异步牵引电机全速域直接转矩控制仿真研究

根据异步电机牵引特性,将电力牵引运行划分为不同调节区,在启动及低速域时,逆变器按脉宽调制方式进行控制,当电机的输出功率达到额定值时,进入方波控制区。针对不同电力运行调节区的特点,研究了一套适合于牵引电机的全速域直接转矩控制算法,同时,采取不同控制算法间切换的过渡策略,有效地避免了磁链和转矩的跳变。最后,基于所建立的仿真模型模拟了异步牵引电机的牵引和制动工况,仿真结果表明该电机驱动系统具有良好的动、静态性能,满足列车运行控制的要求,也验证了该控制方法的正确性和有效性。     

低载波比下三电平NPC逆变器同步SVPWM算法

如何在低载波比(f_(sw)/f)下保证输出较低的谐波含量,是设计脉宽调制算法时要解决的关键问题。以二极管箝位型(NPC)三电平逆变器为研究对象,基于输出电压波形同时满足同步、三相对称(TPS)、半波对称(HWS)的脉冲发生规律,采用一种新的开关序列设计方法,以1/4周期对称(QWS)作为不必要条件,设计两种参考矢量分布模式下的矢量序列,并以输出线电压加权总谐波畸变(WTHD)作为性能评价指标,对比分析不同矢量序列的谐波性能,分别通过仿真和半实物实验验证各调制算法的可行性。研究表明:新的开关序列设计方法在选择矢量序列时自由度更大,可得到许多新的开关序列,不同的开关序列在不同的调制区段局部较优,且不考虑QWS约束的开关序列在部分调制区段具有更优的谐波性能。     

NPC型八开关三相逆变器输出电流不平衡的调制补偿算法

三相三电平中性点钳位(NPC)逆变器在单桥臂故障后可以重构为八开关三相逆变器,但此时直流侧电容充放电会引起中性点电位波动,导致三相输出电流不平衡.为此,基于空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)算法提出一种电压矢量实时补偿策略.首先,基于八开关三相逆变器的工作原理,推导出直流侧中性点电位波动的机理及其引起输出电流不平衡的原...     

变频调速电压同步SVPWM波生成方法仿真分析

分析了可用于大功率牵引传动领域的空间电压矢量同步脉宽调制的实现原理,给出了牵引逆变器输出电压波形满足同步、三相对称、半波对称的条件.同时得到了在开环变频调速过程中,采用同步SVPWM控制时,逆变器输出电压电流仿真波形,并对其进行了谐波特性分析.仿真结果证明了采用同步空间矢量脉冲宽度调制的一系列优点.     

PWM整流器谐波特性分析

采用定晕数学分析方法详细推导出单相两电平脉冲整流器的输入侧电压谐波特性;整流器的控制采用自然采样双边正弦脉宽调制(SPWM),给出用3D儿何墙模型生成SPWM的方法.通过用双重傅里叶级数形式表示脉冲整流器输入侧的电压PWM波形.计算得出单个整流器的谐波特性,总结了各次谐波牛成和消除的规律.为了防止同一桥臂上下直通,需要加入死区时间,这义将加重谐波的影响.用Matlab/Simulink软件对上述理论分析计算模型的精确性进行了仿真验证,基于TMS320F2812的实验结果也表明了分析的合理性.     

基于残差变化率的单相级联H桥整流器IGBT开路故障诊断

为实现单相级联H桥整流器(SPCHBR)的IGBT开路故障实时诊断,提出一种基于残差变化率的IGBT开路故障诊断方法。首先建立SPCHBR的混合逻辑动态模型(MLD),生成网侧电流残差。然后从理论和仿真分析IGBT故障时的残差特征,结合电流残差变化率,定义不同开关信号隔离下的归一化诊断变量。通过设定阈值可以实现不同模块单个或双IGBT开路故障的检测和定位。所提方法不需要额外的传感器,诊断信号来自于控制系统,且诊断速度较快,在其他参数不变的前提下不受网压、负载和运行工况变化的影响。最后,通过硬件在环(HIL)测试系统验证了该诊断方法的有效性和可行性。     

基于SHEPWM的三电平NPC逆变器中点电位平衡控制算法

以三电平中性点钳位型(NPC)逆变器为对象,提出基于特定次谐波消除脉宽调制(SHEPWM)的中点电位平衡控制算法。首先介绍空间矢量脉宽调制中点电位平衡原理与SHEPWM开关角求解模型,然后分析三相SHEPWM波形在不同调制度下对应的开关矢量序列和作用角度,基于此设计了三种冗余矢量调整方案,最后通过检测负载电流与中点电位,由中点电位滞环控制器和控制逻辑组合作用,直接对三相脉宽调制信号进行在线调整,实现中点电位平衡。实验结果表明:不同的矢量调整方案具有不同的中点电位平衡速度、平均开关频率等,但均不影响线电压的谐波消除能力;采用中点电位三级滞环控制器可兼顾中点电位平衡、波形对称、共模电压幅值,且不增加器件开关次数。     

牵引变流器-电机拍频现象及其抑制方法

交直交传动系统广泛应用于高速铁路牵引领域.由于单相脉冲整流器的工作特性,其输出直流电压含有频率为2倍电网频率的脉动分量.该分量在牵引电机侧会引起拍频现象,尤其当牵引逆变器工作频率接近2倍电网频率时最为严重.首先详细分析了直流电压脉动分量的来源和拍频现象产生的本质.然后,在取消LC谐振电路并考虑直流侧脉动电压幅值和相角变化的情况下,研究了一种基于频率补偿的无拍频控制算法,并应用于间接转子磁场定向矢量控制系统.通过在转速环注入脉动分量,补偿牵引逆变器工作频率,抑制牵引电机拍频电流.最后,仿真结果和硬件在回路实验结果验证了该算法的有效性.     

基于dSPACE的高速列车牵引传动系统

针对高速列车二极管中点箝位三电平拓扑牵引逆变器-牵引电机系统运行控制的要求,对牵引电机运行全速度范围中基于转子磁通控制的变频调速控制方式进行了分析,给出了转子磁场定向间接矢量控制功能框图并对实现算法进行了详细阐述。考虑死区效应和PWM采样误差的影响提出了三电平牵引传动主电路精确建模的补偿算法,建立了基于dSPACE半实物仿真平台的牵引传动主电路实时仿真模型,根据上述理论分析编制了基于TMS320F2812型DSP的牵引传动控制实现算法。对该控制算法在不同的主电路模型实现算法和不同计算步长下的实时仿真实验结果进行了对比分析,结果验证了该牵引传动主电路实时仿真建模算法和传动控制算法的有效性。     

单相三电平PWM整流器网侧谐波分析

针对高速列车作为谐波源对牵引网注入高次谐波并与牵引网固有频率产生谐振这一问题,提出一种定量精确计算列车网侧谐波特性及其分布规律的方法。以应用于高速列车电力牵引交流传动系统的单相三电平脉冲整流器为研究对象,基于三维(3D)几何墙模型模拟了基于载波脉宽调制(PWM)的调制信号生成原理,定量推导了单相三电平脉冲整流器网侧输入电压的谐波频谱解析式,得到整流器输入电压解析式及其谐波分布规律。最后分别基于Matlab/Simulink时域仿真和小功率实验平台测试,验证了理论分析的正确性。