应用于交流电机驱动的新型串联绕组拓扑的动态电流控制性能分析

电机绕组的动态电压是影响其电流变化能力的直接因素。为了提升电机的转矩响应速度,从直流电压利用率的角度分析串联绕组拓扑的动态电流控制能力。首先,从拓扑结构出发,相比于三相半桥拓扑,串联绕组拓扑将直流电压利用率提升了73%,这使得其动态电压更加充裕。然后,在不同的转速工况下,分析串联绕组拓扑、三相半桥拓扑以及采用电压修正策略的三相半桥拓扑的动态电流控制性能。最后,经仿真与实验证明,若采用电压修正策略来增大三相半桥拓扑的动态电压裕度,其只在转速接近额定转速时效果才凸显,且提升有限。而采用串联绕组拓扑,其在电压深度饱和下的电流动态响应时间将显著减小。     

新型有源升压功率变换器及其在开关磁阻电机中的转矩脉动抑制

提出一种绕组退磁电压实时控制,且结构简单的新型有源升压功率变换器。该变换器利用绕组退磁能量和有源功率器件,根据电机工况实时控制绕组退磁电压,实现转速、负载较大变化情况下开关磁阻电机的高效率、低转矩脉动运行。同时,该变换器一相绕组仅需一个IGBT和一个二极管,简化了变换器结构。分析该新型有源升压功率变换器拓扑及在三相开关磁阻电机中的工作机理,研究绕组退磁电压对退磁相负转矩的影响,并对其数学模型进行推导。在此基础上,结合瞬时转矩控制策略,构建了基于该新型有源升压功率变换器的开关磁阻电机驱动系统,通过仿真与实验研究,验证了理论分析的有效性和优越性。     

双绕组三相永磁容错电机直接转矩控制

为了提高电力推进系统的可靠性,提出了双绕组三相永磁容错电机的结构,建立了该电机的解耦控制数学模型并说明电机在有、无故障条件下的直接转矩控制算法。在有一个或两个乃至三个绕组发生开路故障后,通过适当增大无故障绕组的电流,系统仍然能够输出无故障时的电磁转矩额,而且转矩脉动也无明显增加。     

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。     

高转矩性能多相组永磁电机及其关键技术综述

多相组永磁电机具有转矩密度高、转矩脉动小、容错能力强的优点，在航空航天、舰船推进等高转矩性能应用场合得到广泛的关注。首先，该文探讨多相组永磁电机的绕组拓扑特点，分析其转矩性能提升机理，归纳转矩性能最优的相移角设计规律。其次，总结了近年来国内外学者在多相组永磁电机领域已开展的工作，重点围绕槽极配比、拓扑结构、相组间联结方式等关键技术进行介绍。然后，基于电流谐波注入和永磁体谐波注削技术，进一步阐述了提高多相组永磁电机转矩性能的方法。针对多相组永磁电机高可靠设计技术，从短路电流抑制、相间独立性提高、绕组余度提升的层面进行了整理和归纳。最后，对高转矩性能多相组永磁电机进行总结与展望。     

三相永磁同步电机断相容错控制

为了提高三相永磁同步电机(PMSM)控制系统的容错能力,减小定子绕组断路故障时电机电磁转矩的脉动,提出了三相永磁同步电机断相容错控制策略。基于故障后正常相绕组电流与电压之间的关系,建立了三相PMSM一相绕组开路时的数学模型。通过分析故障前后电机的电磁转矩,提出了电磁转矩输出不变的容错控制策略,通过调整非故障相电流的幅值与相位,计算前馈零轴电压,保证一相绕组开路故障时电机的正常运行。为了提升电机故障下电磁转矩输出的平稳性,提出前馈零轴电压与中线电流闭环修正相结合的容错控制策略,实现了电机控制系统故障条件下的无扰动运行。采用转子磁场定向的方法,通过在旋转坐标系下交直轴电流控制器上增加前馈零轴电压和中线电流闭环修正,实现了一相绕组开路时的转矩脉动的补偿。实验结果表明,该文提出的容错控制算法可以有效减小三相PMSM在定子绕组发生开路故障时的电机电磁转矩脉动,提高电机控制系统的容错性能。     

主从绕组电机驱动系统及控制策略研究

针对大功率电机驱动系统工作在低载波比下引起的转矩脉动问题,该文提出一种基于双定子绕组结构的主从绕组电机驱动系统.利用向从绕组中注入高频谐波电流形成补偿磁链,再与低载波比工况下的主绕组磁链线性组合,保证圆形组合磁链,找到解决低载波比驱动系统中的转矩脉动问题的新途径.首先,阐述电机中主从绕组的磁链组合与转矩补偿原理,并给出主从绕组的设计指标;其次,针对从绕组侧高频谐波电流注入方式、控制策略等问题进行详细分析;最后,仿真与实验均表明该文提出的主从绕组系统及其控制策略的有效性.通过变换器开关损耗与导通损耗的计算与比较,结果表明,实现相同转矩脉动指标,主从绕组系统损耗可以降低30％左右,明显优于现有高载波比三相系统.     

开关磁阻电机绕组短路故障的检测与研究

开关磁阻电机具有很强的容错能力,但这种能力也是有限的。在开关磁阻电机绕组短路的情况下对开关磁阻电机容错能力进行深入的研究。通过建模和测试,针对以下两种情况进行了理论分析和实验:一种是相极问绕组完全短路,另一种是相极间绕组部分短路。实验证明相绕组短路导致转矩减少,为了弥补转矩的减少,绕组电流就要增加;在相绕组部分短路的情况下,对输出总转矩的影响可以忽略。     

适用于无轴承开关磁阻电机的新型升压功率变换器

针对无轴承开关磁阻电机在换相时励磁电流建立速度过慢,本文提出了一种结构简单的升压型功率变换器,电机在换相时,通过利用绕组退磁能量来为后一相绕组迅速建立励磁电流,在保证电机稳定悬浮的基础上实现电机换相时的低转矩脉动运行。分析了该功率变换器的拓扑结构以及工作状态,在此基础上,构建了基于该新型升压功率变换器的12/8极双绕组宽转子齿无轴承开关磁阻电机驱动系统,通过Matlab/Simulink系统仿真和实验平台,验证了该功率变换器的可行性和有效性。     

基于三相电流连续的无刷直流电动机驱动技术

针对无刷直流电动机在传统"两两导通"驱动方式下存在非换相电流脉动,导致转矩脉动较大和引起电枢绕组铜耗较高的问题,提出一种"三相电流连续"的驱动方法。该方法以电机转矩方程、反电势方程作为约束条件,求解使绕组铜耗最小的电流极值,并将电机转子位置划分为12个扇区,根据扇区将该极值分配到三相给定电流。依据星形绕组三相电流之和为零的原理,可以通过两相电流闭环控制,实现三相电流的连续输出。为验证该驱动方法的可行性与有效性,进行了基于Simulink的建模仿真并搭建实验平台,仿真与实验结果表明该方法可以有效地抑制转矩脉动,同时可以降低电机的绕组铜耗。     

飞轮制动切换研究

卫星姿控飞轮是由三相轮流换向无刷直流电动机驱动的,采用力矩控制（电流反馈）模式。由高速能耗制动切换到低速反接制动瞬时,飞轮电机电磁力矩发生大幅度跳变,理论分析和实验揭示切换瞬间电枢绕组产生不可控内环流是突变的根本原因。文中提出了解决办法,并给出实验结果。     

A hybrid inverter/cycloconverter-based variable-speed three-phaseinduction motor drive for single-phase inputs

This paper presents a simple converter topology for driving a three-phase induction motor with a single-phase AC supply. Using only two active switches and a triac, the converter can start the motor with high starting torque and low input current, and can bring the motor up to full speed using a very cost-effective, single-phase field-oriented control strategy. The converter supplies balanced output voltages at rated frequency with virtually no output distortion and with very high input power factor. In this paper, the capability contours for different speed ranges and various operating modes are addressed; the trade-offs between output torque, torque ripple, input current distortion, and inverter rating are also explained, and the proposed control approaches are supported by simulation and test results     

开绕组BLDCM与星接绕组BLDCM的对比分析

开绕组电机系统因其输出功率大、调速范围宽、容错性强等优点,是当前学者们研究的热点。介绍了开绕组电机系统的隔离母线拓扑结构,利用Maxwell与Simplorer软件联合仿真,对比分析了隔离母线开绕组BLDCM与星接绕组BLDCM在两两导通三相六状态控制方式下的电流、转矩、转速、机械特性。仿真结果表明:隔离母线开绕组BLDCM响应速度更快、转矩脉动更小、最大转速提升到2倍。     

开式绕组无刷直流电机导通模式研究

三相无刷直流电机(BLDCM)广泛应用在电驱动领域。传统星形连接和三角形连接的BLDCM绕组之间存在中性点,导致电机转矩脉动和可靠性较差。提出一种将开式绕组应用于三相BLDCM的系统,介绍了开式绕组BLDCM的电路拓扑结构和8种导通模式,分析了开式绕组三相BLDCM的电磁方程,建立开式绕组BLDCM的MATLAB仿真模型,仿真开式绕组BLDCM在8种导通模式下的电流、转矩、转速波形。加工样机并设计试验平台,测试开式绕组BLDCM在两相导通六状态运行模式下的性能,与星形连接BLDCM相比,开式绕组BLDCM调速范围更广、换相转矩脉动减少、机械特性曲线相近。     

基于九开关变换器的集成车载充电器的研究

提出了一种用于集成车载充电器的新型拓扑结构,该结构将九开关变换器和双三相PMSM应用到驱动过程中,并将其合并到了充电过程,因此,所提出的拓扑结构可以实现充电驱动一体化。相比于传统的充电器,其明显优点在于装置开关数量的减少以及装置质量和成本的降低,并且六相电机额外附加自由度的应用使得电机中一部分励磁从转矩产生的平面转移到了非转矩产生的平面,所以在充电过程中不能产生启动转矩。最后通过电压定向控制策略对所提出系统进行控制,并在MATLAB/Simulink中仿真验证了所提出系统的可行性,证明能够实现单位功率因数运行。     

单相供电时三相电机低成本软启动方法研究

提出一种基于晶闸管控制的电路拓扑结构,采用分级变频控制策略,实现了三相异步电机在单相供电条件下的分级变频软启动,并对单相供电与三相供电的软启动方法进行了比较.仿真和实验结果都表明这种软启动控制策略不仅可以降低电机的启动冲击电流,而且能够保证电机有足够的启动转矩.     

基于梯形波相电流控制的六相感应电机性能分析与实现

针对传统多相电机控制模式复杂性的特点,提出一种六相感应电机新颖的控制方式,即梯形波相电流控制.把定子绕组分为励磁绕组和转矩绕组,从而实现励磁磁场和转矩磁场的直接控制而不需要复杂的派克变换.对六相电机气隙磁动势、电磁转矩和磁势解耦参数k进行了理论分析和计算,并通过实验进行验证.理论分析和实验结果表明,控制策略是可行的,且还具有其它一些优势.     

Bidirectional isolated three-phase dc-dc converter using coupled inductor for dc microgrid applications

The main objective of this project is to study the analysis and design of an isolated three-phase bidirectional dc-dc converter connected to the dc microgrid system. The proposed topology achieves efficient power conversion with a wide input voltage range, continuous input current, and bidirectional operation. In forward mode operation, the topology acts as a three-phase push-pull converter to reach a step-up voltage conversion ratio (90 to 450 V ). In backward mode operation, the converter acts as an interleaved flyback converter to provide a step-down voltage conversion ratio (450 to 90 V ). Over and above that, in both operation senses, the dc voltage gain is presented. The main advantages of this topology are high-switching frequency, the three-phase transformer that provides galvanic isolation between the dc voltage link bus to the battery or ultra-capacitor storage, and input/output filters size reduction. Besides, a fewer number of power switches, the frequency of output voltage, and input current ripple are three times higher than the switching frequency. The three active switches are connected to the same reference, which simplifies the gate drive circuit. Ultimately, the theoretical analysis of the proposed topology is carefully confirmed with the experimental results of the 4 kW converter prototype.     

A New Three-Phase Current Source Inverter with Flexible PWM Capability

A new three-phase current source inverter topology is presented, consisting of three single-phase bridge inverters connected in series and feeding the isolated windings of a standard three-phase induction motor. Because a current zero in one phase now does not affect the others, it enables the implementation of a wide range of current PWM patterns for the reduction and selective elimination of torque pulsations. Furthermore, this system allows for very fast control of the fundamental load current through the use of sinusoidal PWM, a method that was not possible to implement on existing inverter topologies.     

无零矢量作用的逆变器结构仿真研究

文章在原有三相两电平的逆变器结构的直流母线上增加了两个开关管,使得共模电压在零矢量作用时得到了消减。同时在MATLAB/Simulink中搭建三相永磁同步电机（PMSM）矢量控制的仿真模型,基于此模型研究了无零序矢量脉宽控制（NZPWM）减少共模电压幅值的控制策略。通过不改变传统空间矢量脉宽调制（SVM）策略,构建了一种逆变器的拓扑结构使得零序矢量作用时无共模电压产生。结合理论与仿真分析,并与SVM比较,结果表明,NZPWM能够有效抑制共模电压幅值,但是线电压的谐波含量有所增加,定子电流、转矩、转速出现大的波动,改变逆变器拓扑的方式比NZPWM更好的抑制共模电压幅值,输出线电压的谐波含量也未增加且电机的电流、转矩、转速特性也未发生改变,研究表明这种结构能有效抑制共模电压且保持原有输出性能不变。