电压逆变器及其对磁滞电动机的驱动

本文介绍电压逆变器的原理,分析带上磁滞同步电动机这一负载后逆变器输出电压电流波形畸变的原因。文中提供了电压逆变器驱动磁滞同步电动机的性能测试结果及正弦波电源驱动磁滞同步电动机的性能测试结果。     

基于滑模扰动补偿永磁同步电动机PWM预测控制

针对表贴式永磁同步电动机PWM电流预测控制中电机模型失配以及参数摄动引起的电流稳态误差和振荡问题,提出基于滑模扰动补偿的PWM电流预测控制算法。在传统PWM电流预测控制基础上,将参数摄动引入电机电压方程,分别构建交、直轴滑模扰动补偿器对电流环输出电压进行实时性修正,抑制电机参数变化对控制系统的影响,并通过李雅普诺夫理论分析验证所提算法的稳定性。仿真结果表明,所提方法能够实现快速跟踪控制,提高了PWM预测控制系统对内、外部扰动的稳定性。     

PWM逆变器下永磁同步电动机中永磁体的三维涡流分析

对于永磁同步电动机中永磁体的发热及温升,快速准确地分析永磁体的涡流损耗是其关键问题所在.用场路紧密耦合方法,建立了考虑永磁体分割的三维有限元模型,对一台在脉宽调制(PWM)逆变器驱动下的30 kW/50 Hz表贴式永磁同步电动机进行仿真研究,分析了其气隙旋转磁场、电枢电流,以及在不同载波频率下永磁体的涡流损耗.研究表明:在载波谐波作用下,永磁体的涡流损耗比在正弦电压驱动下大幅增加,并将引起更大的温升.输入电流波形、转矩和功率平衡关系等试验结果表明,该分析方法能准确计算出永磁体的涡流损耗,为下一步的温升研究奠定了基础.     

PWM电压源逆变器非线性因素迭代学习补偿

脉宽调制(pulse width modulation,PWM)电压源型逆变器(voltage source inverter,VSI)的非线性因素会导致输出电压和电流的波形畸变、基波分量幅值减小,其驱动永磁同步电机会造成转矩波动,低速运行不平稳等现象。为了解决VSI非线性因素对永磁同步电机调速系统运行性能的影响,建立上述非线性因素的数学模型,将非线性因素对系统的影响看成一个扰动电压。通过坐标变换和时域到角度域的转换,在同步旋转坐标系下,扰动电压是由关于转子位置的周期扰动和常值扰动组成的。提出在角度域内采用迭代学习和前馈的复合补偿来分别消除周期扰动和常值扰动,该方法无需系统精确模型,实现简单,只需电流传感器。仿真和实验结果标明,所提复合补偿能有效地减小电流谐波,提高低速运行平稳性,且适用于不同转速。     

PWM逆变器输出端共模与差模电压 dv/dt滤波器设计

PWM逆变器直接驱动电机时会产生较高dv/dt的共模电压,并由此产生轴承电流和共模漏电流以及严重的电磁干扰(EMI).特别是当逆变器通过长线电缆与电机连接时,由于电缆中分布参数的影响,会在电机端产生电压反射现象,从而在电机端会产生2倍以上的过电压,导致线圈绝缘失败.本文通过对PWM逆变器驱动电机系统产生的共模以及差模电压分析,提出了一种改进型的逆变器端无源滤波器,并给出了参数的设计方法.与传统的滤波器相比,该滤波器可对共模及差模电压dv/dt同时起到抑制作用,从而减小了由此产生的负面效应.实验结果验证了该滤波器的有效性.     

PWM死区对永磁同步电动机低速运行性能的影响

电动机驱动控制中,PWM死区引起绕组电流波形畸变,增大电动机输出转矩和转速脉动.电动机转速越低,PWM调制深度越小,死区影响越显著.从输出电压波形、输出合成电压矢量两个方面,对电动机低速运行情况下PWM死区的影响进行了细致分析,指出死区导致逆变器输出电压矢量波动,直接影响电动机低速运行性能.     

多电平中压脉宽调制电压源逆变器驱动装置应用中电动机轴电压和轴承电流及其减小的问题

本介绍了关于在中压脉宽调制（PWM）驱动系统中电动机轴电压和轴承电流问题及解决办法的试验结果。试验表明多电平中压PWM电压源逆变器驱动装置同低压PWM驱动装置一样,甚至对一种轴承绝缘的电动机也可能会引起轴承电流。作为PWM开关在电容上的共模电压可在电机绕组上探测到,在电容上耦合到电机轴上,从而导致轴承电流,对包括改变共模电路,改变接地线路,提供共模滤波和使用机电轴接地在内的可能的解决方法都进行了试验研究,对于它们的有效性试验作了陈述结果。     

光伏水泵系统PWM输出滤波方法及影响分析

针对光伏水泵系统的逆变器PWM电压输出导致的共模电压、电流等现象常引起水泵电机故障的问题,在分析了PWM 逆变器驱动电机系统产生共模电压、电流机理的基础上,采用滤波电容公共点接回到光伏母线侧负端的LC滤波器,使共模电压与电流得到抑制。LC滤波器使电机侧的输入状态发生改变,通过分析PWM输出LC滤波方法对感应电机控制系统的影响,对滤除参数的选取进行了优化。并对以上研究进行了实验,结果表明参数选取方法的正确及有效性。     

基于母线电流传感器的相电流重构方法

针对使用三相电压源型逆变器的直流母线电流传感器信息,重构电机相电流方法中存在非可测量区域的问题,在分析相电流重构基本原则和现有脉冲宽度调制(PWM)信号修整方法的基础上,提出了通过平移桥臂开关状态波形来修整PWM信号的方法,该方法不增加功率器件的开关损耗,且满足非零电压空间矢量最小作用时间的要求.应用空间电压矢量分析方法证明了修整后的PWM信号在一个开关周期内不改变参考电压的幅值及相位,从而保证了电机相电流具有低的谐波畸变率.以交流永磁电机驱动系统为例进行了实验研究,结果表明采用该方法在稳态和瞬态的情况下都能够精确重构电机相电流.     

永磁式无刷直流电动机稳态特性分析及其优化

由 PWM 电压型逆变器供电的无刷直流电动机的组成;永磁式同步电动机的基本方程;PWM 电压型逆变器输出电压公式;无刷直流电动机的电流和转矩;电动机的机械特性和效率特性;用单片机实现的无刷直流电动机特性的优化控制。     

考虑逆变器非线性因素的表贴式永磁同步电机参数辨识

在表贴式永磁同步电机参数辨识中,逆变器的非线性因素会影响电机参数的辨识精度。该文通过方程变换去除定子电压方程中逆变器非线性因素产生的误差电压,构建不受逆变器非线性因素影响的参数辨识模型。为了提高辨识结果的收敛速度并降低稳态误差,采用加入动量项的自适应线性元件(Adaline)神经网络算法辨识电机参数。实验结果表明,所提方法能提高电感、定子电阻和转子磁链的辨识精度,并加快辨识结果的收敛速度。     

基于转矩误差带的表贴式永磁同步电机MPTC系统精简策略

传统表贴式永磁同步电机(SPMSM)模型预测转矩控制(MPTC)需要遍历逆变器生成的全部7个电压矢量,计算量较大。由于零电压矢量使得磁链和转矩缓慢变化,常在转矩误差较小时,被用于保持磁链和转矩。分析了不同转矩误差带下,传统MPTC对零电压矢量使用情况,提出通过转矩误差带动态调整备选电压矢量。当转矩误差位于误差带之内时,电机系统直接输出零电压矢量,无需MPTC,否则,采用逆变器生成的6个非零电压矢量。仿真结果表明：基于转矩误差带的精简控制策略的SPMSM系统运行正常。与传统MPTC相比,控制性能基本相当,平均开关频率降低至20%,平均遍历次数降低至12.43%,有效减少了系统计算负担。     

基于电压矢量利用率的永磁同步电机模型预测转矩控制备选电压矢量集合

传统模型预测控制(MPC)采用电压源逆变器(VSI)生成的全部7个电压矢量作为备选电压矢量集合,造成较大的运算负担。不同条件下,模型预测转矩控制(MPTC)系统对7个电压矢量的实际利用率并不均衡。在考虑定子磁链扇区、磁链和转矩控制信号和转矩角条件下,分析了表贴式永磁同步电机(SPMSM)MPTC系统对7个备选电压矢量的实际利用情况,并基于电压矢量利用率规律,提出了可动态变化的备选电压矢量集合。仿真结果表明与传统备选电压矢量集合相比,所提备选电压矢量集合可在保持控制性能基本相当的同时,减小备选电压矢量个数,有效提高系统实时性能。     

Performance parameters of a pulse-width modulation voltage source inverter with proportional-integral controller under non-ideal conditions

Compared with the traditional pulse-width modulation (PWM) or sinusoidal PWM voltage source inverters (VSIs), the proposed VSI with a proportional-integral current controller (PI VSI) offers superiority. It includes instantaneous current control and wave shaping, a fixed inverter switching frequency independent of the output frequency resulting in only known harmonics, and free-running carrier operation. An approach to modeling the proposed PI VSI is introduced, an example of the VSI power circuitry design is presented, and the PI controller design is discussed. Finally, the VSI load current is verified for harmonic contents and instantaneous current control capabilities, under normal, unbalanced, load outage and load short-circuit conditions.     

Grid Harmonic and Control Delay Compensation for Three-phase Grid-connected VSIs in Small Wind Turbine Systems

Voltage space vector pulse-width modulation(SVPWM) has been widely applied to control current in threephase vohage source inverters (VSI).However,as a voltage type modulator,SVPWM has certain drawbacks compared with current type modulators for grid-connected applications.For a grid-connected VSI,the performance of existing current controllers based on SVPWM is compromised by grid harmonics,control delay and system nonlinearities such as switching dead time.Moreover,unlike current type PWM,SVPWM does not inherently have over-current protection.A novel SVPWM-based current controller is proposed for three-phase grid-connected VSIs for small wind turbine applications.To overcome the drawbacks of SVPWM,a grid harmonic compensation method is proposed along with compensation for control delays.Both simulation and experimental results have established excellent steady-state response and fast dynamic response of the current controller.In addition,the DSP-based control system has both improved real-time control performance and fast response for over-current protection.     

减小异步电机驱动系统共模电压的空间矢量脉宽调制控制方法研究

共模电压会带来共模电流、电磁干扰、电压谐波等问题。详细分析了一种新颖的空间矢量脉宽调制控制方法,无需增加任何硬件,可以非常有效地减小电压源逆变器供电的异步电机驱动系统的共模电压。仿真结果证明了该方法的正确性和有效性。     

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     

MRAS技术在SPMSM无传感器控制系统中的应用

研究对象为面贴式的永磁同步电动机(SPMSM),针对MRAS在速度辨识时受电机参数影响较大的特点,将SPMSM本身作为参考模型以减少系统模型参数,利用定子电压、电流方程得到可调模型,并在辨识转速的同时,加上对转速辨识精度影响较大的定子电阻的在线辨识。采用SVPWM控制对该方法进行仿真,仿真结果表明该方法能够获得理想的转速辨识精度和动态性能。     

基于方波电压信号注入的表贴式永磁同步电机饱和凸极性响应分析及转子位置估计

提出一种基于方波电压信号注入的表贴式永磁同步电机(SPMSM)无位置传感器控制方法。利用持续方波电压变角度励磁的方式,在电机静止时提取αβ坐标系下高频响应电流的峰值包络线,通过包络线的正弦程度来反映饱和凸极性响应;并针对传统的方波电压注入法,设计了一种简化的信号处理方法,避免在基波电流和高频响应电流提取时滤波器的使用,并消除滤波器所带来的时间延迟问题,提高位置估计精度。通过基于RTLAB的SPMSM硬件在环系统进行仿真和实验验证,结果表明:简化后的方波信号注入法能有效实现转子位置估计,适用于较低开关频率下的永磁同步电机(PMSM)无位置传感器控制。     

多相永磁同步电机磁场解析建模与容错性能分析

为了快速、准确计算多相永磁同步电机(PMSM)在一相或多相绕组故障发生时的容错运行能力,基于傅里叶级数分析方法,在二维极坐标系下建立了多相内转子表贴式永磁同步电机（SPMSM）绕组缺相不对称运行下的空载、负载磁场解析计算模型,并对气隙磁密、空载反电动势(EMF)以及电磁输出转矩等性能参数进行准确计算。设计制作一台44极48槽12相船舶用内转子SPMSM,并通过有限元分析和试验测试对磁场解析模型的准确性进行了验证。在此基础上,为了提高多相电机的容错能力,以最小等值相电流为优化目标,建立了多相电机驱动系统一相绕组开路故障容错控制策略,并以电磁输出转矩、转矩脉动等性能参数为考核指标,对12相SPMSM的容错性能进行了深入分析,进一步提高电机驱动系统的可靠性。