基于基准频率自适应谐波准谐振控制器的宽变频逆变电源控制研究

360~800 Hz宽变频交流电源系统是多电飞机电力系统的主要发展方向之一。为实现宽变频中频逆变电源在包括带整流型非线性负载等工况下的宽范围谐波抑制,保证其任意基准频率下的输出电压质量,提出一种基于频率基准自适应谐波准谐振控制器的控制策略。基于滤波电感电流反馈,设计了包含数字控制延迟补偿的有源阻尼方案,以抑制输出滤波器的谐振尖峰,对电压控制器的被控对象进行校正使系统得到简化;设计并采用积分与准比例谐振相结合的基波追踪控制器以消除基波频段的稳态误差;提出基准频率自适应的补偿角度设计方法以实现谐波准谐振控制在电压环控制带宽之外的谐波抑制。在理论分析的基础上,搭建了一台300~800 Hz/600 W单相逆变器样机并进行实验测试,结果表明,采用该控制策略的逆变器能够实现宽基波频段内任意基准频率下的宽范围谐波抑制,且具有良好的稳态和动态输出特性。

主动磁轴承系统建模与准谐振自抗扰振动抑制

为了建立更准确的磁轴承数学模型,优化其控制性能,对磁轴承的电磁力非线性特性和系统固有干扰源进行了分析,通过转子动力学分析建立了含干扰源的主动磁轴承径向耦合系统模型。为抑制系统的振动,提出了一种磁轴承准谐振自抗扰振动抑制方法。通过扩张状态观测器实现系统解耦,简化控制流程,提升系统抗干扰能力;在此基础上,并入准谐振控制器对正弦周期性振动进行抑制。与传统方法相比,该方法控制结构简单,所需整定参数较少。仿真与试验结果表明,所提方法可以有效降低转子位移振动幅值,系统内常见的1、3、5倍频周期性振动得到显著抑制,具有良好的振动抑制效果。

准谐振与有源钳位反激变换器的性能比较和分析

高频、高效和高功率密度已成为AC-DC变换器重要的设计指标。传统准谐振反激变换器因其漏感能量多借助无源电阻元件以热能形式释放,不具备ZVS特性,限制了功率密度的进一步提升,而有源钳位反激变换器能弥补准谐振反激变换器的不足。先简述准谐振反激变换器与有源钳位反激变换器的工作原理,接着分析准谐振与有源钳位反激变换器主要性能指标差异,然后设计并制作两款48 W的准谐振反激变换器样机和有源钳位反激变换器样机以便获得相关的试验数据,作为性能比较分析的依据。

准谐振Flyback变换器分析与设计

设计了一台65 W输出的准谐振反激变换器(QR-Flyback)。分析了QR-Flyback的谷底开通原理与开关损耗减小机制,对比了系统在不同工况下的频率特点与损耗特征,总结了变频控制的优势与不足。结合NCP1380控制器的跳频控制功能,对系统各部分的硬件电路参数进行详细设计,有效提升了整机效率。最后,通过仿真和实验验证了理论分析与参数设计的可行性。

一种新型开关电容准谐振多电平逆变器

针对现有多电平逆变器充电过程存在电流尖峰和电压波动问题,提出一种新型准谐振五电平逆变器。简言之,采用载波层叠脉宽调制方案,将开关电容技术与传统五电平逆变器相结合,减小了前级承受的累加电平,实现了五电平输出;并在电容充电过程与串接电感谐振,消除了电流尖峰和电压波动,同时减轻了电容的发热问题,延长电路的使用寿命。最后,对所提结构进行了仿真验证,其结果证明了所提逆变器结构方案的正确性和可行性。

基于状态重构准谐振扩张状态观测器的LCL型并网逆变器电流控制策略研究

LCL型并网逆变器是分布式发电与电网实现能量双向流动的重要装置,其电流控制方法通常需要多个电压电流传感器实现有源阻尼及并网电流控制,而这会增加系统成本。提出一种基于状态重构准谐振扩张状态观测器的全状态观测系统,只需一个逆变器侧电感电流传感器即可实现对所需状态变量的实时观测。通过在扩张状态观测器中每个状态变量的观测通道添加准谐振环节,解决传统扩张状态观测器跟踪正弦信号需要高观测器增益问题。同时,针对在dq轴坐标系下的并网电流控制存在强耦合问题,设计了将耦合项作为总扰动当中一部分的自抗扰电流控制器,简化了传统电流控制当中复杂的解耦过程。软件数值仿真结果表明,该控制策略表现出良好的观测效果及电流跟踪效果。

基于准谐振滤波器的永磁同步电机死区补偿方法研究

在逆变器中,为了防止上下开关管同时导通,通常会在导通时间中加入死区时间,使得永磁同步电机产生5次和7次电流谐波。显然,研究如何抑制该谐波是非常有必要的。首先分析了死区时间引起的5次和7次电流谐波,然后采用准谐振滤波器提取电流中的谐波分量来死区补偿并进行稳定性分析,最后在MATLAB/Simulink仿真平台上验证所提方法的有效性。

基于反步自适应准谐振控制的双馈风机次同步振荡抑制策略

随着电力系统容量和规模的不断扩大,常采取串补电容的方式提升输电线路的输电能力,但这加剧了电力系统中出现次同步振荡(SSO)的风险。SSO的产生会影响双馈感应发电机(DFIG)转子侧变流器(RSC)的控制,进而引起定子电流的振荡发散,严重时将会导致风机解列脱网。因此,为解决SSO对RSC控制产生扰动的问题,该文提出了基于自适应准谐振控制的RSC反步次同步振荡抑制策略。首先对SSO在RSC控制系统中的传播路径及其频率变化对控制的影响等内容展开研究;然后通过反步控制器与自适应准谐振控制器的协同控制,对DFIG定子中宽频带SSO电流进行抑制,避免发电系统输出受到SSO的影响;最后通过搭建仿真模型与实验平台,验证所提理论与控制策略的有效性。该文分别对在10 Hz、20 Hz、30 Hz及频率变化时SSO影响下的DFIG定子振荡电流抑制效果进行验证。实验结果表明,所提策略对DFIG系统中宽频带SSO具有良好的抑制效果。

永磁同步电机基于双积分器模型实现的改进离散准谐振控制器设计

因逆变器非线性和电机本体设计缺陷所带来的电流谐波会导致转矩脉动和损耗增加,影响电机控制性能甚至缩短使用寿命。基于双积分模型实现的准谐振控制器能较好地抑制电流谐波,但因积分器采用欧拉离散会带来谐振点的偏移和相位滞后等问题,影响谐波抑制效果。针对此问题,该文改进传统的基于双积分模型实现的准谐振控制器,提出双积分器零极点解耦校正模型,以达到谐振点准确跟踪、控制器稳定裕度高的目的,且计算量较小;为避免因加入准谐振控制器导致电流控制系统失稳,将所提出的改进离散准谐振控制器放入整个电流控制系统中,分析其稳定性并给出控制参数选择依据,并考虑到电流控制系统的采样和更新延迟。最后,通过台架实验对比验证所提出的改进离散准谐振控制器在谐波抑制性能上的有效性。

永磁同步电机准谐振自抗扰电流谐波抑制

为了抑制永磁同步电机电流谐波并提高系统鲁棒性,提出一种新型准谐振自抗扰控制(quasi-resonant active disturbance rejection control,QRADRC)方法。该方法改进传统扩张状态观测器(extended state observer,ESO)结构,在其扰动估计回路中增加并联准谐振环节,由此构建的新型准谐振扩张状态观测器(quasi-resonant extended state observer,QRESO)作用于线性自抗扰电流环。新型QRESO中的基本ESO用以估计直流扰动,引入的准谐振环节用以估计交流扰动,从而使新型QRADRC既可有效抑制电机参数摄动带来的直流扰动,又能够极大提高电流谐波交流扰动的抑制能力。该文对该型QRADRC的谐波抑制能力和抗干扰能力进行理论分析、仿真和实验验证。结果表明,与传统的比例积分(proportional integration,PI)、比例积分谐振(proportional integration resonance,PIR)、自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)3种方法相比,新型QRADRC方法显著降低了相电流5、7次谐波和转矩电流6次谐波,并且具有面向时变电机参数更强的鲁棒性。

基于准谐振与模型预测控制的永磁同步电机电流环控制策略

电机磁场畸变以及逆变器非线性等因素导致的电流谐波会影响电机的控制性能甚至缩减使用寿命。模型预测控制作为一种可以实现多输入多输出控制的方法在电机控制中得到应用。构建合适的代价函数可以得到优于传统PI的电流波形,但对于一些难以建模的扰动抗性较差。在验证连续集模型预测控制有效性基础上,采用嵌入了准谐振控制器的模型,对特定频次的谐波进行抑制,实现了更好的谐波抑制效果。通过电机台架实验,进行了电流波形的对比,验证了该模型的有效性和可行性。

一种基于准谐振技术的反激电源设计

为了解决大功率电池充电机内部辅助电源损耗大、效率低的问题,设计了一种基于准谐振技术的反激电源。针对传统反激电源存在的开通损耗和干扰问题,介绍了准谐振反激电源谷底检测和触发功能的工作原理和实现方法。详细介绍了一种额定功率为65W的准谐振反激电源的电路设计,在此基础上利用仿真软件搭建准谐振反激电源的电路模型,通过仿真初步验证了谷底锁定和触发功能。最后,制作了一台电源工程样机,进行了实物验证。实测结果表明,该反激电源采用准谐振控制方式,实现了谷底锁定和触发功能,可根据负载大小自动切换触发谷底,在全负载范围内都可达到较高效率,最高效率可达85%。

一种斜率检测谷底导通控制一次侧反馈准谐振反激电路

针对准谐振工作模式的反激电路的开关管开通损耗高、开通时du/dt大导致EMI差的问题,提出一种斜率检测谷底导通控制方法。有效提高了谷底电压的检测精度,降低了开关管的开通电压,降低了开通损耗;减小了开通时开关管的du/dt,改善了电路的电磁干扰(EMI)性能。详细分析反激电路及所提控制方法的原理和工作过程,以及所提控制方法对电路EMI特性的影响,并设计了关键参数。最后,仿真和实验给出了样机在功率20~40 W,输入电压DC 430 V,输出恒流DC 1.05 A的效率曲线和EMI特性曲线,并与目前广泛运用的去磁检测法对比,验证了所提出控制方法的有效性。

基于内置SiC-MOSFET的AC/DC准谐振变换器研制

该文首先阐述了BM2SC12xFP2-LBZ的软开关、过流保护等基本功能,然后基于此芯片设计了一款反激变换器,该文简单介绍了变压器、过流检测和过流保护点等关键参数的设计过程,最后通过实验测试论证变换器工作于准谐振状态,变换器的效率可达到90%以上。相比于其他软开关的控制策略,该变换器控制策略相对简单,使用元器件数量少,易于设计实现。

调频准谐振变换器系统的非线性全阶建模及符号分析法

基于开关函数建立了准谐振变换器的全阶非线性电路模型 ,并用等效小参量法进行分析 ,可得到全符号表示的谐振元件和滤波元件状态变量的直流解和纹波解。文中分析方法表明 ,利用开关函数的非线性建模及等效小参量分析 ,可统一PWM类及谐振类变换器的分析。

基于双层准谐振开关电容的锂电池组均衡方法

电动汽车用动力锂电池组一般采用多个电池单体串并联的结构,由于电池单体本身的不一致性,需要在电池组充、放电过程中进行能量的均衡控制。采用双层准谐振开关电容的均衡方法进行串联电池组的能量主动均衡,通过对常规双层开关电容均衡方法的改进,利用准谐振软开关实现开关的零电流导通和截止。仿真及实验结果验证了该方法的有效性。

反激式准谐振开关电源工作频率确定及电源研制

采用ONSEMI公司的NCP12系列芯片制成了准谐振(QR)零电压切换(ZVS)电源。介绍了用准谐振技术使反激式开关电源获得的零电压切换效果,详细讨论了该电源工作频率的确定方法,给出了所研制电源的电路及其工作波形。由电路波形及测量数据看出,改进后的电路开关损耗显著降低,取得了较好的效果。

一种统一的准谐振开关变换器的等效电路分析法──高频网络平均法

本文提出了高频网络平均法：利用受控电源（控制量为低频变量）来代替电流（或电压）高频变化的元件。利用它对准谐振开关变换器进行分析，得出了其非线性非时变的等效电路。这一方法简单实用，物理意义鲜明，对于准谐振开关变换器的分析具有实用意义。

零电流准谐振开关电源的设计

分析了半波次级谐振的零电流准谐振变换器的工作原理 ,并研制了一台以UC3867为核心控制芯片的准谐振电源样机 ,对该电源进行了实验 ,结果表明准谐振电源具有开关频率高、效率高和纹波电压小等优点。

300W零电流型准谐振直流电源设计

分析了半桥结构半波模式零电流谐振型直流变换器的理论模型 ,给出了谐振元件的计算方法 ,设计出用于短波通信装备的准谐振式直流开关电源 ,并给出了测试和应用结果。