PMSM机车牵引变换器调制算法研究

为了更好地发挥永磁同步电机(PMSM)在机车牵引变换器应用中的优势,对机车牵引PMSM变换器的调制方法进行了研究。首先,设计了线性区同步调制策略,将零序电压注入正弦脉宽调制(SPWM)与同步调制相结合实现了机车牵引变换器线性区调制策略。其次,在过调制区通过补偿和修正的方式实现了由过调制区到六脉波状态过渡的过程。最后,在Matlab/Simulink下建立了机车牵引PMSM系统模型,并在小功率PMSM平台上进行了验证,仿真和实验结果均证明了所提方法的正确性和有效性,该调制方法可以作为机车牵引PMSM调制策略。     

考虑三电平中点钳位型变换器中点电压波动抑制的混合调制方法

三电平中点钳位型变换器存在中点电压不平衡的固有问题。零序电压注入法可以很好地控制三电平变换器的中点平衡,而且具有原理简单、计算简便等优点,但是在调制系数比较大或者功率因数较低的情况下存在不可消除的低频波动。双调制波方法可以在全范围内消除中点波动,但其会造成开关频率的增大和谐波性能恶化。本文结合零序电压注入和双调制波混合调制方法的优点,达到了在消除低频波动的同时又能最大程度上降低开关频率和保持谐波性能的目的。仿真和实验结果证明了所提出的混合调制方法的正确性和可行性。     

两种应用于机车牵引变换器的调制方法

研究了机车牵引变换器在两种调制方法下的应用,分析了两种调制方法下的各自实现过程,在各实现方法下进行了分别对比,说明了同步空间矢量脉宽调制(SVPWM)与特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)的不同点和相同点。最后用实验的方法对比分析了两种方法下开关频率、开关损耗及过渡过程中电流的变化情况。对比结果表明:两种方法均可以作为机车牵引变换器的调制策略,同步SVPWM过调制方法过渡过程平滑,但低次谐波含量较大;多模式SHEPWM的总谐波含量小,能够减小转矩脉动、降低电机损耗和开关损耗,优势明显。     

九开关型永磁同步风电系统运行控制研究

直驱式永磁同步风电系统中背靠背式变换器所用开关器件数量较多,提出九开关变换器替代背靠背式变换器。首先,确定了九开关变换器两通道在直驱风电系统中的连接方式。其次,在分析九开关变换器的工作状态基础上,采用调制波中注入三次谐波的调制方法提高电压利用率。结合常规直驱式风电系统的控制策略,给出适用于九开关型永磁同步风电系统控制策略。最后,在Matlab/Simulink中建立系统仿真模型,验证控制策略的正确性。研究结果表明九开关变换器应用于直驱式永磁同步风电系统中,可实现传统直驱式风电系统相同的运行特性。     

基于多模式SVPWM算法的永磁同步牵引电机弱磁控制策略

弱磁控制技术可以降低逆变器的容量、拓宽调速范围,对提高轨道交通永磁同步牵引系统的性能有着重要而现实的意义。性能优异的调制方式更能保证弱磁系统输出良好的控制性能,而大功率传动系统开关器件的开关频率较低,使得传统的空间电压矢量异步调制方法已不能满足控制策略需要,本文在分析空间电压矢量多模式调制算法原理以及永磁同步电机弱磁原理的基础上,提出了新型的基于多模式空间电压矢量调制算法的永磁同步牵引电机弱磁控制策略,保证永磁同步牵引电机弱磁控制系统能充分利用开关频率,且在异步调制和分段同步调制段都具有良好的输出特性,仿真和试验验证了本方案的可行性和有效性。     

SVPWM过调制法在永磁牵引逆变器中的应用

为了提高地铁牵引逆变器直流母线电压利用率,将基于叠加原理的过调制处理算法,应用在永磁同步电动机控制系统中,以减小电压谐波畸变率和转矩波动。文章先介绍过调制算法的原理,然后给出永磁同步电动机的运行方式及各个同步区的调制模式,最后在Matlab/Simulink环境下,建立永磁同步电动机控制系统的仿真模型,将基于叠加原理的过调制算法和传统单模式过调制算法进行对比仿真。结果表明,采用前者输出相电压谐波含量得到明显的抑制,转矩波动较小。     

基于谐波抑制的共母线开绕组永磁同步电机减振控制

为了减少共母线开绕组永磁同步电机(OW-PMSM)驱动系统中的电流谐波,抑制由径向电磁力引发的电机振动,提出了一种基于零序电流闭环的零矢量重分配随机开关频率空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法。该算法通过选取的零矢量产生共模电压,抵消由非零电压矢量带来的共模电压,将零序电流闭环后动态抑制零序电流,有效地减少了相电流3次谐波含量。同时,针对调制策略固有的相电流高频谐波分量,通过SVPWM中开关频率随机化,使得开关频率及其整数倍处高频谐波幅值大大减少。试验结果表明,该方法能有效降低高低频段电流谐波幅值,实现OW-PMSM全频段的减振控制。     

基于双3L-NPC开绕组电机反电动势谐波电压下中点平衡控制

主要对双中点嵌位式三电平(3L-NPC)开绕组电机在反电动势谐波电压存在下机侧变流器中点平衡控制展开研究。首先建立了开绕组永磁同步电机的数学模型,通过PR调节器实现对电机反电动势谐波幅值和相位观测,使变流器调制波叠加同样幅值相位的零序分量进行零序电流抑制。补偿零序电压注入后改变了原有变流器调制波的正负关系,通过讨论叠加补偿电压后两组变流器调制波的工作范围,实现了基于反电动势谐波下的共直流母线中点电位平衡控制。最后完成了不同调制度、功率因数和反电动势谐波电压下的中点电位控制能力分析,仿真和实验结果验证了理论的正确性。     

C-dump变换器开关控制方法的分析与比较

C-dump变换器是一种用于无刷直流电动机的新型功率变换器，其开关控制方式对电枢电流和变换器储能电容电压脉动有较大的影响。该文对C-dump变换器主开关和斩波开关的开关控制方式及其对电机电流和变换器储能电容电压脉动的影响进行了研究。首先对C-dump变换器主开关的PWM控制和滞环控制两种工作方式进行了比较。然后重点对斩波开关的滞环控制，斩波频率高于主开关频率的PWM控制、斩波频率低于主开关频率的PWM控制、主开关与斩开关同步PWM并结合斩波开关滞环控制等5种开关控制方法进行了详细的理论分析与比较。结果表明：主开关与斩波开关同步PWM并结合斩波开关滞环控制可较好地减小储能电容电压和电机电流脉动，有利于改善系统性能。最后进行了仿真与实验验证。     

一种提高动态性能的机车调制方法

针对电力机车牵引变换器在调制方法下开关频率较低时更新慢、控制周期与调制周期不同步的问题,提出一种提高电力机车动态性能的机车调制方法。该方法以特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)为基础,对开关角度动态更新过程进行优化,并结合不同模式下的SHEPWM策略进行实施。在开关角度更新过程中采用线性插值和曲线拟合的方法获取较准确的开关角度,以保证其优越的消除谐波能力,同时将多模式下的SHEPWM相互结合,发挥其多个模式各自的优点,得到了一种能够提高变换器动态性能、控制器带宽不受影响的机车调制方法。最后在Matlab/Simulink下建立了机车牵引系统模型,并用所提方法进行了仿真,在小功率平台上对所提方法进行了实验验证。仿真和实验结果均表明,所提方法在消除低次谐波的同时,不影响控制器带宽,可作为机车牵引变换器的调制方法。     

基于零序电压分量注入的单相三电平NPC整流器脉宽调制方法

直流侧中点电位电压偏移是多电平中性点钳位型变流器的主要缺点。以单相三电平NPC整流器为研究对象,以实现直流侧中点电位无漂移为控制目标,以传统的单相三电平单极性载波脉宽调制方法为基础,首先提出一种基于零序电压分量注入的载波脉宽调制算法;然后在此基础上给出基于零序电压分量极限值注入的载波脉宽调制算法;并给出这2种方法的零序电压分量的设计方案;最后,对这2种方法进行了详细的理论分析、计算机仿真和1kW样机实验对比验证。研究结果表明：所提出的2种算法都能有效实现直流侧中点电位平衡控制,其中基于零序电压分量极限值注入的载波调制算法的中点电位控制具有更快动态响应速度,且其网侧电流的高次谐波主要分布在开关频率附近;而基于零序电压分量注入的载波调制算法的网侧电流高次谐波主要分布在2倍开关频率附近。但是在一个调制信号周期内,基于零序电压分量极限值注入的载波调制算法的开关切换次数比基于零序电压分量注入的载波调制算法低25％左右。     

优化开关频率的六相永磁同步电机改进模型预测电流控制

为了改善六相永磁同步电机的控制性能及器件损耗,提出了一种优化开关频率的多矢量合成模型预测电流控制方式。利用基波与谐波子空间矢量作用特性合成虚拟电压矢量,降低谐波电流;针对合成矢量开关频率多变,对电压矢量组合等效替代优化;结合零矢量运用无差拍电流控制计算占空比,经脉冲宽度调制优化开关频率,易于实现。仿真结果表明该方法有效抑制了谐波电流,证明了优化开关频率的有效性及可行性。     

优化开关频率的六相永磁同步电机改进模型预测电流控制

为了改善六相永磁同步电机的控制性能及器件损耗,提出了一种优化开关频率的多矢量合成模型预测电流控制方式。利用基波与谐波子空间矢量作用特性合成虚拟电压矢量,降低谐波电流;针对合成矢量开关频率多变,对电压矢量组合等效替代优化;结合零矢量运用无差拍电流控制计算占空比,经脉冲宽度调制优化开关频率,易于实现。仿真结果表明该方法有效抑制了谐波电流,证明了优化开关频率的有效性及可行性。     

九开关变换器驱动的双Y移30°永磁同步电机SVPWM算法

在双Y移30°永磁同步电机电压矢量的基础上,提出一种九开关变换器SVPWM算法。该算法相比于十二开关变换器最大四矢量SVPWM算法,不仅减少3个开关管,而且降低了开关损耗。针对九开关变换器采样周期过快,会导致直流侧母线电压短路的缺点,提出死区调制策略。仿真结果表明,该算法能够有效地应用于双Y移30°永磁同步电机。     

共直流母线开绕组永磁同步电机系统零序电流抑制策略

由于变流器调制产生的共模电压和永磁电机反电动势三次谐波的存在,开绕组永磁同步电机两端共直流母线情况下会在电机绕组产生零序电流,影响了电机运行效率和稳定性。由此提出了共直流母线开绕组永磁同步电机系统零序电流抑制策略,通过建立开绕组永磁同步电机数学模型,分析了零序回路的工作特性,并通过对零序电流的闭环调节控制变流器产生共模电压以抵消反电动势三次谐波分量,达到抑制零序电流的目的;同时深入分析和对比了所提零序电流抑制策略和传统共模电压抑制策略的调制能力和最大调制度;最后,通过构建开绕组永磁同步电机实验机组,对所提零序电流抑制策略的可行性和有效性进行了实验验证。     

SPWM逆变器共模电压研究

SPWM逆变器在工作时产生共模电压,会诱发电机轴电压、引起轴电流,可能损坏电机轴承。文章结合高速永磁同步电机调制波频率较大的特点,对共模电压的频谱及影响因素进行了理论推导和仿真分析。结果表明:死区时间对共模电压幅值和谐波含量影响较大;死区时间一定,载波频率增大,共模电压幅值增大、谐波含量减小;管压降和上升沿、下降沿对其影响可忽略不计。上述结论对进一步深入研究永磁同步电机轴电流具有重要参考价值。     

基于锁相环改进SVPWM同步调制技术的研究

传统的永磁同步电机SVPWM同步调制算法在全速度范围内运行时,高速区谐波含量高、无法直接切换到方波工作状态、逆变器开关损耗大。引入基于锁相环改进SVPWM同步调制算法,使牵引逆变器平滑过渡到方波工作状态,并且简化了调制算法,提高了算法执行效率、提高了电压利用率、降低了输出谐波含量和逆变器开关损耗。建立了仿真模型,进行了算法验证和谐波含量分析,利用电机负载实验验证了算法的可行性和合理性。     

一种新颖的永磁同步电动机直接转矩控制策略

分析了永磁同步电动机直接转矩控制理论及零电压矢量对永磁同步电机的作用,给出了当永磁同步电动机直接转矩控制系统采用两点式滞环比较器控制转矩时,不能应用零电压矢量的根本原因,并且在此基础上得出了可以应用零电压矢量的永磁同步电机直接转矩控制系统开关表.理论分析和仿真结果表明,这种控制策略有效利用了零电压矢量,减小了开关动作次数以及开关频率,具有迅速的转矩响应.     

一种改进的PMSM模型预测直接转矩控制方法

针对永磁同步电机直接转矩控制转矩和磁链脉动大、开关频率不恒定的问题,对转矩脉动和开关频率不恒定原因进行分析,结合占空比和SVPWM调制思想,提出了一种新型PWM调制的永磁同步电机模型预测直接转矩控制。采用代价函数代替传统直接转矩控制的电压矢量选择表,根据转矩和磁链的综合误差确定所选有效电压矢量以及占空比,将选择的有效电压矢量和零电压矢量按空间电压矢量合成顺序产生使开关频率恒定的PWM。另外,考虑到采样和控制的延时,对转矩和磁链进行多步预测,提前一个控制周期计算并输出所需要的PWM波。仿真和实验结果表明,基于新型PWM调制的PMSM模型预测直接转矩控制方法能够使逆变器开关频率恒定,降低相电流的谐波含量,进而有效抑制转矩和磁链脉动,提高了DTC的转矩控制精度。     

基波电压线性化的永磁同步电动机控制策略

针对轨道交通永磁同步牵引系统全速度范围内的调速性能,在低速区采用异步调制模式,在中高速区采用不同分频的同步调制模式;为了满足各种模式之间的平滑过渡,提出了对基波电压进行线性化处理的策略,并将所提方法与恒转矩区的最大转矩电流控制、恒功率区的弱磁控制相结合,实现了轨道交通永磁同步牵引系统全速度范围内的调速。在充分利用开关频率的同时,提高了直流电压的利用率,可以保证三相电流和线电压波形的对称性,减少谐波含量,降低尖峰电流;同时对基波电压进行线性化处理后,各个模式之间的切换及负载突变时,系统稳定、抖动小。通过仿真及地面试验,验证了本文提出方案的有效性。