矩阵式变换器驱动异步电机调速系统的非线性自抗扰控制

相对于传统的脉宽调制(PWM)型变频器,矩阵式变换器驱动异步电机调速系统具有一系列优势,如不需要直流储能元件,高输入功率因数和能量双向流通能力.但是,由于矩阵式变换器的直接变换特性,异步电机系统的调速性能易受到矩阵式变换器输入侧电压扰动的影响.本文将一种具有良好鲁棒性的非线性自抗扰控制器(ADRC)应用于矩阵式变换器驱动异步电机调速系统,设计了控制器的结构和参数,用其代替了传统的比例-积分(PI)调节器.在调速系统中,非线性自抗扰控制器对由外部扰动和模型不确定性引起的内部扰动进行估计和补偿.仿真结果表明,采用上述非线性控制器提高了调速系统在矩阵式变换器输入电压非正常工况下的抗干扰能力,并改善了异步电机的动态调速性能.     

基于矩阵式变换器电机系统仿真研究

电气传动的未来发展是电机与变频器一体化以用来减少成本,增加系统效率与可靠性.矩阵式变换器电机系统可以实现四象限运行,输入功率因数为1,没有直流环节,可运用在高温场合下,并且解决了矩阵式变换器电压传输比较低的限制.在基于矩阵式变换器矢量调制的分析上,对矩阵式变换器电机系统进行了仿真.理论研究与仿真结果表明了矩阵式变换器电机系统的可行性,解决了传统电机系统输入功率因数低、对电网有谐波污染等问题.     

矩阵变换器-永磁同步电机驱动系统滑模变结构控制

为了抑制电网电压不平衡的影响,在矩阵变换器-永磁同步电机(MC-PMSM)驱动系统电流控制器设计中引入滑模变结构控制(SMC)策略,取代传统的比例-积分(PI)控制器。分析了电网电压不平衡对矩阵变换器(MC)输出电压的影响,并针对这种扰动和电机参数摄动,建立了永磁同步电机的解耦数学模型(扰动模型);在此基础上,选取积分滑模面和指数趋近律,设计滑模变结构电流控制器。实验结果表明,本文提出的滑模变结构控制策略有效地抑制了电网电压扰动情况下电机电流的波动,效果优于传统控制策略,且控制器参数调节简单,易于实现,具有较强的全局鲁棒性。     

矩阵式变换器在电源异常时的运行性能分析

矩阵式变换器是一种直接型的三相交流-交流电能变换装置.由于不具有直流储能环节,其输入侧电源的异常情况直接影响到输出侧的性能.本文根据矩阵式变换器的工作原理,从理论上分析了变换器在输入侧电源电压幅值不平衡和波形非正弦两种情况下的输出特性,讨论了输入侧电压变化对输出电压和电流中谐波成分的影响.分析了输入侧电源瞬时断电时矩阵式变换器的运行特性.按照上述三种异常情况,在一台2.7kVA的矩阵式变换器样机上进行了实验评估.     

矩阵式变换器电机系统矢量控制仿真研究

在矩阵式变换器控制策略和电机矢量控制的基础上,研究了矩阵式变换器电机系统矢量控制,得出间接法是矩阵式变换器等效交-直-交结构整流环节控制、逆变环节与电机矢量控制的结合,其中整流环节为逆变环节提供了高、中、低范围可选的直流母线电压,逆变环节采用滞环电流比较法实现矢量控制;直接法实质上是直流母线电压在高电压范围时的间接法.研究了不同范围内的直流母线电压对矩阵式变换器电机系统矢量控制的影响.     

基于双电压控制策略的矩阵式变换器研究

讨论了基于双电压瞬时值控制的矩阵变换器的开关状态及控制函数,系统地分析了当输入不对称或不平衡时,矩阵式变换器的双电压瞬时值控制的原理和该控制策略下输出电压的合成规律。最后通过仿真和实验结果分析,给出了电压、电流的波形,验证了该控制策略具有良好的抗干扰性能。     

具有强抑制干扰能力的BOOST变换器控制策略研究

作为定值控制系统的BOOST变换器,系统的抗干扰性尤为重要。为了提高BOOST系统抗干扰能力,本文通过对BOOST变换器小信号模型的详细分析,结合有输入电压前馈和无前馈情况下,采用电压模式控制时系统的特性,提出了一种前馈—电压模式的控制方法,能快速抑制输入电压和输出电流扰动,尤其能将输入电压的干扰近似完全消除;通过对双极点—双零点控制器的详细分析,提出了快速合理的设计boost变换器在新控制策略下控制器参数的方法。最后通过仿真验证了该控制策略抑制干扰的优越性和控制器参数设计方法的合理性。这种控制方法的思想同样适用于其它DC-DC变换器。     

基于逆阻式IGBT的三相/单相矩阵式变换器

针对三相/单相矩阵式变换器系统,提出一种平均电压脉宽调制方法,通过实时检测三相输入相电压,经过简单计算即可对输出进行正弦调制.采用新型开关器件逆阻式IGBT(RB-IGBT)实现了一台3kW的三相/单相矩阵式变换器样机,并针对RB-IGBT独特的漏电流特性,提出一种基于输入电压大小检测、适用于RB-IGBT的两步换流方法.实验结果表明,该样机可以实现正弦的输出波形.从而证明了本文提出的控制策略和换流方法的有效性和可靠性.     

小值电压跌落下的双馈风力发电机控制策略的改进

通过对双馈感应发电机(DFIG)系统中的传统定子电压控制策略和网侧变换器控制策略的分析,给出了DFIG系统运行在电网电压小值跌落时改进的定子电压定向控制策略和网侧变换器控制策略,搭建了DFIG系统在不同控制方案下的Simulink仿真模型,系统仿真结果表明:提出的改进控制策略能有效地抑制电网电压跌落时DFIG系统的转子侧过电流和直流侧过电压,提高了系统在电网故障时的不间断运行能力.     

矩阵变换器双电压控制策略抗干扰性能分析

与传统的交-直-交变换器不同,矩阵变换器没有中间的直流环节,输出侧直接通过双向开关与输入侧相连,因此输出电压对于输入侧电源的扰动非常敏感.分析了矩阵变换器双电压合成控制策略的原理,详细推导了在输入侧电源存在不平衡以及谐波情况下,输出侧仍然为理想正弦波.通过Matlab/Simulink仿真,证明了在输入侧电源存在三相不平衡以及谐波等扰动情况下,输出电流波形仍然为理想的正弦波且电流谐波畸变率没有发生大的变化.仿真和推导表明,矩阵变换器双电压合成策略对电网扰动具有抗干扰能力.     

Compensation strategy of matrix converter fed induction motor drive under input voltage and load disturbances using internal model control

The Matrix Converter (MC) is well known for its diverse advantages and applications but the output characteristics are adversely affected by the input voltage disturbances because there is no energy storage elements present in the dc link. Hence the matrix converter fed drive performance is affected. In this paper, Internal Model Control (IMC) based controller which is capable of achieving perfect set point tracking and disturbance rejection is proposed for compensating the voltage disturbances and load disturbances of matrix converter fed vector controlled Induction Motor (IM) drives. Modeling of matrix converter with input voltage disturbances and parameter estimation of IMC based speed and current controllers for vector controlled induction motor drive are described in this paper. The simulation results validate the input voltage disturbance rejection and improved dynamic performance of matrix converter fed induction motor drive obtained using IMC based controller.     

A novel quasi‐Z‐source indirect matrix converter

A new type of three‐phase quasi‐Z‐source indirect matrix converter (QZS‐IMC) is proposed in this paper. It uses a unique impedance network for achieving voltage‐boost capability and making the input current in continuous conduction mode (CCM) to eliminate the input filter. The complete modulation strategy is proposed to operate the QZS‐IMC. Meanwhile, a closed‐loop DC‐link peak voltage control strategy is proposed, and the DC‐link peak voltage is estimated by measuring both the input and capacitor voltages. With this proposed technique, a high‐performance output voltage control can be achieved with an excellent transient performance even if there are input voltage and load current variations. The controller is designed by using the small‐signal model. Vector control scheme of the induction motor is combined with the QZS‐IMC to achieve the motor drive. A QZS‐IMC prototype is built in laboratory, and experimental results verify the operating principle and theoretical analysis of the proposed converter. The simulation tests of QZS‐IMC based inductor motor drive are carried out to validate the proposed converter's application in motor drive. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

计及网压波动的牵引传动系统间谐波传播机理研究

随着多台电力机车同时投入运行后牵引供电系统出现电压波动现象,其在牵引传动系统中的传播特性是当前的研究热点.首先推导了间谐波在牵引传动系统中的传播机理,并分析了定子间谐波电流频谱与负载转矩间的对应关系;其次研究了间谐波传播下牵引电机电流间谐波辨识方法;随后基于瞬态电流控制策略、磁场定向的矢量控制策略搭建电力机车牵引传动系统的仿真模型,利用扰动激励法模拟了间谐波在牵引传动系统的传播特性;最后结合总体局部均值分解对定子电流的动态频域特性进行分析,确定了整流器输入电压与电机定子电流的间谐波幅频的对应关系.     

High Performance Control of Matrix Converter Fed Induction Motor Drive System

I Introduction Matrix converter(MC)is a modern energyconversion device that has been developed over the lastthree decades[1~5].Matrix converter fed motor drive issuperiorto pulse width modulation(PWM)inverter drivessince it provides bi-directional power f…     

Current regulated PWM-CSI induction motor drive system without aspeed sensor

This paper deals with a current source inverter-induction motor drive system without a speed sensor, and the speed estimation with only sense of the motor voltage is investigated. The input DC link current which is kept constant by a pulsewidth modulated (PWM) converter with sinusoidal input current is supplied to the PWM inverter. The inverter output current with sinusoidal wave is directly regulated by employing the modulation index control of the PWM strategy. The motor is driven by a slip frequency/current regulation control. The motor speed is estimated by using the measured voltage and current, or using the measured voltage and the estimated current. The filter capacitor which is installed in the inverter circuit is taken into consideration for the current estimation. A digital signal processor is employed for calculation. As the PWM pulse of the inverter is calculated by an online real-time system, the quick regulation of the sinusoidal output current is achieved. The experiments show that the high performance steady state behavior and the acceleration/deceleration characteristics with smooth drives and low noise of the motor is obtained     

基于矩阵变换器供电的感应电机DTC系统仿真研究

对于矩阵变换器供电的电机系统,空间矢量调制法只能实现简单的开环VVVF控制且对输入电压抗干扰性能差.基于矩阵变换器开关状态的分析,把矩阵变换器视为直流母线电压为输入线电压的电压源逆变器,并通过仿真实验,验证了矩阵变换器供电的感应电机直接转矩控制系统的可行性.通过对矩阵变换器输入线电压为高、中、低3种情况下直接转矩控制转矩脉动的分析,得出了一种有效减小转矩脉动的控制方法.输入电压非正常下的仿真结果表明矩阵变换器供电的感应电机直接转矩控制系统对输入电压具有较强的鲁棒性.     

空间矢量调制矩阵变换器共模电压的抑制

针对共模电压对变频器驱动感应电动机系统的影响，分析了电动机端共模电压产生的机理和漏电流产生的原因。采用中间值零矢量对称交替调制技术，提出了一种抑制共模电压的控制策略，该策略削减了与输入相电压峰值相对应的最大共模电压，并使共模电压最大值降低33．37％，在一定程度上消除了矩阵变换器输出共模电压的负面效应。仿真结果验证了共模电压抑制策略的正确性和有效性。     

基于滑模变结构矢量控制的异步电机调速

针对异步电机矢量控制系统因电机参数变化和负载波动等因素使调速性能变差的问题,在转差频率控制的异步电机矢量控制系统的基础上,用两个滑模变结构控制器代替传统的PI控制器分别控制d轴和q轴的电流,并采用电压空间矢量技术来调节电机的输入电压,达到调速的目的.仿真结果说明,文中所提出的控制方式与传统的PI控制方式相比较,具有响应速度快,控制精度高,对负载波动和电机参数变化具有较强的鲁棒性.     

永磁同步电机偏差解耦控制策略研究

永磁同步电机在运行过程中存在参数变化、突加负载等时变性干扰,影响了偏差解耦控制策略的动态解耦效果。为了改善偏差解耦控制策略的动态解耦效果,采用一种带干扰观测器的偏差解耦控制策略,该策略将d,q轴间的耦合电流和电感参数变化引起的电压误差视为系统扰动,利用干扰观测器对其进行估计,并将观测值作为补偿量反馈到电压输入端以减弱扰动对系统的影响,实现电流环的精确控制。理论分析和实验结果表明,引入了干扰观测器的偏差解耦控制策略提高了系统的动态解耦效果与鲁棒性。     

电动汽车用永磁同步牵引电动机直接转矩控制

为提高电动汽车电传动系统性能,提出永磁同步牵引电动机直接转矩控制策略.根据电机的运行状态选择空间电压矢量获得快速动态转矩响应,同时有效降低逆变器的开关损耗.为提高系统效率,采用基于实时输入功率检测的定子磁链优化控制方法.仿真及实验结果证明了控制策略的有效性.