三电平SVPWM逆变器矢量控制系统的故障仿真

牵引传动系统是动车组的核心技术,三电平矢量控制的电机逆变器的故障诊断非常重要.本文以CRH2动车组的三电平电机逆变器为背景,建立了三电平空间矢量脉冲调制(SVPWM)逆变器控制系统的Matlab/Simulink模型,并进行了仿真,分析了5种常见故障对三电平逆变器的输出电压、电流、转矩和转速的波形及电机性能的影响,以便为CRH2动车组的三电平逆变器的故障诊断提供了技术参考.     

一种新型零矢量的二三导通无刷直流电机直接转矩控制系统研究

为了解决无刷直流电机转矩脉动幅值大的问题,提出一种新型零矢量的二三导通无刷直流电机直接转矩控制方法。该方法利用二相、三相交替导通的驱动方式,使用直接转矩控制方法,形成12个扇区,并定义了一种新型零矢量,改进了空间电压矢量选择表,降低了转矩脉动幅值。MATLAB仿真结果表明:当电机空载且以额定转速2 000 r/min运行时,相比于传统零矢量,新型零矢量能使转矩脉动幅值降低约40.94%;当电机负载为4.3 N·m且以500 r/min低速运转时,相比于传统零矢量,新型零矢量能使转矩脉动幅值降低约47.40%;当电机负载为4.3 N·m且以额定转速2 000 r/min高速运行时,新型零矢量使转矩脉动幅值降低约32.32%。不论电机运行于空载还是负载,低速还是高速,新型零矢量均能起到降低转矩脉动幅值的作用。该方法有效降低了电机的运行噪声,使电机运转更加平稳。新型零矢量可以应用于无刷直流电机的各种导通方式,对无刷直流电机应用于高性能场合具有重要意义。     

同步磁阻电机直接转矩稳定控制研究

传统同步磁阻电机控制方法需解耦控制,实现过程复杂,且在低速范围内无法保证电机的稳定性。为此,针对低速范围环境,提出一种新的同步磁阻电机直接转矩稳定控制方法。建立同步磁阻电机数学模型和转子的机械运动方程。对电机端电压与电流进行测量,采用坐标变换,将其转换至两相静止坐标系,求出定子磁链、电磁转矩以及转速。将得到的定子磁链与转矩和既定值相比,通过查表确定适宜的电压空间矢量,完成同步磁阻电机直接转矩稳定控制。在低速范围内将扇区分成正负两个对等部分,施加不同电压矢量,从而获取新的电压矢量选择表,保证控制稳定性。实验结果表明,所提方法能够优化低速范围内电流畸变与平均转矩脉动大的弊端;在加速与转速突变状态下,可快速平稳地变化;磁链幅值与转矩值稳定。     

动车组异步牵引电动机系统

异步牵引电动机作为高速动车组中电力牵引交流传动与控制的一部分,通过分析旋转磁场产生原理,电磁转矩特性,转矩-转差率曲线,机械特性,电气制动特性,改变电压U1、磁极对数的调速方法,深入了解其工作原理和运行性能对牵引供电设计有很大帮助.     

基于数学模型的同步磁阻电机直接转矩稳定控制

传统同步磁阻电机控制方法需解耦控制,实现过程复杂,且在低速范围内无法保证电机的稳定性。为此,针对低速范围环境,提出一种新的同步磁阻电机直接转矩稳定控制方法。建立同步磁阻电机数学模型和转子的机械运动方程。对电机端电压与电流进行测量,采用坐标变换,将其转换至两相静止坐标系,求出定子磁链、电磁转矩以及转速。将得到的定子磁链与转矩和既定值相比,通过查表确定适宜的电压空间矢量,完成同步磁阻电机直接转矩稳定控制。在低速范围内将扇区分成正负两个对等部分,施加不同电压矢量,从而获取新的电压矢量选择表,保证控制稳定性。实验结果表明,所提方法能够优化低速范围内电流畸变与平均转矩脉动大的弊端;在加速与转速突变状态下,可快速平稳地变化;磁链幅值与转矩值稳定。     

可调直流母线电压永磁电机矢量控制策略

针对电动汽车电力驱动系统中采用固定直流母线电压的驱动方式存在直流电压利用率低、电机电流纹波大的不足,研究了适用于电动汽车的可调直流母线电压永磁电机矢量控制策略。根据逆变器参考电压矢量幅值,采用双向DC/DC变换器实时调节直流母线电压的方法,改善矢量控制系统整体性能。最后利用MATLAB对永磁电机新型矢量控制策略进行了仿真,仿真结果表明可调直流母线电压永磁电机矢量控制系统能有效地提高直流电压利用率,减小转矩脉动,改善电机电流波形,减小电机电流总谐波畸变率,证明了该控制策略的有效性和可行性。     

永磁同步电机直接转矩控制电压矢量选择区域

为了解决直接转矩控制系统开关表引起的转矩脉动问题,分析了电压矢量对永磁同步电机直接转矩控制系统的定子磁链幅值、转矩角、励磁转矩、磁阻转矩和电机转矩的作用,用简单的数学表达式给出了这些变量的控制规律,得出了永磁同步电机直接转矩控制系统的电压矢量选择区域。研究结果表明：电压矢量与定子磁链的夹角决定了电压矢量对定子磁链幅值和转矩角的增减作用;电压矢量与定子磁链的夹角和转矩角决定了电压矢量对励磁转矩和磁阻转矩的增减作用;电压矢量与定子磁链的夹角、转矩角和永磁同步电机直接转矩控制系统参数决定了电压矢量对转矩的增减作用。     

车用驱动电机无电流传感器控制

针对传统电机矢量控制方法应用于车用驱动电机时,高效工作区窄、反馈闭环控制导致过流现象等问题,提出一种无电流传感器电机控制方法。该方法根据指令转矩和电机转速,直接控制电压空间矢量的幅值和相位,实现对电机转矩和转速的控制。该方法突破了传统矢量控制对电流传感器的依赖,克服了闭环控制导致过流的缺陷,规避了传统矢量控制在电流传感器故障情况下电机无法控制的问题,省去了电流传感器的成本。仿真实验和电机台架试验结果表明,该方法不仅能够扩大电机高效工作区,而且提高了电机控制系统的可靠性。     

基于SVM的永磁同步电机直接转矩控制

参考电压矢量的计算是基于空间矢量调制(space vector modulation, SVM)的永磁同步电机直接转矩控制的核心研究之一. 从电压矢量对电磁转矩的控制作用入手, 分析指出有限的电压矢量是直接转矩控制中转矩和磁链脉动大的根本原因. 设计一种改进的基于空间矢量调制的直接转矩控制系统, 仅仅利用定子磁链角度、转矩偏差和定子磁链偏差计算得到参考电压矢量幅值和角度. 该方案计算简单, 对电机参数不敏感. 仿真和实验结果表明, 该方法结构简单、鲁棒性强, 能够明显改善直接转矩控制性能.     

基于预测电流控制的BLDCM转矩控制

为降低无刷直流电动机控制系统的转矩脉动,提出两种基于预测电流控制的电机转矩控制方法.首先根据梯形反电动势特性,通过扩展的派克变换,得到电机转矩与其中一个坐标轴上的电流分量成正比,使得转矩控制等效于电流控制;然后通过对无刷直流电动机数学模型的分析,实时预测电机在不同电压矢量作用时的下一控制周期的电流,通过选择使下一时刻电流与目标电流之间差的绝对值最小的电压矢量施加于电机上,实现了基于120°导通模式的预测电流控制及混合导通模式的预测电流控制.经过实例仿真表明,两种控制方法均能有效地实现对电流、转速控制,并且具有快速的转矩响应和较小转矩脉动.     

基于VHDL的SVPWM发生器的实现

空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术可以提高电压型逆变器的电压利用率和电动机的动态响应性能,还可以减小电动机的转矩脉动。所以在电机的矢量控制系统中得到了广泛的应用。结合FPGA数据处理速度高的特点,以VHDL硬件语言来编写SVPWM,通过QUARTUSII自带仿真软件进行仿真。结果表明:该方法可以有效地控制逆变器桥臂开关。     

五相感应电机无速度传感器DTC研究

五相感应电机直接转矩控制系统中电压矢量选取与优化相比三相电机具有更大的灵活性和复杂性,为有效对其进行调速控制,详细分析了五相感应电机直接转矩控制中空间电压矢量,提出了一套无速度传感器调速控制方案.在控制系统中,对定子电阻进行了在线辨识,以提高磁通观测精度,然后以定子电流定向,推导出一套速度辨识算法,该算法具有较高的速度估计精度并且易于实施.最后的仿真试验结果表明,提出的控制方案在理论上和实际上是可行的.图8,表2,参10.     

SVPWM控制三电平逆变器算法研究

三电平逆变器以其优越的性能已经逐步取代传统的两电平逆变器,成为了大容量、中高压电机调速的主要实现方式之一.但由于其输出状态多,对控制算法也提出了更高的要求.在介绍了三电平逆变器的基本结构之后,分析了空间矢量脉宽调制(SVPWM)控制三电平逆变器的算法原理,最后给出了用MATLAB仿真的流程图和仿真结果,证明了三电平逆变器的优点,对其应用和开发具有借鉴作用.     

基于无速度传感器的直接转矩控制系统优化

针对传统异步电机直接转矩控制系统在低速运行状态下存在磁链轨迹发生波动、转矩脉动大的问题,提出一种新型异步电机直接转矩控制策略。采用滑模控制和空间矢量脉宽调制技术(SVPWM: Space Voltage Pwlse-Width Modulation), 引入滑模控制器, 以提高系统对参数变化和外界干扰的鲁棒性。利用空间电压矢量脉宽调制技术产生系统所需要的任意期望空间电压矢量, 使磁链轨迹更趋近于圆形, 即降低了转矩和磁链脉动,又增强了系统的鲁棒性。同时引入无速度传感器技术, 以提高系统工程应用性。通过在Matlab/ Simulink软件仿真结果表明, 新型直接转矩控制系统改善了磁链轨迹波动并有效地降低了转矩脉动, 使转速估计具有较高精度。     

电传动推土机牵引性能匹配的变压控制方法

电传动推土机动力总成包括发动机、发电机、超级电容以及轮边驱动电机,其载荷变化范围大且具有突变性的动力学特征,使发电机与电动机难以实现全局功率匹配.针对电传动推土机动态牵引性能匹配这一关键问题,提出基于双DC-DC(直流-直流)变换器的直流母线电压变压控制方法.即在直流母线与发电机之间加入DC-DC变换器,控制发电机的额定电压工作点,实现发动机在额定工况点工作的高效目标;在直流母线与电动机之间加入DC-DC变换器,根据实时载荷所表达的系统状态变矢量调节变压系数,控制发电机与电动机相对于载荷变化的动力学匹配关系,使发电机与电动机在全载荷意义上实现功率匹配,保证其牵引性能的发挥.通过某型号推土机开发过程性能匹配及其系统数字化模型仿真试验,验证了基于双DC-DC变换器的直流母线电压变压控制方法的有效性.     

直接转矩控制系统低速下转速特性的研究

针对直接转矩控制技术控制下的异步电动机在低速时存在较大转速脉动,提出了一种新的控制方案.该方案是基于直接转矩控制的原理,在异步电动机低速时,保证输出负载不变,减小定子电压矢量幅值,提高非零电压矢量的作用效果,可以降低转矩低频脉动,提高直接转矩控制系统低速下转速的控制特性.最后给出了控制机理及有效改善转速脉动的仿真图形.     

基于双三相PMSM驱动器的新型混合直接转矩控制策略

针对传统直接转矩控制(DTC)存在的动态响应慢、稳态性能不足以及低转矩脉动和低电流谐波等问题,提出了一种基于双三相PMSM驱动器的新型混合直接转矩控制策略。首先,分别在稳态和动态运行模式下设计了不同的转矩控制器,实现传统DTC策略的快速动态响应和稳态性能,并在动态运行模式中充分利用电压矢量的控制能力跟踪参考转矩。其次,针对转矩和定子磁通设计了一种新型的解耦控制器,以充分利用电压矢量对转矩的转换能力。最后,基于转矩控制器提出了双模式转换方法,实现两种操作模式之间的平滑转换,并通过实验验证所提策略的有效性。实验结果表明,所提控制策略具有良好的稳态和瞬态性能,可实现快速的转矩跟踪,并可避免较大的转矩波动,且能够利用合成的无谐波电压矢量限制低阶电流谐波。     

异步电动机六边形磁链直接转矩控制系统研究

六边形定子磁链直接转矩控制利用逆变器产生的运动电压矢量和零电压矢量的实时交替作用,实现电磁转矩的两点式控制,迫使实际转矩跟踪给定值。文章建立了异步电机、逆变器、转速调节器、磁链滞环比较器、转矩滞环比较器等的仿真模型,构成六边形磁链直接转矩控制系统。对加减负载情况下六边形磁链系统的磁链轨迹、电流、电磁转矩、转速等反映电机运行性能的指标进行了仿真分析,仿真结果验证了系统模型的正确性和可行性。