矢量控制永磁同步电动机低速轻载运行的研究

提出了削弱电压源型空间矢量脉宽调制逆变器死区效应的方法.给出因死区时间和开关器件开通、关断时间引起的误差电压矢量,依据误差电压矢量的表达式,采用降低载波频率和减小直流母线电压的方法削弱死区效应.分析了降低载波频率对磁链轨迹畸变和转矩脉动的影响,在低速空载情况下通过增大电机定子励磁电流分量获得连续电流波形,通过检测电流矢量角判断电流极性,对死区进行补偿.仿真并对比了不同载波频率下的转矩脉动,实验结果证明了所提出的方法能有效地降低电机转速,改善电流波形.     

基于空间电压矢量的电压前馈死区补偿方法研究与实现

为减小逆变器死区效应引起的电压、电流畸变及电机转矩脉动的影响,提出一种基于空间电压矢量脉宽渊制(SVPWM)的电压前馈型死区补偿方法.该方法依据电流环的给定电流米确定电流矢量的位置;并以此加入电压前馈来削弱逆变器输出的5、7次谐波电流,从而减小谐波电流埘电机电磁转矩脉动的影响.永磁川步电机系统死区补偿仿真及试验结果验证了该方法的有效性.     

正弦和空间矢量PWM逆变器死区效应分析与补偿

给出了PWM逆变器死区效应引起的误差电压矢量,采用矢量合成的方法,推导了死区效应作用下电机绕组产生的合成电压矢量的幅值和相位计算公式,结合仿真分析了合成电压矢量的特征。为保证开关管实际开通时间与理想给定开通时间相等,提出了死区的时间补偿方法,结合SVPWM的特点,得到了简化算式。从消除误差电压矢量着手,提出了死区的电压补偿方法,根据SPWM和SVPWM调制方法不同,分别计算出在定子三相静止坐标系和两相静止坐标系内做死区电压补偿的算式。实验结果表明,所提出的补偿方法能使电机相电流波形正弦化,提高了逆变器输出性能。     

基于空间电压矢量的电压前馈死区补偿方法研究与实现

为减小逆变器死区效应引起的电压、电流畸变及电机转矩脉动的影响,提出一种基于空间电压矢量脉宽调制（SVPWM）的电压前馈型死区补偿方法。该方法依据电流环的给定电流来确定电流矢量的位置;并以此加入电压前馈来削弱逆变器输出的5、7次谐波电流,从而减小谐波电流对电机电磁转矩脉动的影响。永磁同步电机系统死区补偿仿真及试验结果验证了该方法的有效性。     

一种优化感应电机无权重系数无差拍模型预测控制

为了降低感应电机传统模型预测控制(MPC)因电压矢量作用时间固定引起的转矩和磁链脉动,采用转矩无差拍(DB)控制优化电压矢量作用时间,并从精简电压矢量个数和消除权重系数对传统转矩DB控制进行优化。通过数字仿真和单片机试验对感应电机传统MPC、转矩无差拍模型预测控制(DB-MPC)和提出的优化策略的控制性能和实时性进行对比。仿真结果表明：传统MPC可通过扩充电压矢量来降低转矩脉动。DB-MPC可显著减小转矩脉动、磁链脉动和定子电流谐波含量(THD),可通过扩充电压矢量来减少磁链脉动和电流THD。优化控制策略减少备选电压矢量,无需权重系数,控制性能与DB-MPC基本相当。基于STM32F103单片机的计算耗时试验表明增加备选电压矢量显著增加计算耗时。相同备选电压矢量下,传统MPC与DB-MPC计算耗时基本相当。在相同控制性能下,优化控制策略可显著减少计算耗时,提高实时性。     

永磁同步发电系统中转矩和磁链精确线性化解耦控制

为了实现直接转矩控制(direct torque control,DTC)永磁同步发电系统直流输出电压的快速而平稳控制,需要电磁转矩与定子磁链控制之间的解耦。该文首先根据定子静止坐标系中定子电流和定子磁链状态方程,推导出以电磁转矩和定子磁链幅值平方为状态变量的永磁同步发电机仿射非线性模型。然后以该非线性模型为基础,结合输入输出线性化理论推导出以电磁转矩和定子磁链幅值平方为输出变量的定子电压矢量给定数学模型。根据定子磁链幅值平方和电磁转矩跟踪控制要求,设计出线性化后系统输入控制变量形式,并据此进一步计算出定子电压参考矢量。最后利用空间电压矢量调制(space voltage vector modulation,SVVM),实现永磁同步发电机定子磁链幅值和电磁转矩控制的动态解耦。实验结果表明,采用该文提出的新型控制策略发电系统具有理想的电磁转矩和定子磁链幅值跟踪性能,转矩及电流脉动较小,直流输出电压控制迅速而平稳。     

矢量控制永磁同步电动机的转矩脉动分析

研究了空间矢量脉宽调制(SVPWM)和死区效应引起的永磁同步电动机转矩脉动,推导出SVPWM引起的电流波动量和偏差磁链矢量的计算公式,分析了死区设置引起的误差电压矢量及其所产生的死区效应,计算出误差电压矢量的幅值及其与三相电流极性的对应关系。通过仿真实例证实了两种转矩脉动的产生,实验结果表明可以根据误差电压矢量的特性,通过补偿的方法消除死区效应。     

空间矢量PWM多相变频调速系统非正弦供电技术

针对多相感应电机正弦供电时直流母线电压利用率低、输出转矩小的问题,建立了多相感应电机非正弦空间电压矢量PWM(NSVPWM)的数学模型,分析了NSVPWM与谐波注入PWM的内在联系,探讨了NSVPWM各个d-q平面参考电压矢量给定问题.以一台九相集中整距绕组感应电机为例,在保持齿、轭部磁密幅值分别相等、定子铜耗相同的前提下,将其分别在SPWM、正弦空间电压矢量PWM和NSVPWM调制策略下的输出转矩进行比较.试验结果证明,采用NSVPWM控制策略时,九相集中整距绕组感应电机输出转矩比采用SPWM时提高了大约6.42%,最后分析了其原因.     

基于非正弦供电多相感应电机低速下V/f控制研究

针对多相感应电机低速下转矩脉动大、带载能力差的问题,分析了多相集中整距绕组感应电机采取非正弦供电策略时,死区效应、定子电阻压降以及漏抗压降对电机性能的影响,提出了非正弦供电下基于定子电压定向的多相感应电机低速补偿V/f控制策略.在传统的V/f控制基础上,对定子电阻和漏抗压降进行补偿以使电机磁链幅值保持恒定,同时对滑差和死区进行补偿,以改善系统的低速性能.实验结果证明,采用该方法,多相电机在低速下能获得良好的动态性能和带载起动能力.     

一种异步电机定子磁链弱磁控制方法

本文提出了一种电动汽车用异步电机的定子磁链弱磁控制方法,通过引入定子参考电压与逆变器能提供的电压值的比较,确定电机的运行区域,进而确定能够输出最大转矩的励磁电流,再结合给定转矩求出定子磁链参考值。本方法采用定子参考电压与母线电压对应值的比较,仅需简单计算即能实现恒转矩、恒功率、降功率区域的平滑过渡。在逆变器和电机的电压、电流能力一定时,能够输出最大转矩。无需转子磁链定向,适用于定子磁链控制的场合。通过动态调整转矩给定限制值可保证电机稳态运行不过流。仿真和实验结果证明了本方法的有效性。     

基于定子电压矢量定向的转矩提升方法研究

感应电动机定子电阻压降导致V/F控制系统低速时的输出转矩下降,严重影响了V/F控制系统的低速性能。在分析现有转矩提升方案的基础上,提出了一种新颖的转矩提升方法。通过基于定子电压矢量定向的旋转坐标变换,可以实现定子电流的解耦,从而方便地得到定子电阻压降补偿量。该方法只需知道定子电阻值,实现简单。实验结果表明:采用补偿方案后,电机起动性能良好,电机能在1 Hz满载平稳运行。实验结果验证了该转矩提升方案的有效性。     

Modified direct torque control method for induction motor drives based on amplitude and angle control of stator flux

This paper proposes design and implementation of a direct torque controlled induction motor drive system. The method is based on control of separation between amplitude and angle of reference stator flux for determining reference stator voltage vector in generating PWM output voltage for induction motors. The objective is to reduce electromagnetic torque ripple and stator flux droop which result in a decrease in current distortion in steady-state condition. In addition, the proposed technique provides simplicity of a control system. The direct torque control is based on the relationship between instantaneous slip angular frequency and rotor angular frequency in adjustment of the reference stator flux angle. The amplitude of the reference stator flux is always kept constant at rated value. The system has been implemented to verify its capability such as torque and stator flux responses, stator phase current distortion both during dynamic and steady state with load variation, and low speed operation.     

无零矢量作用的逆变器结构仿真研究

文章在原有三相两电平的逆变器结构的直流母线上增加了两个开关管,使得共模电压在零矢量作用时得到了消减。同时在MATLAB/Simulink中搭建三相永磁同步电机（PMSM）矢量控制的仿真模型,基于此模型研究了无零序矢量脉宽控制（NZPWM）减少共模电压幅值的控制策略。通过不改变传统空间矢量脉宽调制（SVM）策略,构建了一种逆变器的拓扑结构使得零序矢量作用时无共模电压产生。结合理论与仿真分析,并与SVM比较,结果表明,NZPWM能够有效抑制共模电压幅值,但是线电压的谐波含量有所增加,定子电流、转矩、转速出现大的波动,改变逆变器拓扑的方式比NZPWM更好的抑制共模电压幅值,输出线电压的谐波含量也未增加且电机的电流、转矩、转速特性也未发生改变,研究表明这种结构能有效抑制共模电压且保持原有输出性能不变。     

感应电机空间矢量PWM控制逆变器死区效应补偿

针对感应电机矢量控制系统,提出了一种可以补偿死区误差电压并消除零电流钳位效应的死区补偿方法。在分析了影响死区效应的因素以及等效死区时间的表达式的基础上,采用平均死区时间补偿法,在两相静止轴系中对等效死区时间产生的误差电压进行了补偿。为了提高电流极性检测的准确性,利用旋转轴系中的励磁电流和转矩电流分量经过坐标反变换,判断电流在两相静止轴系所处的扇区来决定需要施加的补偿电压。另外为了更好地消除由于死区时间而产生的零电流钳位效应,将一种消除零电流钳位效应的方法结合到上述补偿方法中。最后通过TMS320F2812 DSP芯片来实现补偿算法,并在11kW感应电机矢量控制系统中验证了补偿算法的有效性。     

异步电动机低转矩脉动直接转矩控制研究

针对异步电动机直接转矩控制中存在的转矩脉动问题,提出了一种基于多扇区的转矩脉动抑制策略.通过减小磁通在旋转过程中的空间角度,使磁通与电压矢量间的夹角趋向于连续,从而降低电压矢量步进式切换造成的脉振转矩,同时提取电压空间中的主矢量,以对称地改变定子磁通幅值并消除电流畸变引起的转矩脉动.仿真结果表明,该方案能有效降低异步电动机低速运行时的转矩脉动,提高直接转矩控制系统的响应特性.     

感应电动机转子磁场定向下的弱磁控制算法

电动汽车、数控机床等应用领域要求感应电动机具有宽范围的恒功率弱磁调速能力。提出一种感应电动机弱磁状态下电压和电流轨迹控制的新方法。在满足电机和驱动器最大电压和电流约束条件的前提下,该方法可实现全速度范围内的最大转矩输出。此方法不需要查表运算,对电机参数的依赖性较低。通过对SVPWM方法中得到的零电压矢量作用时间的积分,可得到d轴电流的给定值,从而实现最大转矩电流比（maximum torque per ampere,MTPA）控制区与弱磁区之间的平滑过渡。在5.5 kW系统上对所提弱磁方法进行仿真和实验验证,实验结果证实了该方法的可行性。     

凸极式永磁无刷直流电机直接转矩控制研究

提出并分析研究了一种凸极式永磁无刷直流电机定子磁链幅值不控型直接转矩控制策略。结合凸极式永磁无刷直流电机及其两相导通工作特点,全面建立起两相导通时电压矢量对电磁转矩控制理论。采用转矩单环控制,根据转矩滞环比较输出和定子磁链位置给出所施加的电压矢量,实现转矩的快速控制。推导出两相静止坐标系下电磁转矩计算模型,并针对实际无刷电机转子反电势既非理想梯形波,又非正弦波的情况,提出采用查表方式获得转矩观测所必需的转子反电势和转子磁链方法。实验结果表明,所提控制方案具有快速的动态响应和良好的稳态性能。     

直接转矩控制系统中减小转矩脉动方案的比较

采用离散空间矢量调制(DSVM)和转矩预测技术减小感应电机直接转矩控制系统(DTC)低速时的转矩脉动,为了系统实现时编程简单,对DSVM的开关表进行了优化,将每个采样周期分为3个相等的时间段,每个时间段中作用一个电压矢量,采用单一非零电压矢量与零电压矢量的组合来代替非零电压矢量与非零电压矢量的组合,简化了开关表,降低了开关频率,保证了低速时的带载能力.在此基础上将DSVM与转矩预测进行了实验对比.实验结果表明:与转矩预测相比,开关表优化后的DSVM在减小低速时的转矩脉动,改善电流和磁链波形方面取得了更好的控制效果,且保持了转矩动态响应快的优点.     

基于纹波电压前馈的级联H桥整流器输出电压平衡策略

对传统的比例式脉冲补偿电压平衡控制策略进行了建模分析。通过分析发现大范围投切载时输出电流扰动对平衡控制的影响不可忽略。在此基础上给出了投切载时系统调整时间、输出电压跌落值与系统特征参数之间的关系曲面。针对投切载时比例式脉冲补偿电压平衡控制下CHBR动态性能差的问题,结合输出电流与输出电压纹波峰值之间的关系,通过将输出电压纹波峰值引入电压平衡环节,提出了纹波电压前馈电压平衡控制策略,并给出了纹波电压峰值的检测方法。最后,利用三级CHBR的仿真模型和实验平台对所提策略与比例式脉冲补偿电压平衡控制策略进行了比较测试。测试结果表明所提策略在切载后各级输出电压间的最大不平衡电压减小了12 V,调整时间缩短了43 ms,证明了所提策略的正确性和有效性。