGBT的发展历程与未来趋势

绝缘栅双极晶体管（简称 IGBT）是一种新型功率半导体器件,它将双极型功率晶体管（BJT）和功率 MOSFET 的优点融于一身,具有电压型控制、输入阻抗大、驱动功率小、控制电路简单、工作频率高等特点。随着市场对功率器件在体积、重量、容量和噪音等方面的更高要求,IGBT 因其自身的优越性而逐渐成为新一代半导体功率器件的核心,主要应用于开关电源及变频调速等装置中。     

容错型牵引电机驱动系统的间接定子量控制

针对基于三相四开关容错逆变器的电力牵引传动系统,提出牵引电机的间接定子量控制方案.采用间接定子量算法生成参考电压矢量,以固定逆变器开关频率和减小电磁转矩脉动;通过含有饱和限幅环节的改进型磁链观测器抑制定子磁链的积分漂移.针对三相四开关空间电压矢量的特殊性,给出了容错逆变器SVPWM调制算法;考虑到容错逆变器直流侧电容中点电压不平衡的问题,建立了中点电压补偿模型,提出了一种基于PID调节器的补偿方案.通过MATLAB/Simulink仿真实验证明了所设计的基于三相四开关容错逆变器的牵引电机间接定子量控制方案的可行性和有效性.     

基于容错逆变器的永磁同步电机直接转矩控制

提出一种具有容错能力的最小开关逆变器，对采用该容错逆变器取代常规六开关逆变器的永磁同步电机（PMSM）直接转矩控制（DTC）系统进行了深入研究.当容错逆变器的开关器件发生故障或电机发生故障时，此逆变器可重构为2种四开关逆变器.进一步建立了四开关逆变器的模型，提出了针对故障隔离后四开关逆变器供电的PMSM系统的新型DTC策略.对正常及故障状态下容错逆变器供电的PMSM DTC系统进行了仿真研究和实验验证.结果表明，基于容错逆变器的PMSM系统在故障状态下采用新型逆变器拓扑结构以及新型DTC策略后，可持续稳定运行，并保持了良好的动态性能.     

PMSM的自适应滑模观测器无传感器控制

提出一种具有容错能力的最小开关逆变器，对采用该容错逆变器取代常规六开关逆变器的永磁同步电机（PMSM）直接转矩控制（DTC）系统进行了深入研究.当容错逆变器的开关器件发生故障或电机发生故障时，此逆变器可重构为2种四开关逆变器.进一步建立了四开关逆变器的模型，提出了针对故障隔离后四开关逆变器供电的PMSM系统的新型DTC策略.对正常及故障状态下容错逆变器供电的PMSM DTC系统进行了仿真研究和实验验证.结果表明，基于容错逆变器的PMSM系统在故障状态下采用新型逆变器拓扑结构以及新型DTC策略后，可持续稳定运行，并保持了良好的动态性能.     

新型的SCTA（B）逆变器

本文推出一种新型的高效正弦波逆变器－－单片电压比较跟踪桥式放大（ＳｉｍｐｌｉｆｉｅｄＶｏｌｔａｇｅ－Ｃｏｍｐａｒｉｎｇ－Ｔｒａｃｋｉｎｇ－ＢｒｉｄｇｅＡｍｐｌｉｆｙｉｎｇ）逆变器，简称ＳＣＴＡ（Ｂ）逆变器。它是ＳＣＴＡ逆变器的改进形式。该逆变器无输出变压器，却能将开关电路与放大电路巧妙地结合，获得高效优波的逆变效果。本文还分析了基于ＣＴＡ逆变机理的几种逆变器，使读者从中了解ＣＴＡ变流技术之概况。     

基于DCM-PCA和GA-BP的逆变器故障诊断

针对光伏并网三相电压型逆变器开关管的开路故障,提出深度级联模型（deep cascade mode,DCM）-主成分分析（principal component analysis,PCA）与遗传算法（genetic algorithm,GA）优化的BP神经网络结合的故障诊断方法。首先对逆变器的开路故障进行分析和仿真,确定三相电流作为故障信号,选择22类故障状态作为诊断对象,通过以稀疏表示分类（sparse representation based classififier,SRC）为基本操作单元的深度级联模型提取故障特征,DCM根据层次学习特性将故障特征分层,再由SRC部分得到不同故障的编码系数,并采用t分布—随机近邻嵌入（t-distributed stochastic neighbor embedding,t-SNE）方法验证了DCM具有较好的特征提取能力,通过PCA降低故障特征的冗余度、保留有价值的主成分提高网络映射能力,最后将故障特征向量作为GA-BP神经网络的输入信号实现对故障的诊断识别。通过仿真实验得到该方法的故障诊断准确率为95.64%,与DCM-PCA-BP、FFT-G...     

缓冲电容对IGBT变流器特性的影响研究

在IGBT构成的变流器主电路中常采用并联缓冲电容的缓冲电路来抑制开关管关断过程中引起的过大电压冲击,保护IGBT和变流器.基于IGBT的动态模型,从理论上分析了缓冲电容对IGBT关断时产生的电压冲击规律,比较了不同缓冲电容对IGBT关断时的电压冲击情况及负面影响,得出缓冲电容在降低IGBT关断过冲电压的同时也会引起母线上电流电压振荡的结论.给出了IGBT关断时由缓冲电容引起振荡的仿真和实验结果,并指出了减小缓冲电容的方法.     

基于卷积神经网络的光伏逆变器故障诊断

光伏逆变器将太阳能电池板的直流电压转换为交流电压以驱动家用电器或者升压并入能源互联网,而绝缘栅双极型晶体管（IGBT）是光伏逆变器的核心组件,其状态异常将直接影响系统的正常运行。从减少传感器数量的角度出发,以直流侧的电流信号作为输入信号,设计了基于卷积神经网络（CNN）的故障诊断模型来监测IGBT的开路状态。并利用设计的Simulink模块生成的仿真数据对模型进行了训练和测试,都取得了很好的故障诊断性能。此外,还设计了不同噪声水平下的故障诊断测试,测试结果表明该故障诊断模型在噪声环境下具备有效性和鲁棒性。     

改进型并联准谐振直流环逆变器及脉冲调制

提出一种改进型并联准谐振直流环逆变器,把谐振电容分散在逆变器每个IGBT管子上,使每个管子都有局部吸收回路。对电路的各种工作模式、参数的选择以及空间电压矢量脉冲调制的应用方法作了详细的讨论。并通过仿真分析和实际运行对其软开关特性进行了验证。     

分布式发电反孤岛控制的自动加速相移方法

分布式发电反孤岛技术的最新研究进展表明,相移法能有效用于具有逆变器的分布式发电系统反孤岛保护。介绍滑模频率偏移（SMS）、主动频率偏移（AFD）和带正反馈的主动频率偏移（AFDPF）。自动相移法（APS）是一种改进的SMS法,减少了SMS的测区盲区（NDZ）。但稳定孤岛效应的频率确定困难,而且APS运行慢,并可能在某些特定条件下失效。基于目前存在的难题,该文提出一种改进的自动加速相移算法（AAPS）,矫正孤岛效应下的附加相位漂移,评价总电压相位漂移对电压周期的影响。该算法在孤岛发生时,会引起快速的相移,但在电网互联时只会引起极小的相位。孤岛发生时,该算法通过逆变器相移正反馈实现。仿真和实验结果证明了AAPS算法的有效性。先进的AAPS已经被应用于风能和太阳能系统的商业并网逆变器中,并符合UL／CSA认证标准要求。各种条件下的认证测试结果表明APPS算法可以在极短的时间内断开逆变器。     

短路故障消除后SPWM逆变器输出过压问题研究

分析了由电压均值外环和电压瞬时值内环构成控制系统的SPWM逆变器在负载短路故障短时间消除后输出过压的原因,提出了一种简单实用的减小这种输出过压的方法,即在满足系统稳定的情况下,通过增大瞬时值内环的增益来减小逆变器正常工作时电压均值外环的调节范围,并以实例和试验结果给予了验证.     

高压直流输电逆变器交流侧故障分析与仿真

对CIGRE提供的高压直流输电标准模型进行改善。利用电磁暂态仿真软件PSCAD／EMTDC对改善模型的逆变器交流侧进行单相接地故障。仿真表明故障时直流线路电压,电流含有大量的谐波分量,逆变侧交流三相电压非故障相电压畸变较大,故障切除后仍然存在谐波分量。     

电动汽车用三相开绕组永磁同步电机的控制及容错运行

设计了一种新型电动汽车驱动与充电一体化拓扑结构,建立了三相开绕组永磁同步电机(TPOW-PMSM)在两相旋转d、q坐标系下的数学模型。研究了单电源供电的两并联逆变器电压矢量的空间分布状况,当系统处于正常运行状态时,采用了一种中矢量六边形空间矢量脉宽调制(MVH-SVPWM)控制策略,设计了转速、电流双闭环矢量控制系统,实现了系统的无零序电压运行。以单管故障且故障相开路为例,研究了两并联逆变器故障后的电压空间矢量分布,两并联逆变器经拓扑重构为两相2H桥逆变器拓扑,基于该拓扑结构设计了一种改良的小矢量六边形空间矢量脉宽调制(SVH-SVPWM)控制策略并给出了实现方法。TPOWPMSM系统的仿真和样机实验结果表明:本文控制策略能够保证TPOW-PMSM系统在容错前、后都运行状态良好,验证了本文控制策略的有效性和正确性。     

感性负载条件下IGBT开通过程分析

针对IGBT的开通过程中,研究了感性负载条件下IGBT的开通过程中栅极电压、集电极电流、集射极电压随时间变化的特点及其相互关系。详细阐述了栅极电容随栅极电压变化的机理以及栅极平台电压产生的机理,分析了驱动电阻对栅极电压的影响。根据IGBT开通电流特点,提出用二次函数来拟合IGBT开通时的集电极电流波形,同时还分析了主回路杂散电感对开通波形的影响。搭建了IGBT动态开关特性测试平台,测量结果验证了本文分析的正确性。     

IGBT弧焊逆变器低频啸叫剖析及消除

PWM调制的IGBT弧焊逆变器因IGBT存在导通时间，而在小负载时产生低频啸叫，具有恒流特性的弧焊逆变器必须设置最小导通比dmin限制才能消除低频啸叫，理论上要求dmin≥ton，以保证系统运行在PWM范围内．