永磁同步电动机矢量控制系统中死区引起谐波电流的补偿方法

对于电压源逆变器(VSI)-永磁同步电动机(PMSM)调速系统,死区设置会使VSI实际输出电压发生畸变,降低PMSM矢量控制效果,需要进行合理补偿.在dq坐标系内采用交流方波等效法分析了死区引起的误差电压和谐波电流,考虑到PMSM变频调速时输出频率不固定,因而无法使用常规滤波器对id和iq中谐波电流分量进行有效滤波,给出基于同步轴系滤波器(SFF)的死区谐波电流补偿方法,并仿真分析和验证该补偿方法的有效性.     

逆变器死区效应对永磁同步电机效率的影响

分析了死区时间对逆变器输出电压和电流的影响以及分析了由逆变器死区效应引起的永磁同步电机(PMSM)中的谐波电流对系统效率的影响,进行了实验研究.表明采取死区补偿时的系统效率高于无死区外偿.     

近似无死区逆变器开关控制及特性分析

针对逆变器的死区补偿问题,研究了一种无电流传感器近似无死区逆变器开关控制方法。与传统逆变器死区补偿方法相比,该方法只需在逆变器输出电流正负跳变时加入固定的死区脉冲,减小了死区脉冲个数,从而减小死区的影响。分析了本文研究的死区补偿方法的基波和低次谐波特性,指出减小死区时间可消弱死区及低次谐波对逆变器输出电压的影响。仿真及实验结果不仅验证了本文研究内容的有效性,而且还表明该死区处理方法可适用于单次频率域和谐波域。     

基于永磁同步电机转子位置变化的混合开关频率调制技术

以电动汽车驱动用永磁同步电机为研究对象,提出一种新型混合开关频率调制策略,对其电压源逆变器的高频边带谐波电流优化进行了研究.首先,基于空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术基本原理与实现方式,建立了响应的Matlab/Simulink仿真模型,分析了高频边带谐波电流产生机理.其次,基于电机转子电角度位置变化提出了新型混合开关频率调制策略,以减少电压源逆变器工作过程中产生的谐波成分,优化边带谐波电流响应.最后,通过合理设定电机参数,对电机稳态运行过程中的逆变器开关频率进行在线调节以降低谐波电流及其相应的扩展频谱.仿真过程中进一步对固定开关频率、传统随机开关频率及新型混合开关频率控制策略的边带谐波电流进行了对比分析.结果表明,相比于传统随机调制策略,所提出的新型调制技术对开关频率及其倍频附近的边带谐波成分有较好的抑制效果,进而验证了所提出方法的有效性.     

一种低成本逆变器死区时间补偿方法

逆变器的开关死区时间是引起逆变器非线性的主要原因,逆变器的非线性会对电流控制产生不利影响,使准确的矢量转矩控制无法实现.死区补偿方法通常需要以电流检测作为基准,为降低成本及系统的复杂性,以利于死区补偿在通用变频器中的应用,研究出了一种低成本且简便易行的死区补偿方法.     

基于卡尔曼滤波器的PMSM逆变器死区效应补偿方法

分析了死区效应及其对PMSM逆变器工作状况的影响,提出了一种基于卡尔曼滤波器的死区效应补偿方法.该方法通过对系统电流在α、β静坐标系进行系统噪声、量测噪声滤波,从而得到系统的三相电流方向,进而得到死区导致的误差电压矢量,根据误差电压矢量对电压输出进行补偿,实现对死区效应的有效抑制.实验结果表明,该方法可有效改善逆变器输出电流波形,提高PMSM系统的工作性能.     

单相二极管箝位三电平逆变器死区时间补偿技术

针对调制过程中的死区时间导致逆变器输出电压和电流畸变、谐波含量增加等问题,提出一种简单可行的死区时间补偿策略。该策略在传统调制方法的"调制信号"与"死区时间处理"之间增加"死区时间补偿"。以单相二极管箝位三电平逆变器为对象,分析死区时间对桥臂输出电平的影响,根据桥臂电流方向选择延迟开关器件驱动信号的上升沿或下降沿来对死区时间进行合理补偿。相比于传统基于特定调制方式的死区时间补偿技术,该补偿策略简便易行并且与调制方式独立,能够灵活应用于各种不同的调制方式。在MATLAB/Simulink平台上建立仿真模型对该补偿策略进行仿真验证,并设计了基于可编程逻辑器件的死区时间补偿控制核心,搭建物理实验平台进行实验验证。仿真和实验结果验证了所提策略的有效性。     

新型近似无死区PWM逆变器开关控制方法及其特性分析

针对逆变器的死区补偿问题,研究了一种无电流传感器近似无死区逆变器开关控制方法.与传统逆变器死区补偿方法相比,该方法只需在逆变器输出电流正负跳变时加入固定的死区脉冲,大幅减少了死区脉冲个数,从而减小死区的影响.为了减小系统成本,采用简单的模拟电路来判别逆变器输出电流正负跳变时刻.深入分析了死区补偿方法的基波和低次谐波特性...     

并网逆变器死区效应消去补偿方法研究

针对并网逆变器死区效应问题,在充分分析并网逆变器工作特点及零电流箝位现象的基础上,提出了一种新颖的逆变器死区效应消去补偿方法。该方法在非过零区域依据并网电流的方向选择有效开关管,屏蔽无效开关,在过零区域根据并网电流的大小进行前馈补偿。与传统死区消去和补偿方法相比,该方法充分考虑了零电流箝位现象,能够更好地抑制电流过零处逆变器输出电压波形畸变,有效消除了死区效应的影响,降低输出电压谐波含量,从而改善并网电流质量。利用Matlab/Simulink仿真软件进行了仿真验证,仿真结果证明了逆变器死区效应消去补偿方法的有效性和正确性。     

电压型逆变器分段死区补偿调制策略

针对电压源型逆变器中死区效应引起的电流谐波畸变问题,提出了一种分段混合式PWM死区抑制策略。一方面在电机定子电流的非过零区域根据电流方向仅动作一个桥臂,实现了死区消除,并针对由器件导通压降与开关延时产生的电压误差进行了修正;另一方面在过零区域采用脉冲等效时间补偿法抑制零电流钳位效应产生的非线性误差。此外在整个区域补偿开关管的开通关断延时及器件的导通压降造成的非线性误差。为了最大限度增加死区消除时间的占比,设计了上述两种调制策略之间的最优切换方法。仿真和实验结果表明,死区分段消除与补偿混合调制策略能够显著减小定子电流的谐波畸变率,并有效抑制死区效应对系统的影响,证明了该方法的有效性和实用性。     

基于滑模变结构的永磁同步电机直接转矩控制

为解决传统永磁同步电机直接转矩控制中存在的电流、磁链和转矩脉动较大、逆变器开关频率不恒定、系统低速运行时难以精确控制以及因转矩脉动引起的高频噪声等问题,文中将滑模变结构控制策略引入永磁同步电机直接转矩控制中。用转矩和磁链2个滑模控制器来替代传统直接转矩控制中的2个滞环调节器,其输出实现空间电压矢量调制,保证了逆变器开关频率恒定。实验结果表明,这种新型控制策略能极大地减小传统直接转矩控制中存在的电流、磁链和转矩脉动,有效地抑制高频噪声,实现逆变器开关频率恒定,同时仍保持直接转矩控制固有的转矩快速响应的特征和对系统参数摄动、外干扰、测量误差以及测量噪声具有鲁棒性强的优点,有效地改善了系统的动、静态运行性能。     

随机频率PWM逆变器的分析设计

应用随机PWM方法可以使逆变器的输出电压频谱呈连续分布而不影响基波分量,这样由逆变器供电的电动机的声学噪声和机械振动就会大大减小。然而,由于RPWM机理的分析和设计对于一般工程师来讲是比较繁琐的,这就限制了RPWM的应用。本文提出了一种用于驱动感应电机的随机频率PWM逆变器,并给出了可实现的设计程序。首先,直观分析了随机信号对逆变器输出电压频谱的影响,其次,进行了相关的量化设计,最后,采用SIMULINK仿真和实验的手段对整个系统进行了分析。仿真和实验结果表明本文提出的RFPWM设计方案中,逆变器输出电压的频谱是均匀随机分布的,而且声学噪声和机械振动都得到有效抑制。     

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...     

Method for Diffusing Carrier Noise under Zero‐Speed Condition using a Zero‐Sequence Voltage

In this paper, a technique is proposed to reduce the carrier noise of pulse width modulation (PWM) inverters for a permanent magnet motor drive. The carrier noise is generated by the motor and the reactor driven by the inverter and affected by the switching frequency. When a motor rotates and drives a machine, the carrier noise is hidden by the machine noise. However, when the motor speed is approximately zero, the carrier noise becomes dominant and raucous. The typical method to reduce the noise employs a switching frequency higher than the audible frequency of human hearing. However, the increase in switching frequency results in the inverter suffering a higher switching loss and lower efficiency. In particular, when the permanent magnet motor operates at approximately zero‐speed and full‐load, for example, in the hill‐start conditions of electric vehicles and the start and stop conditions of elevators, the current flows in specific power devices and the switching loss further increases. The proposed technique uses a zero‐sequence voltage, which is generated randomly with the M‐sequence signal, and diffuses the frequency components of the ripple contained in the current. The technique is able to reduce the noise without increasing the switching frequency of the inverter when the motor speed is almost zero. Simulation and experimental results show that the proposed technique can diffuse the carrier noise and the cycle of the M‐sequence signal changes the diffusion effect of the carrier noise.     

Determination of mechanical resonances in induction motors byrandom modulation and acoustic measurement

Acoustic noise emission from PWM-VSI inverter driven induction motors is a well-known problem. The generated noise depends mainly on two factors: the harmonic content of the supply voltage waveform; and the mechanical resonance frequencies of the induction motor. It is necessary to know the mechanical resonances to optimize the switching scheme of the inverter to reduce the noise emission. Measuring the resonance frequencies is normally a laborious process. This paper introduces a new method for estimating the mechanical resonances from acoustic noise measurements. Employing random modulation of the output voltage of the inverter, the voltage spectrum can be spread over a wide frequency range. Using the spectrum analysis of the measured acoustic noise, the resonances can easily be estimated as the dominant frequencies of the acoustic noise spectrum. The method was tested on a 2.2 kW induction motor at no load and full load. Some of the mechanical resonances of the motor at no load were calculated by the Holzer method. The calculations showed good agreement with the sound measurements. The influence of the fan cowl was investigated and it is concluded that this is an important factor in the acoustic noise emission. Finally, it was observed that new mechanical resonances appeared when the induction motor was loaded by a pump drive system, and they were estimated by the measurement technique     

基于模糊自适应PI策略的并网逆变器死区补偿

IGBT死区效应的存在使三相并网逆变器输出电流不能准确跟踪参考电流,导致系统控制性能较差,而传统的死区补偿方法在相电流过零时存在电流极性判断不准确的问题。针对以上问题,提出一种基于模糊自适应PI策略的三相并网逆变器死区补偿方法。该方案将扰动观测器应用到电流双环模糊自适应PI控制系统中,将死区效应引起的电压误差视为外部扰动,经过扰动观测器估算后,反馈到输入端用以抵消死区效应的影响。模糊自适应PI电流双环控制策略可以解决实际系统响应速度慢、动态特性差的问题。通过MATLAB/Simulink仿真和试验验证了所提方案能够有效降低死区效应的影响,提高系统动态响应。     

永磁同步电机矢量控制的两种实现方法比较

永磁同步电机矢量控制技术在工业界得到了广泛的应用。矢量控制可以采用电压法和电流法实现。前者采用SPWM技术生成逆变器开关信号,后者采用电流滞环控制技术生成逆变器开关信号。本文在表面式永磁同步电机和内置式永磁同步电机矢量控制平台上对这两种实现方法进行实验,在实验结果基础上分析比较了两者的控制特性。     

基于场路耦合的永磁电机高频径向电磁力波分析

振动和噪声的大小是衡量家用变频空调压缩机品质的指标之一。针对家用变频空调压缩机出现的高频噪声问题,以一台6极9槽家用空调压缩机用永磁同步电机及其控制系统为研究对象,基于场路耦合法,对常规空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术及其控制策略所引入的谐波电流成分与高频声振响应特性进行研究。首先通过解析法分析了永磁电机高频噪声源的产生机理。其次从原理上阐述了电流谐波对径向电磁力波的阶次特征与频率特性的影响。然后建立了永磁电机的场路耦合模型,详细分析了不同负载工况下高频径向电磁力波频率与开关频率的关系。最后采用声振特性试验进行了验证,结果表明：场路耦合模型可以考虑电机本体、控制策略以及开关频率等非线性因素引起的高频电流谐波影响,并得出了高频径向电磁力波频率与载波频率的关系式,为永磁电机的高频噪声预测以及减振降噪提供了参考。     

单相逆变器随机PWM选择性消谐滞环随机扩频方法

在随机脉冲宽度调制(RPWM)中,要求逆变器的瞬时开关频率分布在较宽的频率范围内,以获得较好的随机性.然而,当开关频率持续偏高时,逆变器的开关损耗将会增加;当开关频率持续较低时,会引起输出电流纹波的增加.现有的RPWM选择性谐波消除方法在随机扩频的过程中不能有效地控制逆变器的开关频率.该文提出一种单相逆变器RPWM选择性消谐滞环随机扩频方法.根据RPWM策略中有效随机数k与开关频率的关系,合理选择随机数k,既可以保证逆变器瞬时开关频率在较宽的范围内随机分布,又可以将平均开关频率控制在预先设定的频率范围内.在RPWM选择性消谐过程中,当开关频率较低而引起电流纹波增加时,该方法可以通过提高平均开关频率来减小纹波.     

Influence of Inverter Output Filter on Maximum Torque and Speed of PMSM Drives

This paper deals with the maximum torque and speed of permanent-magnet synchronous motor (PMSM) drives when the inverter output voltage is filtered by an LC filter with a cutoff frequency well below the switching frequency. According to steady-state analysis, the filter affects the performance of the motor drive, especially at high speeds. The stator current is not equal to the inverter current, and due to the inverter current and inverter voltage limits, the torque-maximizing stator current locus differs from that of a drive without the filter. A field-weakening method is proposed for PMSM drives with an inverter output filter. The method is implemented and tested in a 2.2-kW PMSM drive. The experimental results agree well with the analysis, and validate the high-speed performance of the proposed field-weakening method.