永磁同步电机-矩阵变换器新型电流调制策略研究

为保证矩阵变换器具有良好的输入与输出性能,提出输入电流空间矢量调制与正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation,SPWM)电流控制相结合的控制策略,构建交交驱动的永磁同步电机矢量控制系统。把矩阵变换器等效为虚拟的交直交结构,详细分析了输出电流的合成过程,并推导出一个开关周期内矩阵变换器虚拟直流环节的电压与电流表达式,为实现矩阵变换器的虚拟逆变器及虚拟整流器的对应控制策略提供了理论依据。原理样机试验结果表明,采用空间矢量SPWM电流控制的矩阵变换器-永磁同步电机系统不仅达到了良好的矢量控制,而且也提高了输入侧的性能。     

基于双空间矢量矩阵变换器的永磁同步电机的闭环控制

介绍了矩阵式变换器的双空间矢量调制的工作特点,对永磁同步电机的数学模型进行阐述。在此基础上对基于矩阵变换器的永磁同步电机的双闭环控制进行了研究,建立了控制系统的MATLAB仿真模型,给出了主要仿真结果波形,仿真结果说明使用矩阵变换器对永磁同步电机进行双空间矢量闭环控制,可以很好的解决输入功率因数问题,并且可以很好的实现定子电枢电流的跟踪,系统性能良好。     

矩阵变换器—永磁同步电机调速系统研究

针对矩阵变换器双电压合成控制策略和永磁同步电机磁场定向控制的特点,以网侧输入性能和电机调速性能为控制目标,给出了永磁同步电机的交一交直接控制.分析双电压合成控制策略的原理并构建了基于dSPACE为主控单元的矩阵变换器-永磁同步电机调速系统的实验系统.仿真及试验结果表明,采用双电压合成控制策略的矩阵变换器-永磁同步电机调速系统达到了良好的控制效果,实现了较好的网侧输入性能.     

MC-PMSM矢量控制系统调制策略比较

针对电压调制方式和电流滞环控制方法运用于矩阵变换器-永磁同步电机(MC-PMSM)矢量控制系统时存在的缺点,提出了一种适用于MC-PMSM矢量控制系统的改进电流滞环控制方法,即电流双滞环控制法.仿真和系统样机实验结果证明了改进电流控制方法的可行性.当该方法用于MC-PMSM矢量控制系统时,系统的输入电流和电机电流均具有较高的正弦度,总谐波成分少.     

基于输入电流空间矢量调制-输出滞环电流控制的MC-PMSM矢量控制系统

针对输入电流空间矢量调制.输出滞环电流控制(SVM-HCC)方法存在的缺点,如虚拟整流环节在零矢量导通期间,虚拟逆变环节的输出电流滞环控制失效,提出了将虚拟整流环节中的零矢量用两个互补的非零矢量来合成的思想.该方法将空间矢量的60°相区分为两个30°相区,使用不同的两个互补的非零矢量,使虚拟直流环节具有有效直流电压,从而有效控制电动机电流.对MC-PMSM矢量控制系统的SVM-HCC方法原理进行了详细的推导、分析和试验研究.原理样机试验结果表明,将虚拟整流环节中的零矢量用两个互补的非零矢量来合成后,采用SVM-HCC的矩阵变换器.永磁同步电动机系统不仅具有良好的控制效果和较好的网侧性能,而且输入电流和输出电流波形的正弦性较好.     

基于矩阵变换器的感应电机矢量控制系统

研究了一种基于矩阵变换器的感应电机矢量控制系统,该系统将矩阵变换器的优点与交流电机矢量控制的优点相结合,实现了感应电机的高性能调速.调速系统的控制策略由两大部分组成,即矩阵变换器的间接空间矢量调制策略和感应电机按转子磁场定向的双闭环矢量控制策略.为有效控制感应电机的定子电流,双闭环矢量控制策略中采用了一种基于反馈解耦及补偿的电流环控制策略,可对转矩电流和励磁电流进行有效解耦和准确调节.实验证明了控制策略的可行性和有效性.     

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。     

基于矩阵式变换器的异步电机电流滞环跟踪矢量控制

采用混合控制策略将矩阵式变换器用于驱动和控制异步电机。将矩阵式变换器等效为虚拟交-直-交变换,对其虚拟整流侧采用空间矢量调制方法,对其虚拟逆变侧则采用电流滞环跟踪矢量调制,最后通过开关译码得到矩阵变换器的9个开关管的控制信号。仿真结果验证了控制方法的可行性和有效性:调速系统具有较好的动态特性,电网输入端功率因数为1。     

矩阵变换器优化空间矢量控制算法研究

根据矩阵变换器空间矢量控制原理的分析,推导出不同电流、电压扇区组合下矩阵变换器的开关元件状态,通过采用优化双向矢量调制顺序规律,最终得到矩阵变换器的优化空间矢量控制策略。经过Matlab仿真,并以异步电动机为负载,验证了该矩阵变换器空间矢量控制策略的正确性,同时,仿真结果也表现出矩阵变换器良好的输出特性。     

双三相永磁同步电机多矢量控制技术研究

传统空间矢量调制技术只控制α-β平面的电压参考矢量,忽视了x-y平面的电压参考矢量,因此x-y平面产生较大的电流谐波分量,导致电机定子铜耗增加,影响电机控制性能。以双三相永磁同步电机为研究对象,采用2种4矢量SVPWM调制策略,同时控制α-β平面和x-y平面的电压参考矢量。结合电机解耦数学模型和基于id=0的矢量控制技术,对双三相永磁同步电机调速系统进行仿真分析。结果表明,两种SVPWM控制算法能够提高直流母线电压的利用率,输出电压接近正弦,电磁转矩脉动小,电流谐波含量少,定子铜耗低,验证了该方法的可行性和有效性。     

基于空间矢量调制策略的永磁同步电动机数字式电流撞制

研究了一种采用空间矢量调制方式的永磁同步电动机数字式电流控制方案，并介绍了基于１６位单片机的全数字交流软件化伺服驱动系统。在本系统中，采用鲁棒电流控制提高了负载输出能力，应用电流预测控制技术，减小了电流控制的时滞作用，改善了电流控制响应，提高了电流控制精度。数字仿真和实验结果证明了新的数字电流控制方案的有效性。     

间接矩阵变换器有零空间矢量调制策略研究

针对间接矩阵变换器(IMC)无零矢量空间矢量调制(SVM)时直流侧输出平均电压存在低频脉动的问题,研究了一种直流侧平均电压为恒值的有零矢量SVM策略,推导了该调制策略的表达式,分析了零电流换流原理,给出了实现框图,并最终搭建了一台基于XE164单片机+CPLD的实验样机。实验结果表明,采用有零矢量SVM的IMC不仅可以满足日益严格的电网电能质量要求,同时输出具有更优异的传动性能。     

用于永磁同步电动机矢量控制的矩阵变换器新型离散控制技术

针对矩阵变换器PWM调制方式和永磁同步电动机磁场定向控制特点,以网侧输入功率因数等于1和电机电流无差跟踪为控制目标,给出了实现最优控制的目标权函数表达式.详细描述了基于时间离散和差分原理的电路方程离散化过程,通过权函数的实时计算和寻优以确定开关状态的最佳组合,实现了输入功率因数的调节和电机电流的矢量控制.在理论分析和仿真基础上,完成了原理样机.样机实验结果与理论分析基本吻合,验证了控制方法的正确性.     

电网扰动时矩阵变换器的电流闭环控制及稳定性分析

矩阵变换器作为一种交-交直接变换电路拓扑,由于没有中间储能环节,当电网电压不平衡或非正弦时将直接影响其输出特性.以提高矩阵变换器的输出电流品质为控制目标,基于空间矢量调制技术,同时结合PI调制对输出电流进行闭环控制.通过控制输出电流空间矢量幅值维持恒定,在电网存在扰动时都能使得输出电流波形正弦且平衡.基于开环传递函数.运用对数频率稳定判据对系统进行了稳定性分析.在此基础上采用Matlab软件对该控制策略在3种不同工作条件下进行了仿真分析,结果表明输出电流幅值和频率都能很好地跟随给定,动态响应快,且不受电网低次谐波和负序分量的影响,同时器件的开关频率恒定,验证了控制策略的可行性和有效性.     

PDM Control Method for a Matrix Converter Converting Several‐Hundred‐kHz Single‐Phase Input to Commercial Frequency Three‐Phase Output

This paper discusses pulse density modulation (PDM) control methods for a single‐phase to three‐phase matrix converter (MC) in high‐frequency applications. The proposed circuit is used as an interface converter for a wireless power transfer system. This converter can input a frequency of several hundred kilohertz and output a low frequency, that is, 50 Hz or 60 Hz, for a commercial power grid. The proposed circuit implements zero voltage switching (ZVS) operation by using PDM control methods and obtains high efficiency. In this paper, two PDM control strategies are compared: delta–sigma conversion and the PDM pattern generation method based on space vector modulation (SVM), which is proposed here. Also, the experimental results obtained with the proposed system will be presented and discussed. The total harmonic distortions (THDs) of the output voltage with delta–sigma conversion and the PDM pattern generation method based on SVM are found to be 5.96% and 2.15%, respectively. In addition, the maximum efficiencies with delta–sigma conversion and the PDM control based on SVM are 93.4% and 97.3%, respectively. From the results, the validity of the PDM control based on SVM has been confirmed for improvement of the output waveforms and reduction of the switching loss.     

矩阵变换器空间矢量调制的闭环控制研究

开环控制的矩阵变换器空间矢量调制方法在输入端有随机扰动的情况下,输入电流、输出电压易出现波形畸变和谐波,为此提出输出电压闭环控制方法。对实际输出电压进行实时采样,计算其旋转空间矢量的相位、幅度以及与期望输出电压的空间矢量对应各量的偏差,将两者的相位偏差和幅度偏差作为负反馈量,加到下一个采样周期中以修正开关调制矩阵函数,从而实现系统的闭环控制。给出了算法的具体实现方法,仿真验证了算法的正确性和有效性。     

Improvement of pulse pattern for space vector modulated matrix converters

Novel modulation which consists of conventional space vector modulation (SVM) based on a virtual AC/DC/AC conversion and carrier signal modulation for matrix converters is proposed. In this proposed modulation, duties for the switching pattern decided by conventional SVM are changed into those for each switch of matrix converter. The new duties for each output phase are compared with the triangle carrier. By using proposed modulation, switchings between the input phase voltage with minimum value and the voltage with maximum value are eliminated. In this paper, the conventional SVM and proposed modulation are explained. Next, for both conventional and proposed modulations waveforms of input current, output voltage and output current and their frequency spectra are calculated by PSIM simulation program. Simulation results show the proposed modulation can reduce harmonics of output voltage waveforms. © 2010 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 171(1): 46–54, 2010; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20903     

模糊调节电压矢量角度和幅值的SPMSMDTC系统

针对永磁同步电机直接转矩控制转矩和磁链脉动较大的问题,提出了模糊调节电压矢量角度与幅值表面式永磁同步电机模糊直接转矩控制系统,采用模糊控制器和空间矢量调制技术取代传统直接转矩控制系统的滞环比较器和开关表输出电压矢量。模糊控制器输入量为磁链和转矩误差,输出量为输出电压矢量的角度和幅值。基于电压矢量幅值和角度对磁链和转矩的变化影响规律设计了模糊控制规则表。为了进一步抑制转速为负时的转矩脉动,设计自适应模糊直接转矩控制系统。仿真结果表明:模糊调节电压矢量角度与幅值的直接转矩控制系统可实现四象限运行,电机系统运行良好,仅在转速为负时,转矩脉动略有增大。自适应模糊直接转矩控制系统运行效果良好,在四象限内均可较好抑制转矩和磁链脉动。