分频输电系统模块化多电平矩阵变换器谐波特性分析

模块化多电平矩阵变换器(M3C)是构建分频输电系统(FFTS)的核心装备,但是M3C在进行交-交变换时,会导致两侧不同频率交流系统电气量在M3C内直接耦合,引起系统复杂的谐波分布。为分析M3C谐波特性,首先基于M3C工作原理推导得到子模块电容纹波电压解析式,在此基础上推导9个桥臂考虑子模块电容电压全部4种频率分量耦合的桥臂谐波电流解析式,进而分析多种频率桥臂谐波电流与系统电流的关系以及影响纹波电压/谐波电流幅值的关键因素。结果表明,在稳态下,分频侧频率ω₁和工频侧频率ω₂的电流分量以正序基波电流性质流入对应系统;频率为3ω₁和3ω₂的电流分量以零序谐波电流性质流入两侧交流系统;其他频率谐波分量在变换器内部环流。文中针对M3C提出一种零序电流抑制控制策略,并在Matlab/Simulink中进行仿真,验证了谐波理论分析的准确性以及控制策略的有效性。     

改进的五相电压源逆变器SVPWM算法

根据五相系统基波空间的大空间电压矢量在三次谐波空间相应地变成小空间电压矢量的特点,在五相电压源逆变器最近四矢量SVPWM算法的基础上,提出了一种改进的SVPWM算法。新算法能够同时合成基波空间和三次谐波空间的参考电压矢量。以电压源逆变器供电的五相永磁同步电机的驱动系统为例,搭建了基于Simulink的仿真模型,仿真结果表明:采用改进的SVPWM算法能够同时控制定子基波和3次谐波电流,定子电流近似于平顶波,定子电流峰值降低,电机性能得到提高。     

基于SVPWM的七相感应电机谐波消除方法研究

在电压源逆变器供电的多相电机驱动系统中,由于电机在广义零序子空间中的阻抗很小,采用传统SVPWM将会导致较大的定子谐波电流。在分析七相感应电机数学模型和逆变器基础上,针对3次、5次空间谐波问题,提出了一种基于SVPWM的谐波消除方法。通过调节矢量作用的顺序,同时使3次、5次子空间合成矢量为零来消除3次、5次谐波电流。在Matlab/Simulink仿真软件和七相感应电机调速平台下,通过仿真和实验验证了所提出控制算法的正确性和有效性。     

一种SVPWM简化算法的设计与实现

针对传统空间矢量脉宽调制（SVPWM）算法需要进行求反正切、求正弦、求余弦等三角运算,造成其在嵌入式MCU中实现较为复杂、计算量大的问题,介绍了一种简化的SVPWM算法。设计了一种和（a,b,c）三相参考系成逆时针90°夹角的（a'',b'',c''）参考系,使新的三相参考系和SVPWM扇区边界垂直,将（α,β）正交坐标系下的合成电压空间矢量U_s映射到（a'',b'',c''）参考系,根据a''、b''、c''轴分量的正负号直接判断矢量所在扇区。将PWM模块设置为中心对齐模式,跳过基本矢量维持时间的计算,根据标幺化的a''、b''、c''轴分量和U_s所在扇区直接计算PWM模块的占空比,采用七段式SVPWM方法实现对a、b、c三相相电压的SVPWM。所提算法简化了SVPWM中的空间矢量扇区判断和占空比计算,缩短了SVPWM的运算时间,为进一步提升逆变器的开关频率提供了空间。     

基于不等齿靴的双谐波永磁电机优化设计

五相永磁同步电机可利用双谐波（基波和三次谐波）电流输出转矩,需同时基波和三次谐波绕组因数及磁动势谐波含量;分数槽集中绕组的绕组因数小于1,且磁动势谐波含量丰富;针对该问题,提出采用电枢齿与辅助齿齿靴弧度不等的五相双谐波电机,根据解析推导出不等齿靴对双谐波电机绕组因数和磁动势谐波分布的。建立有限元模型对比仿真,验证了不等齿靴的双谐波永磁同步电机有更高的空载反电动势基波、三次谐波含量和更低的七次、九次谐波含量;在相同电流密度下,基于不等弧度齿靴的双谐波电机。     

并联逆变器馈电PMSM调速系统谐波和环流控制

针对大功率场合下并联逆变器馈电永磁同步电机( PMSM)调速系统中存在的环流问题和电机电流谐波性能差的问题,提出一种并联逆变器馈电永磁同步电机控制策略来协调控制不同并联逆变器模块实现电机总电流波形优化,并有效地抑制并联逆变器模块间环流。分析并联逆变器馈电PMSM调速系统的电路结构及并联逆变器环流的等效电路模型,提出针对并联逆变器PMSM调速系统的移相空间矢量脉宽调制( SVPWM)技术和随机SVPWM技术,并通过在SVPWM中动态分配零矢量作用时间来抑制各逆变器模块间的环流。仿真和实验结果均验证了所提出的控制策略的有效性,采用移相SVPWM和随机SVPWM策略可改善电机电流的谐波性能,采用环流抑制环节后可以有效地消除电路中的环流。     

关于三相双层正规60°相带分数槽绕组的排列计算问题

每极每相槽数不等于整数的绕组叫做分数槽绕组。在三相交流电机中,采用分数槽绕组与整数槽绕组相比,具有下列优点: (1)在分数槽绕组中由磁极磁场因齿谐波效应感生的齿谐波电势被削弱了;(2)分数槽绕组流过电流后所产生的与基波有相同绕组系数的齿谐波磁势次数要高得多,因而     

基于空间矢量脉宽调制的5相H桥型逆变器谐波控制

针对H桥型逆变器的结构特点,分析了5相H桥型逆变器空间矢量在各子空间上的分布及其在各子空间中的对应关系,提出了3次谐波注入的空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法;由于输出电压中含有大量5的倍数次谐波,所以分析了载波脉宽调制(CPWM)与SVPWM的内在本质关系,求解出了这些特定次数谐波电压关于各H桥有效导通时间的函数表达式。在此基础上,提出了通过重新调节各功率管开通时间来抑制这些特定次数谐波的控制方法,并针对调制波不同的几种情形下进行了实验验证。实验结果表明,这种改进的SVPWM控制算法不仅可以很好地实现对基波、3次谐波幅值和相位的控制,而且可以消除输出电压中的特定次数谐波。     

非正弦供电十五相感应电机定子漏抗计算

为获得非正弦供电十五相感应电机基波和3次谐波等值电路中的定子漏抗参数,提出了基波和3次谐波定子槽漏抗、谐波漏抗和端部漏抗的分析方法并进行了计算。从槽比漏磁导公式出发求出了基波与3次谐波下的定子槽漏抗。考虑了十五相感应电机定子绕组基波电流与3次谐波电流产生磁势之不同特点,由各自谐波比漏磁导求出相应的谐波漏抗。通过引入气隙电流和镜像电流,用数值法计算线圈间端部电感作为求取基波和3次谐波端部漏抗的基础。分析计算表明,定子整距集中绕组的3次谐波槽漏抗为基波槽漏抗的3倍,但对谐波漏抗和端部漏抗无此比例关系成立。在基波电压下对十五相感应电机样机进行了堵转实验,短路电抗实测值与定转子漏抗计算值相互吻合,间接验证了该文所用计算方法的正确性。     

直驱型多相永磁同步电机转矩脉动及损耗特性

与普通三相电机相比,直驱型多相永磁同步电机具有相数多、极槽匹配与绕组排布多样、中性点连接与PWM控制方式多样等特点,这使得电机绕组电流与磁场谐波含量极为复杂,电机性能也具有一定的特殊性。因此,有必要对其主要性能进行细致的研究:本文分析了电机转矩脉动及损耗与谐波磁场的关系;采用有限元软件Ansoft对目标电机进行建模,研究了直驱型多相永磁同步电机特有因素(相数与供电方式、中性点接法、极槽匹配与绕组排布)对电机转矩脉动及损耗的影响。研究结果表明,增加电机的相数和极槽数、合理的选择中性点连接方式,可以有效地减少电机磁场谐波含量,降低电机的转矩脉动及损耗。     

Optimal pulse patterns of a nine-phase voltage source PWM inverter for use with a triple three-phase wound ac motor

The authors have already described the nine-phase inverter driving system providing both the triple three-phase voltage source inverter with 180-deg conducting period and the ac motor windings with triple three-phase construction. The nine-pulse inverter driving system used three small-capacity three-phase coupling reactors having special windings for current balance and reduction of higher harmonics. In addition, for voltage control, current balance, and waveform improvement, optimal PWM pulse patterns were applied to the six-phase inverter driving system using a three-phase coupling reactor to provide double three-phase construction. In the system based on the mode in the title, the PWM control was applied to the nine-phase inverter driving system described in the foregoing. The coupling reactors in the system balance the fundamental currents of three sets of three-phase inverters and also absorb higher harmonic voltages other than 18p±1 (p = 1, 2, …) orders. The optimal pulse patterns found by the approach to make the performance index minimum using the Lagrange multiplier method can be applied to the PWM to reduce the higher harmonic currents greater than those calculated by the modulation method comparing the sinusoidal signal wave with triangular carrier signal. This system can have a larger capacity than the six-phase PWM inverter driving system in which coupling reactors absorb higher harmonic voltages other than the 12p±1 orders and also improve output current waveforms. In addition, the system includes the capacity of coupling reactors slightly larger than the six-phase PWM inverter driving system but enables operation with smaller torque ripples and electromagnetic noises in low- to high-frequency ranges.     

Basic Study on Loss Factor Evaluation of Concentrated Winding Permanent Magnet Synchronous Motor

This paper describes the influence of pulse width modulation (PWM) inverter harmonic loss on concentrated winding interior permanent magnet synchronous motor characteristics by using finite element method (FEM) analysis and several measurements. In the measurements, the PWM inverter harmonic loss was evaluated by using a PWM inverter and a sinusoidal power supply. By using the FEM analysis, it was confirmed that the PWM inverter harmonic mainly caused an increase of eddy current losses in the magnetic steel sheet and the permanent magnet. The results indicate that higher inductance of the motor is effective in reducing the harmful effects of PWM inverter harmonics.     

基于SVPWM的时间谐波对永磁电机损耗的影响

针对在变频器驱动永磁电机因时间谐波引起的附加谐波损耗大小及分布问题,对基于SVPWM变频器电路输出的电流波形,采用傅里叶计算方法,分析不同变频器参数下的各次电流时间谐波分布规律及波形畸变程度,与SPWM对比发现SVPWM优化谐波程度高,且直流母线电压利用率较优。以一台5kW、3000r/min表面式永磁同步电动机为例,运用场路耦合联合仿真方法,研究附加谐波损耗在永磁电机中的分布特性,计算电机定子铁心各区域的磁通密度变化情况,附加谐波损耗以永磁体涡流损耗为主,其次集中于定子齿顶。参考电机损耗计算的国家标准搭建样机试验平台,通过有限元计算与试验结果的对比分析,校核附加谐波损耗计算结果。     

Developing a novel sinusoidal pulse width modulation (SPWM) technique to eliminate side band harmonics

In this study, an enhanced SPWM modulation scheme is developed in order to minimize total harmonic ratio (THD) by eliminating the side band harmonics that are not paid attention in regular modulation schemes. Unlike the conventional SPWM, the developed modulation scheme considers the elimination of harmonics that are located at the carrier frequency and at the side bands of carrier frequencies. Therefore, the harmonic elimination feature of SPWM that eliminates the base harmonic orders but not considers the side band harmonics in frequency domain is improved with the developed analytical definition. The side band harmonic elimination feature of the proposed SPWM scheme eliminates higher order harmonics. The elimination of high-ordered attenuated harmonics decreases the harmonic contents seen in the THD spectrum. The simulation of inverter is carried out with Matlab/Simulink and experimental studies are performed utilizing TMS320F2812 DSP. The proposed SPWM schemes is tested according to various control strategies such as switching frequency (f_sw) and modulation index (m_i) terms by using a full bridge inverter. The analytical model improved to calculate and generate switching intervals is simultaneously operated in DSP instead of managing a look-up table. The experimental studies of the inverter verify that the developed SPWM modulation scheme mitigates the side band harmonics successfully. The higher order harmonics are eliminated and the THD ratios are decreased owing to proposed SPWM scheme.     

Behavioral modeling of permanent magnet synchronous motor fed by PWM inverters considering iron losses due to carrier harmonics

This paper proposes a new method for behavioral modeling of a permanent magnet synchronous motor (PMSM) fed by a PWM inverter considering the iron losses due to carrier harmonics. In the proposed method, an inductance is connected in series with an iron loss resistance in the equivalent circuit of the PMSM to suppress the harmonic current due to carrier harmonics. The effectiveness of the proposed method is investigated by comparing the numerical results of iron losses of the PMSM obtained using a finite-element method and the newly derived equivalent circuit.     

基于R_d阻尼型LCLLC滤波器的永磁同步发电机绕组谐波抑制

在永磁风力发电系统中,为了减轻机侧变流器产生的脉宽调制(PWM)高频脉冲波对定子绕组的绝缘损害,降低谐波电流造成的发电机损耗,在分析传统PI控制策略的基础上,提出了一种新的策略。将谐振控制器与二自由度(2DOF)PID控制器相结合,设计谐振二自由度PID(R-2DOF PID)控制器,并通过粒子群(PSO)算法优化控制器参数,获得较强的电流跟踪能力、稳定的控制和良好的谐波电流抑制效果。同时,在机侧变流器端设计Rd阻尼型(滤波器电容支路串联电阻)LCLLC滤波器衰减PWM高频脉冲中的高次谐波,与传统PI控制结合Rd阻尼型LCL滤波器的谐波抑制策略相比,提出的控制器不仅能抑制电流谐波,实现电流环的无差拍控制,而且能减小外界扰动带来的影响,增强控制器的动态稳定性。使用MATLAB/Simulink对永磁同步发电机进行仿真试验,仿真结果表明,LCLLC滤波器对于滤除PWM高频脉冲的谐波成分效果较好,R-2DOF PID控制器可对周期信号进行无误差跟踪,达到抑制谐波的目的。     

基于复合控制的有源电力滤波器电流控制策略

大量电力电子设备的使用,导致电网中产生了一系列的谐波。针对谐波抑制方法,提出了一种集无差拍控制和改进型重复控制于一体的复合控制策略,实现对pk±1次谐波的高效补偿。依据有源电力滤波器(Active Power Filter, APF)的数学模型,推导出应用于有源电力滤波器的无差拍控制算法;提出一种改进型重复控制,缩短工频延时,通过调节内模p的值,抑制pk±1次谐波;详细研究了复合控制的设计方法。将无差拍控制和复合控制进行仿真对比和实验验证,经滤波后网侧电流畸变率分别降至7.8%和2.8%。该结果表明,复合控制可以效地补偿谐波,改善波形质量,同时满足稳态精度和动态性能的要求。     

PWM逆变器供电引起的轴向磁通非晶电机谐波损耗的解析计算

非晶合金材料具有出色的低损耗特性,适于用作高频电机的铁心,但PWM逆变器供电会导致高频电机谐波损耗严重增加。在电机初始设计阶段,快速准确计算出谐波损耗是轴向磁通非晶合金永磁电机设计及优化的关键。针对3D时步有限元计算耗时长的问题,改进现有多环等效模型的计算方法,推导了考虑PWM逆变器供电高次谐波电流影响的气隙磁通密度解析计算方法,并在此基础上推导了定子铁心损耗及考虑涡流反作用影响的转子涡流损耗的解析计算方法。将谐波损耗的解析计算值与样机实验值以及3D有限元计算值进行对比,结果显示谐波损耗的平均计算误差仅为9.69%,解析模型具有较高的计算精度。     

变频器供电永磁直线同步电动机谐波特性分析及计算

研究了变频器输出谐波电源对永磁直线同步电动机的磁势、电流、损耗、效率等的影响,分别计算了同台永磁直线同步电动机在传统正弦波电源与变频器输出非正弦电源下的效率、功率,分析了谐波问题的影响。给出了补偿变频器输出谐波的方案,采用基于瞬时无功功率理论的ip-iq的谐波电流检测法对谐波进行检测,仿真结果为提高变频器供电电机的绝缘及永磁直线同步电动机的推广应用提供了依据。     

UPS逆变器谐波抑制环的分析与设计

在非线性负载电流峰值系数较大时,不间断电源UPS(uninterruptible power supply)逆变器的输出电压的总谐波失真度THD(total harmonic distortion)难以达到标准要求。基于dq0同步旋转坐标系的谐波抑制方法可消除指定次谐波,从而改善输出电压的THD。介绍了该谐波抑制方法应用于三相四线制UPS逆变器的控制环路结构,并推导了谐波抑制环在dq0同步旋转坐标系下的控制方程,从而得到了环路被控系统的动态模型。在此基础上,改进了谐波抑制环的环路结构以实现dq轴在低频段的解耦,并设计了环路控制参数。最后,在三相四线制T型三电平逆变器平台上通过实验验证了谐波抑制环设计的有效性。