小电容电机驱动系统的直流母线电压稳定性分析与控制

对电机驱动系统中采用小电容的直流母线稳定性进行研究。由于在控制过程中驱动电机对直流母线呈现负阻抗的恒功率特性,系统可能存在不稳定的问题,采用阻抗方法对系统的稳定性进行分析。根据直流母线侧LC滤波器的输出阻抗和电压型逆变器——电机驱动系统的输入阻抗,构造出系统的传递函数,并得出相应的系统稳定工作条件,同时探讨阻抗参数对直流母线电压稳定性的影响。基于阻抗特性的分析,提出一种在不增加实际电阻的情况下,使直流母线阻尼虚拟增加的有源阻尼控制方案。该方法可在直流母线电容较小、常规系统稳定性条件不满足时仍能保证直流母线电压稳定,并将所提方法与无源阻尼控制进行对比分析。仿真和实验结果验证了该方法的有效性。     

小母线电容电动汽车集成充电系统控制研究

研究了一种电动汽车电机驱动与车载充电集成系统的充电控制策略.该集成系统通过共用电机驱动和车载充电的功率变换电路,并将电机绕组用作充电电感,可减小电动汽车功率变换电路的空间占用和成本.此外,该集成系统直流母线采用小容值薄膜电容取代传统大电解电容,不仅可进一步减小系统体积,还可提高系统可靠性.该系统在充电状态下,电网侧变换器工作于二极管整流模式,母线呈现直流半波脉动电压.针对该工作特点,研究了基于Boost电路工作原理的电池侧双有源隔离型直流变换器正弦功率充电控制策略,在直流半波脉动母线电压条件下实现了电池有效充电,同时保证了电网电流具有良好的谐波性能和功率因数性能.最后通过实验样机对该控制策略的有效性进行了验证.     

无电解电容PMSM驱动系统过调制算法研究

无电解电容永磁同步电机(PMSM)驱动系统的直流母线电容储能少,逆变器输出功率能影响网侧输入功率,因此,控制逆变器输出功率可间接改善网侧电流波形。由于无电解电容PMSM驱动系统的母线上缺少大容值的平波电容,单相整流桥输出的直流母线电压将周期性脉动,导致空间矢量调制(SVPWM)算法周期性地进入过调制区。传统的过调制算法改变了逆变器的输出功率,偏离了控制目标。针对该问题,提出了一种基于二分搜索的最小功率误差过调制算法,该算法使逆变器输出功率以最小误差跟随其给定功率。最后通过Simulink仿真验证了该算法的有效性。     

无刷直流电机无电解电容控制系统研究

在单相交流电源供电的电机驱动系统中,逆变器的直流母线侧通常并联一个几百或几千微法的电解电容,使用大电解电容稳定了母线电压,然而电解电容存在着寿命短,可靠性低等缺点。因此,本文提出了一种应用于无刷直流电机驱动系统的新型无电解电容功率变换器,该电路实现了电网侧与电机侧的功率解耦,通过功率平衡原理,使得电机侧的功率趋于稳定,并且具有寿命长,电网侧电能质量高等优点。同时,针对无刷直流电机换相转矩脉动大的缺点,在电机侧通过移相控制信号对转矩脉动进行了有效的抑制。最后,分别通过仿真和实验,验证了该无电解电容变换器及其控制算法的有效性。     

无电解电容变频器的母线电压振荡抑制研究

针对传统电解电容变频器体积大、使用寿命短的问题，采用薄膜电容代替电解电容构成无电解电容交-直-交结构的变频器。针对无电解电容变频器V/F运行在低频过程中母线电压振荡的问题，首先根据感应电机的等效电路模型分析不同工作模式下的母线电压纹波和谐振特性，采用劳斯稳定判据分析无电解电容驱动系统的稳定条件；其次根据无电解电容驱动系统的数学模型，分析振荡过程中母线电压和定子无功电流的关系；最后提出基于定子电压定向的无功电流反馈控制策略抑制母线电压振荡，提高系统稳定性。仿真和实验结果表明，所提控制策略能够在全域范围内实现感应电机的稳定运行，有效提高系统稳定性。     

两级单相光伏并网逆变器母线电压控制策略

传统的两级光伏并网逆变器常常采用在直流母线处并联大容量的电解电容作为前后两级的功率解耦方法,电解电容具有体积大、寿命短等缺点,成为制约逆变器寿命和可靠性的关键性因素。该文提出一种应用于两级单相光伏并网逆变器直流母线电压控制方法。所提出的控制方法基于光伏板输出能量、直流母线电容存储能量和逆变器交流输出能量守恒分析,在该分析的基础上得到一个快速的直流母线电压控制器,快速的响应意味着可以采用更小的直流母线电容,从而降低逆变器系统的体积和成本。基于Matlab/Simulink下的系统模型的仿真验证了所提出控制方法的可行性与有效性。     

基于虚拟直流母线结构的轴向磁场永磁电机小电容驱动系统

该文提出一种新的有源功率解耦电路及瞬时电压控制策略,基于此构建轴向磁场永磁电机(axialfieldpermanent magnet,AFPM)的小电容驱动系统。该有源功率解耦电路在电网、直流母线之间构建2套功率供给通道,增加了电网脉动功率控制自由度和灵活性。控制解耦电容电压跟踪虚拟直流母线电压脉动量变化,有效抑制电网脉动功率对直流母线电压的影响。将瞬时电压控制策略引入到小电容AFPM电机驱动系统直流母线电压抑制环节,进一步将直流母线电压波动控制在较小的范围内,实现静、动态工况下小电容AFPM驱动系统高性能运行。分析该有源功率解耦电路的工作机理,对其数学模型进行推导,详述电路关键参数的设计思路。最后,通过原理样机验证该解耦电路及对应小电容驱动系统的有效性。     

逆变电源母线电容纹波电流与容值优化研究

逆变电源直流母线电容的选取是逆变电源稳定工作的关键因素之一。通过对其电路的分析建立了计算逆变电源的纹波电流和最小电容值的计算公式,来选取合适的电解电容应用于逆变电源直流母线。最后利用Matlab仿真软件,进一步地验证了直流母线电容的选取原则的可行性。     

一种有源电容变换器的分析与设计

单相功率变换器由于交流侧与直流侧瞬时功率不平衡,其内部直流母线电容通常采用容值大的电解电容。而电解电容存在使用寿命短、热稳定性差等固有缺陷,影响变换器的使用寿命及可靠性。为此,该文设计一种有源电容变换器,通过控制其端口电压、电流满足电容元件的电压、电流微分关系,从而实现容值确定的有源电容来替代原来的电解电容,进而克服电解电容使用寿命短、热稳定性差的缺陷,延长单相功率变换器的使用寿命并提高了其热稳定性。本文首先介绍直流母线电容大小的计算方法,然后阐述有源电容变换器的工作原理及其参数定量设计的方法,最后利用仿真软件和样机进行相关仿真及实验验证,结果验证了理论分析和参数设计的正确性。     

无电解电容逆变器永磁同步电机驱动系统控制研究

在单相交流输入逆变器永磁同步电机驱动系统中,母线侧通常采用大电解电容使母线电压稳定。然而大电解电容体积大、寿命有限,而且为了改善网侧电流质量,还需要增加功率因数校正(PFC)电路。为了解决这些问题,分析了母线无电解电容的电机驱动系统的特性,提出了一种基于"平均电压裕度"的网侧高功率因数的dq轴电流分配策略。仿真实验结果验证了所提出的控制方法的正确性和可行性。     

一种带非电解电容的电动汽车充电电源的建模和设计方法

电动汽车车用电池的寿命通常在50 000 h以上,而传统的电动汽车车用充电电源寿命受电解电容的限制只能在8 000 h左右。为实现充电电源与动力电池的寿命匹配,关键在于将短寿命的DC-link电解电容替换为长寿命的非电解电容或代替电容的其他结构。本文提出了一种基于状态空间平均法的建模方法,重构了包括控制电路和主电路的平均控制模式下的Boost PFC电路。并通过该方法得到全电路的控制框图,最终得到了输出电压对输入电压的闭环传递函数,进而得到了100 Hz两倍工频纹波电压的衰减倍数与DC-link电容之间的关系,证明了DC-link电容容值可以大大低于传统的经验值,实现了长寿命小容值的薄膜电容对短寿命大容值电解电容的替换。最后用仿真和实验样机对该建模方法以及电源的无电解电容化进行了验证。     

基于重复控制的新型三相变换器研究

中间直流侧的电解电容是决定AC/DC/AC变换器使用寿命的关键,取消或减小该电容具有重大意义。针对整流级采用二极管不控整流桥、逆变级采用全控桥的拓扑结构,具体分析了整流级在SPWM调制方式下的工作模式。通过把三相输出电压划分为6个区间,并在每一个区间内根据SPWM的调制特点和三相负载电流的波形,得出了负载功率因数角与能量反馈(倒灌电流)的关系。在此基础上,通过对1个载波周期内直流侧电容上的充放电分析,给出了有倒灌电流时最小电容值的计算方法。取消或减小直流侧电容后,不控整流输出的直流电压是波动的,逆变级不能直接应用标准的SPWM。根据重复控制的原理,对重复控制可以消除输出电压中因直流电压波动而产生的低次谐波的机理进行了分析,分析结果表明应用重复控制可以使输出电压具有良好的波形。最后,应用Matlab/Simulink进行了仿真,仿真结果验证了理论分析的正确性。     

基于铝电解电容器放电规律的ESR和电容监测方法

铝电解电容器是电力电子系统中的核心组件,也是最容易失效的电力电子元器件之一,其运行状态直接影响电力电子系统的稳定性。为了及时发现并更换存在问题的铝电解电容器,提出了一种基于铝电解电容器放电规律的等效串联电阻(ESR)和电容的监测方法。通过对铝电解电容器放电过程中的电压曲线实时采样,并结合其放电过程中电压和电流之间的关系式,建立ESR和电容的计算模型。最后,设计一套可以监测铝电解电容器ESR值和电容值变化的系统,并进行实验验证。实验结果表明,该方法可以准确测量铝电解电容器的ESR值和电容值,从而验证了所提方法的可行性。     

新能源汽车电驱动系统母线滤波电容仿真设计

以永磁同步电动机为主要动力源的新能源汽车电驱动系统中,直流母线支撑电容器中包含了电阻和电感以及电源系统(动力蓄电池与导线)中的电阻和杂散电感,导致直流母线支撑电容的选用困难。利用仿真软件建立相应的永磁同步电动机模型和电驱动模型,根据电容器等效容量与等效电阻、等效电感和等效电容三者的关系来进行电容器的选择。以铝电解电容器、薄膜电容器和新型金属膜电容三种电容器为分析实例,初步总结出不同种电容器作为支撑电容器的特点。     

具有功率解耦功能的反激式逆变器的研究

在光伏发电系统中,受电网的影响,逆变器的瞬时输入功率与瞬时输出功率不平衡,在逆变器的输入侧产生了二次功率扰动。文中提出了一种带有薄膜电容的新型功率解耦结构。使其并联在反激式逆变器的输入侧,通过薄膜电容的充放电,使二次功率扰动转移到薄膜电容之中。薄膜电容具有容值小,体积小,寿命长等诸多优点,可以代替传统的体积大、寿命短的电解电容,在滤除二次功率扰动的同时延长系统的寿命。最后通过Psim仿真和实验验证了其可行性。     

三相混合钳位五电平PWM整流器的研究

二极管钳位型多电平PWM整流器由于其诸多优势得到广泛的研究与应用,但直流母线电容电压不均衡问题将其应用一直局限于三电平拓扑。针对这一问题,采用一种混合钳位五电平拓扑应用于PWM整流器,分析该整流器在特有的交替混合PWM调制方式下的电路工作模态,开关电容电路等效电容的计算及适用于该变换器的双环控制算法。实验结果表明,该五电平整流器实现了直流母线电容电压的均衡与稳定,有效抑制了交流侧输入电流的畸变,实现了功率因数校正。     

A feedback linearizing control scheme for a PWM converter-inverterhaving a very small DC-link capacitor

This paper addresses a control method of reducing the size of the DC-link capacitors of a converter-inverter system. The main idea is to utilize the inverter operation status in the current control of the converter. Specifically, the information on the load power is incorporated in synthesizing the converter current control input so that a proper DC voltage level is maintained. We describe the dynamics of load current and apply feedback linearization theory to obtain an input output linearized system. Theoretically, this control strategy is effective in regulating the DC voltage level, even though the DC-link capacitor is arbitrarily small and load varies abruptly. The superior performance is demonstrated through simulation and experiment. An experiment was performed with a 9-kW pulsewidth modulation converter-vector inverter system having a 75-μF DC-link capacitor     

长寿命LED驱动电路专用电解电容器应用特性分析

本文提出了LED的长寿命与相对短寿命电解电容器之间的矛盾、影响LED灯及驱动电路寿命的因素。简单介绍了解决LED寿命与电容器寿命的解决方案,提出了超长寿命电解电容器是解决LED灯及LED驱动电路寿命的最适用的解决方案。介绍了国内外长寿命LED用电解电容器的现状。提出了小体积是高压电解电容器的技术关键,长寿命、低阻抗是长寿命低压电解电容器的技术关键。介绍了可以替代国外长寿命LED电解电容器的我国具有自主知识产权电解电容器。     

用于PFC的Buck/Boost有源储能电容变换器研究

针对PFC变换器,推导输入功率因数为1时,储能电容容值与其电压及输出功率的关系,表明容值与直流母线电压及其纹波成反比,与功率成正比。鉴于电容纹波电压受制于直流母线电压平均值,提出采用Buck/Boost有源储能电容变换器取代直流母线电容,增大了其电压变化的自由度,使电容能量实现满充满放,保证输入功率因数为1,能将容值大幅减小,因而可以采用薄膜电容或瓷片电容作为储能电容。分析了该变换器的工作原理,提出了采用输入电压移相以实现所需占空比的SPWM控制方法和实现电路,制作了60 W的样机进行实验验证,实验结果表明所提方法是有效的。