四桥臂变换器驱动开绕组永磁同步电机系统的死区效应分析与抑制

针对传统双逆变器驱动开绕组永磁同步电机系统的成本和复杂性高的问题,提出一种具有少开关特性的低成本四桥臂变换器驱动开绕组永磁电机的新型拓扑结构,在四桥臂变换器输出有效电压矢量和SVPWM策略分析的基础上,分析了系统中复用桥臂产生的非对称死区电压分布规律及其对相绕组电流畸变的影响,基于零序回路独立控制的方法设计了具有平均死区电压补偿的谐波电流抑制策略,将死区补偿后的开绕组永磁电机绕组电流总谐波含量抑制至5%左右,使得低成本的四桥臂变换器具有类似传统双逆变器驱动开绕组电机系统的输出特性,最后通过仿真和实验验证了所提死区分析和抑制策略的有效性。     

基于空间电压矢量120°解耦的开绕组异步电机双三电平逆变器零序电压消除

由于开绕组异步电机双三电平逆变器系统存在很大的零序电压,导致整个系统在单一直流电压源供电模式时,容易形成零序环流损坏半导体开关器件和开绕组电机绝缘,只能动态地消除系统零序电压的平均值,不能抑制其瞬时值,即在一个开关周期内只能通过改变小矢量的作用时间,使其每个逆变器的零序电压平均值为零。提出一种新的消除开绕组异步电机双三电平逆变器系统零序电压的方法。该方法无需对每个开关周期内系统的零序电压进行动态抑制,直接利用统一快速算法以及空间电压矢量解耦的原理和方法将给定参考电压矢量分解为两个大小相等、方向互为120°的等效参考电压矢量,并由两个逆变器分别单独产生,以此实现对双三电平逆变器系统零序电压的瞬时值的消除。仿真和实验验证了该方法的正确性和有效性。     

基于模型预测控制的开绕组永磁同步电机高性能驱动系统控制策略

为了解决传统开电机驱动系统中存在的成本和响应特性问题,本文提出一种基于开绕组结构永磁同步电机的四桥臂变换器驱动系统的新型拓扑结构,采用模型预测控制算法来提高电流环的响应速度。为了抑制系统中的零序电流,改善驱动系统的特性。本文通过测得的绕组反电势三次谐波作为共模电压的补偿量,并采用比例环节等效增加零序电流阻抗来抑制其他次电流谐波,并将共模电压分配到预测控制输出的载波中,以此将零序电流抑制策略纳入模型预测控制,在此基础上构建了综合考虑电机绕组反电势三次谐波和逆变器死区的开绕组永磁电机驱动系统的仿真模型,通过仿真验证了本文提出的系统控制策略的有效性。     

抑制共模电压的双逆变器SVPWM调制策略

与传统星接绕组电机驱动系统相比,采用双逆变器供电的开放绕组电机驱动系统具有高母线电压利用率、更好的容错能力等优点,在电动汽车、电力牵引等领域具有良好的应用前景。但由于三相绕组中性点被拆开,导致系统中存在潜在的零序电流问题,零序电流会增加逆变器容量和系统损耗,甚至使系统无法运行。为消除系统零序电流,本文提出采用不产生共模电压的开关组合进行SVPWM调制,从而抑制系统的共模电压以及由此引起的零序电流。最后通过仿真和实验验证了这种方法的可行性。     

新型绕组开路型永磁电机共模电压抑制技术研究

针对电动汽车用新型绕组开路型永磁电机调速系统中,由于共模电压而引起的零序电流和峰值电流等问题,提出一种基于矢量控制的新型绕组开路型永磁电机共模电压(common-mode voltage,CMV)抑制技术。将一台永磁同步电机定子绕组两端开路,再分别连接一个标准的两电平电压型逆变器,这样可以等效为三电平逆变器驱动;通过选择基本电压空间矢量来抑制由双逆变器结构产生的共模电压,从而消除定子电流中的零序电流分量;最后通过仿真和实验验证该方案的可行性;结果表明,借助于永磁电机的绕组开路结构,该新型绕组开路型电机调速系统可有效地抑制共模电压,不仅定子电流纹波含量小,转速稳定,而且具有良好的稳态运行性能。     

开绕组永磁复合轮毂电机驱动系统容错控制

针对开绕组永磁复合轮毂(Permanent Magnet Compact In-Wheel,PMCW)电机驱动系统中单开关管开路故障工况,在60°坐标系下,提出了基于双三相四开关逆变器的电压空间矢量调制(SVPWM)重构容错控制策略。该策略采用电压解析模型法进行故障诊断,通过桥臂冗余开关组合在线模拟开关管故障,依据矢量分解准则,在一个调制周期内,一个逆变器钳位于对应三角区域顶点的相同冗余开关状态,另一个逆变器进行电压矢量合成,两个逆变器交替运行在钳位和矢量合成状态,在不增加额外器件的情况下,实现了开绕组PMCW电机驱动系统单开关管开路故障容错运行,并兼顾了双逆变器之间的功率平衡。仿真和实验验证了该容错控制策略能够实现开绕组PMCW电机驱动系统从开关管故障状态到容错运行的平滑、可靠切换。     

新型开放式绕组永磁同步电机矢量控制系统研究EI北大核心CSCD

双逆变器供电的开放式绕组永磁同步电机(open-end winding permanent magnet synchronous motor,OEW-PMSM)系统作为一种新型电机驱动拓扑,其直流母线电压利用率高、绕组电流控制自由度大、容错能力强,在电力拖动领域具有良好的应用价值。该文建立了OEW-PMSM的数学模型及其采用双逆变器供电的矢量控制系统,结合双逆变器工作原理和输出矢量,分析系统零序电压和零序电流问题,采用不产生零序电压的电压矢量进行空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)来消除零序电压,并给出实现算法。在采用消除零序电压的SVPWM控制时,双逆变器供电的OEW-PMSM可以将基速提高为星接绕组时的1.7倍,降低了系统弱磁设计和控制的难度。仿真和实验验证了所提方法的正确性和可行性。     

基于改进自抗扰控制的共直流母线开绕组永磁同步电机转矩脉动抑制策略EI北大核心CSCD

由于存在零序路径,共直流母线开绕组永磁同步电机会在运行过程中产生零序电流,影响系统效率和稳定运行。传统的零序电流闭环抑制方法调制范围有限,不能充分利用双逆变器系统的调速范围,且交叉耦合、逆变器死区等因素会导致零序电流不能被完全消除。为抑制零序电流和三次谐波反电势相互作用产生的转矩脉动,该文首先提出一种基于改进自抗扰控制的抑制方法,通过并联谐振单元将扩张状态观测器改进为通用积分型扩张状态观测器,以实现对频率较高转矩脉动的准确观测;然后,通过自抗扰控制律对该转矩脉动进行补偿,所提方法能够有效抑制零序电流和三次谐波反电势产生的转矩脉动,尤其是高调制比、零序电压不能被准确合成时,转矩脉动抑制效果明显。最后,在1kW开绕组电机驱动平台上验证所提方法的抗扰能力和鲁棒性。     

基于Z源逆变器的共直流母线开绕组永磁同步电机系统控制策略

为提升开绕组永磁同步电机系统的调制能力,该文提出一种基于Z源逆变器的共直流母线开绕组永磁同步电机系统结构及其控制策略。通过建立所提电机系统的数学模型,提出在空间矢量脉宽调制中插入直通矢量的升压策略以及重分配零电压矢量作用时间的零序电流抑制策略。针对两侧逆变器独立调制时直通矢量不同步导致无法调制产生参考电压的问题,提出两侧逆变器的协同调制策略,在保留低开关频率优点的基础上,确保引入Z源逆变器后系统调制的正确性。最后,通过实验验证所提控制策略的正确性和有效性。     

双逆变器SVPWM调制策略及零序电压抑制方法

双逆变器具有与三电平逆变器相同的空间电压矢量分布,使直流母线电压利用率提高,在开放式绕组电机驱动系统中得到广泛应用。该文在分析双逆变器工作原理的基础上,研究双逆变器的调制策略,提出一种最大电压范围的双逆变器空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)策略,该策略首先将空间电压矢量平面划分为6个扇区,从而将参考电压矢量分解为两段:其中一段矢量等效为将双逆变器中的一个逆变器钳位在某一特定开关状态;另一段矢量由另外一个逆变器在其6个子扇区内调制实现。为抑制SVPWM调制所带来的零序电压,引入等效零矢量分配因子,通过零矢量产生的零序电压来抵消基本电压矢量合成时产生的零序电压。在开放式绕组永磁同步电机矢量控制系统中进行了仿真和实验研究,仿真和实验结果证明了所提方法的有效性。     

共直流母线开绕组的少稀土混合磁材料永磁无刷电机系统零序电流抑制策略

为提高少稀土混合磁材料永磁无刷电机的功率密度和转矩输出能力,采用了新型共直流母线开绕组的逆变器拓扑结构。该结构会在电机绕组内产生零序电流,一定程度上影响了电机的运行效率和稳定性。为此,提出了一种解耦空间矢量脉宽调制法,有效提高了电机端电压利用率。对共直流母线情况下共模电压和零序反电动势均会导致3、9次电流谐波的问题,采用了具有针对性的重复控制器对零序电流进行闭环控制,在简化控制系统结构的同时,有效地解决了共模电压和零序反电动势的影响。最后,通过试验验证了所提方法的正确性和可靠性。     

基于开绕组电机的双逆变器拓扑分析与容错算法研究

基于开绕组电机的双逆变器拓扑能够有效提高输出电压等级与输出电平数,利用MATLAB环境下的线性变压器、受控电流源等模块搭建了开绕组电机的电气流仿真模型。分析了双逆变器拓扑的数学模型,针对其容错特性,提出一种基于参考电压矢量解耦的SVPWM容错控制算法,并搭建实验平台进行验证。仿真结果以及实验结果验证了开绕组异步电动机仿真模型以及容错控制算法的有效性。     

An Effective Four-Level Voltage Switching State Algorithm for Direct Torque Controlled Open End Winding Induction Motor Drive by Using Two Two-Level Inverters

This paper introduces an effective four-level voltage switching state algorithm for direct torque controlled open end winding induction motor drive with two-two level inverters in dual mode. In the recent days, direct torque control of open end winding induction motor drive became an interesting area for researchers because it provides high dynamic performance and instantaneous control of stator flux and torque. It is more important especially in applications like propulsion and hybrid electric vehicles they require ripple free torque. The direct torque control provides high flux, torque ripple, and variable switching frequency. This paper introduces an effective voltage switching state algorithm for an open end winding induction motor drive to reduce torque and flux ripple at different frequencies of operation. The experimental results show that the proposed algorithm reduces torque and flux ripples without losing features of conventional direct torque control (DTC) algorithm and in addition it provides multi-level operation.     

一种新的基于SVPWM策略的死区补偿方法

在基于SVPWM的电压源逆变器中死区时间的插入是必不可少的.这将导致电压和电流的畸变,也就是所谓的死区效应.对这一问题提出了许多不同的补偿方法.在传统的平均死区电压补偿方法基础上提出了一种新的改进方法,在运行速度很低时该方法比传统的方法有更小的电压和电流畸变,而且由软件实现,不需要增加额外的硬件.仿真试验结果证实了该方法的有效性.     

基于扰动观测器和重复控制的转速脉动抑制

永磁同步电机矢量控制系统由于存在逆变器死区和电流测量误差和其它一些非理想因素,导致电机转速产生脉动.提出一种扰动观测器和重复控制器相结合的方法对逆变器死区和电流测量误差导致的转速脉动加以抑制.在电流环利用扰动观测器对死区补偿时间进行在线识别,再利用识别出的死区补偿时间动态调整补偿电压,克服了由IGBT开关时间随负载变化...     

Improvement of power conversion efficiency of soft‐switching inverter in range of low output power by adjustable dead time control

The power conversion efficiency of soft‐switching inverters can be improved by using loss‐less snubber commutation; however, the main switches of the inverter fail in zero‐voltage turn‐on when the output current is small. As a solution to this problem, adjustable dead time control in a loss‐less snubber commutation according to the magnitude of output current has been proposed. Adjustable dead time control achieves zero‐voltage turn‐on of the inverter main switches in a loss‐less snubber commutation in the range of low output current; however, waveforms of the output current of the inverter become distorted. In this paper, we propose a scheme for adjustable dead time control with dead time compensation for soft‐switching inverters. The effectiveness of the proposed control scheme is verified by experiments. Experimental results demonstrate that when the proposed control scheme is adopted, the power conversion efficiency in the range of low output power improves up to about 3% and the THD is improved within 3%. © 2012 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 180(1): 57–64, 2012; Published online in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com ). DOI 10.1002/eej.21282     

交流传动矢量控制系统时延补偿

系统时延的存在降低了矢量控制系统性能,对大功率低开关频率交流传动变流器性能影响尤其明显,当电机在中高速段运行时,可能导致系统的不稳定.针对此问题,本文分析了系统时延对于交流传动矢量控制系统稳定性的影响,提出了一种基于q轴电流误差的新型系统时延补偿算法.该算法克服了传统延时补偿方法的局限性,实现简单,较好地消除了延时引起...     

±500 kvar GTO-SVG中 GTO死区补偿的研究

分析了GTO死区存在严重恶化SVG输出电压的原因;提出了一种有效的补偿死区的方法,该方法不需要实时判断系统电压和电流的方向来实时改变补偿死区的规律,而是根据SVG自身的运行特点,提出一种判断SVG输出无功的方向（可通过简单地判断SVG输出电压与系统电压之间的角度δ的方向来实现）,即可离线设置两个方向上的死区补偿的角度修正值Δδ,从而方便地实现死区补偿的方法。该方法不仅有效地减小了SVG输出电压的失真度,还可节省大量的CPU运行时间;在±500 kvar SVG上进行试验,其结果验证了该补偿方法的有效性和必要性。     

异步电机模型预测三电平直接电流控制

三电平逆变器为控制系统提供了更多的电压矢量,相对于传统两电平逆变器能够使得直接电流跟踪控制变得更加精确,能进一步减小电流纹波。但是三电平逆变器存在中点电压平衡问题,如果不对中点电压进行控制会使得电机无法正常工作,同时在大容量三电平逆变器中一般需要其降低开关频率。因此,提出一种具有中点电压平衡和降低开关频率功能的模型预测直接电流控制方案:通过对中点电压进行预测控制,在模型预测直接电流控制的价值函数中加入开关切换次数的约束,能将中点电压有效控制在给定的范围内,并同时实现逆变器开关频率的降低;针对控制延时导致定子电流在参考值附近振荡并增加电流纹波和转矩脉动,采用延时补偿提高控制系统性能。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性和可行性。