改善矩阵变换器低电压输出性能的研究

提出了一种改善矩阵变换器低电压输出性能的控制策略.与传统的双电压合成调制策略相比,在一个采样周期内,其参考输出线电压由一中间输入线电压和一最小输入线电压脉冲形成,大大减少了低电压输出时窄脉冲的数量,从而使因PWM脉宽小于开关换流所需时间引起的电压误差减少,输出电压、输入电流的谐波大为减少,改善了矩阵变换器低电压输出时的控制性能.通过仿真验证了该控制策略的正确性.     

一种矩阵变换器输出电压的非线性前馈补偿方法

矩阵变换器通常采用基于输出电流方向检测的四步换流策略,但四步换流延迟及半导体器件压降会引起输出电压误差和谐波,降低了矩阵变换器输出电压质量。详细分析电压误差产生的原因,并提出了一种非线性前馈补偿方法。该方法是根据具体的四步换流次序及半导体器件压降,通过查表的方法,预先计算出实际电压误差,再通过前馈补偿输出电压误差,从而减少了输出电压谐波。将该方法应用于V/F控制进行验证,实验结果表明,该方法可以减少输出电压谐波。     

一种矩阵变换器输出电压的非线性前馈补偿方法

矩阵变换器通常采用基于输出电流方向检测的四步换流策略,但四步换流延迟及半导体器件压降会引起输出电压误差和谐波,降低了矩阵变换器输出电压质量.详细分析电压误差产生的原因,并提出了一种非线性前馈补偿方法.该方法是根据具体的四步换流次序及半导体器件压降,通过查表的方法,预先计算出实际电压误差,再通过前馈补偿输出电压误差,从而减少了输出电压谐波.将该方法应用于V/F控制进行验证,实验结果表明,该方法可以减少输出电压谐波.     

一种改进的矩阵变换器双电压合成控制策略

在低电压输出时,传统双电压合成控制策略将产生大量窄脉冲,从而引起换流失败及输出波形畸变.针对这种情况,在分析传统的矩阵变换器双电压合成控制策略的特点及窄脉冲引起的换流失败机理后,提出了一种改进的双电压合成控制策略.采用在一个采样周期内,期望输出线电压由一中间输入线电压和一最小输入线电压合成策略,在低电压输出时窄脉冲的数量大约减少80%.改进策略减少了因PWM脉宽小于开关换流所需时间而弓I起的电压误差,使输出电压和输入电流的谐波减少,进而改善了矩阵变换器低电压输出时的控制性能.通过仿真和实验验证了所提出的矩阵变换器改进双电压合成控制的正确性和有效性.     

矩阵变换器输出波形畸变分析及改善方法

矩阵变换器在低频低调制比输出时输出波形畸变较为严重,目前还没有文献较全面地分析其原因和补偿方法。对影响矩阵变换器输出波形畸变的原因进行分析,认为输出波形畸变是由多种因素造成的,主要包括窄脉冲、换流延时和管压降等。针对影响输出波形畸变的主次要因素,提出相应的改进方法,提出直接时间补偿方法以抵消换流延时带来的波形畸变;在极低调制比输出时,对管压降进行前馈补偿。实验证明,采用本文所提出的方法,较好地解决了输出电压波形畸变的问题,提高了矩阵变换器的运行性能。     

矩阵变换器直接空间矢量调制策略的优化

矩阵变换器直接空间矢量调制策略存在开关频率倍频现象,开关频率提高会加大系统的开关损耗,增加换流过程和窄脉冲出现的几率,引起输出电压非线性畸变,恶化矩阵变换器的运行性能.提出一种空间矢量调制策略的优化方法,对每个功率器件的驱动信号进行优化分配,降低器件的实际开关频率;为了消除换流延时对输出波形的影响,根据输入电压扇区和输出电流对驱动脉冲进行延时补偿;利用3个零矢量调制消除窄脉冲.实验证明,该方法可以较好地改善低调制比时直接空间矢量调制策略的输出性能.     

矩阵变换器空间矢量控制策略的改进

与传统的电压源型逆变器相比,矩阵变换器的主要缺点之一是输出输入电压传输比限制在0.866.在分析传统的矩阵变换器空间矢量调制(SVM)方法的基础上,以提高电压增益为目标,提出了改进的SVM策略.改进的调制策略没有使用零矢量,与传统矩阵变换器SVM策略相比,换流数量减少,输出输入电压传输比提高了约9.8%.通过Matlab仿真分析并搭建dSPACE硬件实时仿真平台对所提控制策略进行了实验研究,实验结果验证了改进的SVM策略的正确性.     

一种提高矩阵变换器电压增益的空间矢量调制法

与传统的电压源型逆变器相比,矩阵变换器主要的缺点之一是在输入及输出电流为正弦时,输出输入电压传输比限制在0.866。为克服此缺点,在传统的矩阵变换器空间矢量调制方法的基础上,提出了一种提高电压增益的调制策略,进行了详细说明,概念清楚、控制简单,不需要复杂的数学计算。此调制策略没有使用零矢量,较传统方法换流数量减少,输出输入电压传输比提高到0.95以上,但输出电压及输入电流波形出现了一定程度的畸变。通过仿真证实了理论分析,也显示了此调制策略的优缺点。     

双线电压合成矩阵变换器共模电压抑制

脉宽调制信号作用于矩阵变换器,输出电压中不可避免地会产生高频共模信号,对负载及周围电气设备产生较大危害。分析了双线电压合成策略下矩阵变换器在单位开关周期内共模电压的瞬时值。针对矩阵变换器特有的4步换流过程,定量分析换相延时对共模电压的影响。采用优化零输出状态的方法降低共模电压最大瞬时值,降幅可达到42.3%,有效减小矩阵变换器共模电压的负面效应,同时该方法受换流过程影响引起的共模电压变化量较小。通过样机实验,证明了优化零输出状态方法的可行性和有效性。     

无功功率可控的双级矩阵变换器空间矢量调制策略

双级矩阵变换器是一种新型拓扑结构的矩阵变换器,它相对常规矩阵变换器更具发展潜力。文中提出了参考输入电压概念,在双级矩阵变换器空间矢量调制策略中利用参考输入电压来实现无功功率的调节,并给出了详细的调制方法,分析了输入功率因数和双级矩阵变换器电压传输比的关系。仿真结果表明：所提出的方法能获得优良的输入输出性能、能有效调节双级矩阵变换器输入功率因数。     

Performance improvement of sensorless vector control for matrix converter drives using PQR power theory

This paper presents a new method to improve sensorless performance of matrix converter drives using PQR power transformation. The non-linearity of matrix converter drives such as commutation delay, turn-on and turn-off time of switching device, and on-state switching device voltage drop is modelled using PQR transformation and compensated using a reference current control scheme. To eliminate the input current distortion due to the input voltage unbalance, a simple method using PQR transformation is also proposed. The proposed compensation method is applied for high performance induction motor drives using a 3 kW matrix converter system without a speed sensor. Experimental results are shown to illustrate the feasibility of the proposed strategy.     

空间矢量调制矩阵变换器非线性补偿

研究了一种矩阵变换器的非线性补偿方法。这种方法通过使用带电流符号的矩阵变换器模型对换流延迟、开关器件的导通、关断时间和导通时开关本身的电压降进行非线性补偿。该方法无需任何附加硬件和复杂的软件,只需将一个算法应用到传统的空间矢量法中。实验证明,这种非线性补偿方法是有效的。     

双电压合成矩阵变换器换流策略的改进

换流问题是矩阵变换器工业应用的主要障碍之一.基于双电压合成策略,分析了传统的四步换流策略由于换流时刻存在延迟,降低了换流可靠性,并且会导致输入和输出波形发生畸变.根据四步换流策略的原理,将四步换流缩短为两步换流,大大减少了换流时间.利用Matlab/Simulink软件建立了相应的仿真模型,并利用dSPACE硬件实时仿真平台进行了实验.仿真和实验结果表明,两步换流策略提高了换流可靠性,改善了输入输出波形质量,其输出电流THD值(总谐波畸变率)由4.68%降为2.67%.     

A new compensation strategy reducing voltage/current distortion inPWM VSI systems operating with low output voltages

In a voltage-fed PWM inverter, the relation between the reference voltage and the output voltage is nonlinear due to the dead time effect and the voltage drop of the switching devices. The nonlinear voltage distortion invokes serious problems such as current waveform distortion and deterioration of the performance. Especially, the clamping of current around the zero crossing point is the most serious problem in the low-frequency region. In this paper, the analysis of the zero current clamping phenomenon is discussed. From this analysis, a novel distorted voltage compensation method which eliminates zero current clamping is presented. Experimental results are also presented to demonstrate the validity of the proposed method     

Development of a novel commutation method that sharply reduces commutation failure of matrix converters

This paper proposes the safest novel commutation method for a matrix converter. There are two conventional commutation methods which depend on the polarity of the input line voltage (it is called “voltage commutation”) and depend on the polarity of the output current (it is called “current commutation”). However, problem of the voltage commutation is that commutation failure occurs around zero of the input line voltage. It is difficult to detect its polarity due to depending on offset and delay of the sensor. Similarly, the current commutation failure occurs around zero of the load current. A cause of these detection errors are a detection delay and an offset of a sensor. The proposed commutation method combines the input voltage commutation and the load current commutation. Therefore, the proposed commutation method can decrease the commutation failure without high accuracy sensor. In addition, a voltage error compensation based on the proposed commutation method is proposed in this paper. The proposed method can simply compensate for the commutation error of the output voltage and the input current at the same time. The effects of the proposed method are confirmed by experimental results with a 750 W induction motor and a R‐L load. Those results confirm that the proposed commutation can decrease commutation failure. Moreover, the total harmonics distortion of the input current and the output current are 2.6 point and 0.9 point lower than that of the condition without the compensation at 100% output power. © 2009 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 168(4): 49–57, 2009; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20826     

基于DSP的配电静止无功发生器控制系统

设计了一种基于DSP的配电静止无功发生器(DSTATCOM)控制系统.为改善DSTATCOM装置的无功补偿性能,系统采用了直流侧电容电压的闭环控制.介绍了控制系统的硬件、软件构成和功能,给出了DSTATCOM装置用于改善电压质量时的实验波形.实验结果表明,该装置能快速补偿因负荷无功功率引起的电压下降.     

基于电压电流特性曲线的MMC子模块IGBT通态损耗在线计算方法

模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)中绝缘栅双极型晶体管(insulated-gate bipolar transistor, IGBT)多运行于高压条件,需采用大量程传感器对集射极电压进行测量,但会产生较大测量误差,制约了通态损耗的准确计算。因此,针对MMC子模块中IGBT提出了一种基于电压电流特性曲线的通态损耗在线计算方法。首先,基于IGBT及二极管特性曲线参数实现了通态压降、集电极电流及结温之间关系模型的二维及三维拟合。其次,对单位电流周期内器件投切模式进行分析,实现通态损耗表达。此外,基于电热比拟相关理论,构建IGBT等效热网络模型。然后,综合考虑器件电流、导通信号及壳温等信息对结温进行反馈修正,进一步形成了IGBT通态损耗在线计算方法。最后,通过实验验证了所提方法的有效性。     

正弦和空间矢量PWM逆变器死区效应分析与补偿

给出了PWM逆变器死区效应引起的误差电压矢量,采用矢量合成的方法,推导了死区效应作用下电机绕组产生的合成电压矢量的幅值和相位计算公式,结合仿真分析了合成电压矢量的特征。为保证开关管实际开通时间与理想给定开通时间相等,提出了死区的时间补偿方法,结合SVPWM的特点,得到了简化算式。从消除误差电压矢量着手,提出了死区的电压补偿方法,根据SPWM和SVPWM调制方法不同,分别计算出在定子三相静止坐标系和两相静止坐标系内做死区电压补偿的算式。实验结果表明,所提出的补偿方法能使电机相电流波形正弦化,提高了逆变器输出性能。     

双电压合成策略矩阵变换器开关模式的研究

矩阵变换器作为一种新型变频变压控制方案,其三相输出通过双向功率开关与任一输入相直接相连.通过一定的调制策略来控制这9个双向开关,从而得到期望频率和幅值的输出电压.调制策略的好坏直接影响矩阵变换器的输入输出特性,而开关模式的选取是调制策略的关键.在分析双电压合成策略的基础上,讨论了不同的开关模式对开关损耗、输入、输出特性以及双向开关换流可靠性的影响,并得出两边对称模式是一种优良的开关模式的结论.最后通过仿真和实验验证了结论的正确性.     

改进的无功补偿空间矢量控制策略

以控制电流跟踪误差和恒定开关频率为目标,文中基于空间矢量提出了一种改善型的适用于无功补偿的控制方法。该方法的开关矢量通过参考电压矢量与误差电流在α-β平面直接合成,不再局限于八组基本空间矢量,从而更有效地抑制了误差电流。空间矢量脉宽调制采用三相电压差值来计算相邻基本电压矢量的作用时间,差值算法在实现恒定开关频率的同时大大简化了传统方法的计算量。仿真实验证明了该控制策略简单可靠、鲁棒性强、易于离散化实现,具有良好的补偿性能。