模拟电子电路的两端口网络阻抗等效变换

“模拟电子技术”中的很多基本电路都可视为三端子两端口网络。在学习过程中,为有效分析其输入-输出特性,往往需要对其进行输入回路和输出回路的拆分式解耦等效分析,而阻抗参数等效变换成为一大难点。基于电路理论基础知识,对三端子两端口网络的串联式和并联式阻抗参数等效变换进行了详细推导,并将所提的参数等效变换方法应用于三个典型模拟电路的特性分析,有效简化了电路分析过程。

应用于交流电机驱动的新型串联绕组拓扑的动态电流控制性能分析

电机绕组的动态电压是影响其电流变化能力的直接因素。为了提升电机的转矩响应速度,从直流电压利用率的角度分析串联绕组拓扑的动态电流控制能力。首先,从拓扑结构出发,相比于三相半桥拓扑,串联绕组拓扑将直流电压利用率提升了73%,这使得其动态电压更加充裕。然后,在不同的转速工况下,分析串联绕组拓扑、三相半桥拓扑以及采用电压修正策略的三相半桥拓扑的动态电流控制性能。最后,经仿真与实验证明,若采用电压修正策略来增大三相半桥拓扑的动态电压裕度,其只在转速接近额定转速时效果才凸显,且提升有限。而采用串联绕组拓扑,其在电压深度饱和下的电流动态响应时间将显著减小。

自平衡策略的电流互感器取能调速风冷装置设计

随着我国电力系统输电量逐年上升,输电网络中的换流变压器阀侧套管等关键设备部件热功率也随之增大,因此有必要设计开发散热风机等设备,实现过热故障多发点的主动散热。设计研发一种电流互感器(CT)取能调速风冷装置,利用CT从输电线路上获取能量为散热风机供能,以解决输电线路现场常规电源无法使用的难题。针对CT的取能能力随着输电线路电流不断变化且不受控的问题,设计一种功率主动自平衡新策略,通过利用负载的控制自由度来适应CT二次侧电流的宽变化范围,从而扩展装置的稳定运行区间,提升电源的取能能力。将装置套装在交流输电母排上进行实验验证,母排电流的有效值在上千安培范围内变化,装置始终稳定且保持60%以上的功率容量利用率。

基于模型预测VSFPWM的串联绕组逆变器电磁干扰抑制研究

脉宽调制(Pulse width modulation,PWM)逆变器开关过程产生的共模电磁干扰(Electromagnetic interference,EMI)会对系统产生显著的负面影响。以新型的串联绕组逆变拓扑结构为研究对象,采用基于电流纹波预测模型的变开关频率脉宽调制技术(Variable switching frequency PWM,VSFPWM),同时考虑实际逆变系统中电感饱和效应的影响,实现对电流纹波的精确控制,完成共模电磁干扰的抑制和开关损耗的降低。提出串绕组拓扑下考虑电感饱和的模型预测变开关频率策略,通过仿真和试验对比分析不同变频开关频率调制策略下的电磁干扰抑制效果、输出电流质量及开关损耗等性能。仿真和试验表明该策略能够有效抑制共模电磁干扰、降低开关损耗,并确保输出电流的波形质量。

船舶电力推进中十五相感应电机同轴运行及容错控制策略

同轴双十五相电机推进系统具有高可靠性、能容错运行、能驱动较重负载等优势,因此其在船舶电力推进中的应用具有重要意义。本文首先分析建立了十五相电机的数学模型,在此基础上建立了十五相感应电机和螺旋桨负载的仿真模型。通过广义派克变换矩阵的建立,设计了十五相电机转子磁场定向矢量控制策略,并结合同轴电机的转矩随动控制,得到了转矩随动矢量控制策略。分析了断相故障下十五相电机气隙磁场的变化,研究了切除对称分布定子相绕组的容错控制策略。通过Matlab/Simulink中的仿真模型,说明了同轴双十五相电机推进系统控制策略的有效性和容错控制策略的可行性。

多相电机控制驱动技术研究综述

由于能够实现低压大功率、高可靠性、高控制灵活度等优点,多相电机在交流传动领域得到了越来越多的应用。本文概述多相电机及其控制驱动技术的国内外发展历史,介绍矢量控制、直接转矩控制、模型预测控制三种典型的多相电机控制方法,对比解耦控制和最优电流控制两种容错控制策略,并归纳目前出现的多相逆变器的各种拓扑结构及其特点,进而对两种PWM调制策略的研究现状进行讨论,最后对当前的多相电机控制驱动技术进行了简要总结和展望。

多相电机统一SVPWM调制及无速度传感器控制实现方法研究

针对多相电机统一SVPWM调制实现问题及多相电机全阶观测器无速度传感器矢量控制的实现问题,在传统三相电机零序电压注入SPWM实现SVPWM调制的基础上,推导了多相电机统一SVPWM实现方法和多相电机矢量控制统一坐标变换理论及基于全阶观测器的无速度传感器矢量控制理论。以五相异步电机为例,研究了零序电压注入方法下的SVPWM电压利用率提高百分比、五相异步电机基于全阶观测器的无速度传感器矢量控制,并在五相异步电机实验平台上进行了实验验证。实验结果表明提出的统一SVPWM调制方法可以提高电压利用率、优化谐波性能。统一多相电机全阶观测器无速度传感器矢量控制可以实现多相电机无传感器控制、减小系统成本、提高系统可靠性。

考虑电感不对称的多单元永磁同步电机转子初始位置检测

多单元电机是多三相电机的一种,其定子绕组由多个三相绕组单元构成,由于各单元的三相绕组沿电机圆周依次分布,各单元内的三相电感值呈现不对称性。该文以一台四单元永磁同步电机为对象,指出互感的差异是电感不对称的主要原因,分析电感值的不对称会给转子初始位置的检测带来误差,并给出考虑电感不对称的转子初始位置检测方法。在基于线电感的脉冲电压注入法基础上,提出对线电感检测值的修正方法,消除电感不对称性对转子定位的影响。实验结果表明,运用所提方法对线电感检测值进行修正后,转子初始位置的最大检测误差从12.4°减小到3.2°,有效提高多单元永磁电机的转子初始位置检测精度。

基于虚拟绕组和全阶观测器的五相感应电机无速度传感器容错控制策略

多相电机驱动系统可靠性高、容错能力强、控制自由度更多。该文提出了虚拟绕组容错控制的思路,电机断相故障工况与正常工况下采用统一的控制算法框架。算法将断相故障转换为空间尺度下控制指令的约束,同时在时间尺度下加入各次谐波平面上的谐波抑制算法,实现时空协同容错控制;另一方面,引入全阶观测器估计电机磁链和速度,实现多相感应电机驱动系统无速度传感器容错控制。最后,在五相感应电机实验平台上验证了所提算法的有效性,实现了电机断相工况下转子磁链和转子转速的准确估计,输出转矩波形中的脉动分量得到有效消除,断相切换过程平滑过渡。

异型同步发电机并联运行控制策略数值仿真

异型同步发电机的并联稳定运行是船舶电力系统发展中遇到的新问题。研究同步发电机投入并联运行的条件,并以此为基础设计并联运行的控制策略,然后利用调速器下垂的特性实现同步发电机间的有功功率分配,利用自动调压装置下垂的特性实现同步发电机间的无功功率分配。最后,在MATLAB/Simulink中建立异型同步发电机并联运行的仿真模型,并对并联控制策略进行验证。仿真结果表明:在发电机的并车过程中,冲击电流得到了有效控制;在并联运行中,发电机的有功功率和无功功率实现了预期的合理分配。

一种基于谐波平面检测的五相电机驱动系统单相断相故障诊断方法

针对多相电机的故障诊断,提出一种基于谐波平面检测的五相电机单相断相故障诊断方法。将定子相电流进行克拉克变换得到三次谐波平面电流分量,进而经过滤波、归一化等运算提取出故障因子。通过故障因子阈值判别,结合三次谐波平面电流轨迹的位置角实现五相电机的单相断相故障诊断。最后,在多相电机驱动实验平台上进行了实验验证。实验结果表明,所提的故障诊断算法能够快速、准确地完成五相感应电机单相断相的故障诊断,并且在转速、负载瞬态扰动工况中表现出了强鲁棒性。

电力推进系统电力电子噪声的主动抑制技术进展

应用电力电子变流器的电力推进系统会带来电力电子噪声,并威胁可靠性。除了采用额外元件的无源滤波方法之外,采用结合脉宽调制(pulse width modulation,PWM)和拓扑结构的有源抑制方法可以得到更高的功率密度。该文介绍3种主要的抑制方法:变开关频率PWM、载波移相和零共模PWM方法,其中后两者是基于逆变器并联结构的方法。进一步地,可以应用载波移相或者零共模PWM设计双三相电机结构,实现直接在电机上对噪声进行抑制。这种结构是未来电力推进中一个有潜力的方案。

十二相不控整流发电机并联运行的建模与仿真

多相整流发电机因其直流供电品质高、可靠性高,在船舶电力推进中得到了越来越多的应用,整流发电机的并联运行对于提高船舶电力系统的容量和安全性具有重要意义。推导了十二相同步发电机的数学模型,在MATLAB/Simulink中建立了两台带不控整流的十二相同步发电机并联运行的仿真模型。探讨了两台并联运行发电机间功率分配的控制策略,设计了电压—电流下垂特性曲线和曲线截距的自动补偿,并将其应用到励磁控制系统中。通过仿真实验,验证了该控制系统的有效性。

SiC功率器件在轨道交通行业中的应用

为解决轨道交通牵引及辅助系统的轻量化等问题,宽禁带半导体器件如SiC器件的应用需求越来越大。SiC材料具有禁带宽度大、击穿场强高、电子饱和漂移速率快等特性,能满足在中大功率、高温、高频条件下工作的应用要求。简述了SiC器件相比传统硅基器件的突出优势及商业化和实验室研发情况,介绍了SiC功率器件在轨道交通行业中的发展现状,同时对其在未来轨道交通装备业的发展提出了建议和展望。

十五相感应电机带螺旋桨负载的矢量控制仿真研究

推导了十五相电机的数学模型,并建立了其仿真模型。分析了螺旋桨非线性负载特性,建立了螺旋桨的数值仿真模型。进行了十五维广义派克变换的推导并研究了变换矩阵的物理意义,在此基础上设计了十五相电机转子磁场定向矢量控制策略。通过MATLAB/Simulink中的仿真实验,验证了多相电机模型和螺旋桨模型的合理性,也验证了多相电机矢量控制策略的有效性。

基于模型预测变开关频率PWM的EMI主动抑制技术

脉宽调制(PWM)是电力电子技术的重要基础领域,是当前电力电子变换器实现交直流电能变换与控制的主要方式。模型预测变开关频率PWM技术是经典脉宽调制技术理论在电力电子变换器领域的重要发展,也是扩频调制技术的一个新兴分支,融合了微秒级时间尺度的开关纹波时域预测模型,可主动控制PWM开关频率自由度,在实现电磁干扰主动抑制的同时,综合权衡了电力电子变换器开关纹波、开关损耗等重要因素。文章综述了基于模型预测变开关频率PWM的传导电磁干扰主动抑制技术的研究进展,回顾了基于不同预测模型的变开关频率PWM技术的实现方法,探讨了模型预测变开关频率PWM技术应用过程中的关键共性问题,进而展望了此技术在电力电子变换器领域的发展方向与机遇。

磁悬浮轴承新型电力电子控制器及其应用

主动磁悬浮轴承是高速旋转机械支承的最佳方案之一.磁悬浮轴承系统中,采用电力电子实现电磁力控制是一个核心技术.但是,目前磁悬浮轴承的研究领先者主要集中于欧美日发达国家.国内在以控制器等为代表的核心技术方面还有较大差距.面向集成化、可靠性和抗扰性的研究还有较大空间.具体而言,磁悬浮轴承控制器在技术上的瓶颈包括:传统多轴磁轴承控制器器件数量多,损耗大,故障点多且检测困难;电力电子器件失效后快速准确的故障诊断与智能化拓扑切换技术;转子不平衡带来明显的位置扰动.目前工业和国防应用中迫切需要拥有全自主知识产权的可靠稳定和高品质运行的磁轴承控制器.

具有定子直流励磁能力的新型电机控制器演变

采用全控型电力电子器件的逆变器是现代交流电机控制的主要方法.近年来一系列带直流偏置正弦电流的新型磁阻电机被相继提出.与基于传统半桥拓扑型逆变器的电机控制器不同,驱动控制该类磁阻电机的电力电子变换器需要具有定子直流励磁电流输出能力.本文首先介绍了集成直流励磁能力的新型电机控制器的基本控制原理和拓扑结构.在此基础上,通过对四种改进方案的介绍,展示了新型电机控制器的改进路线图.本文提出从功率器件容量和控制自由度两个方面出发进行改进,可以有效降低新型电机控制器的成本、体积和功率损耗.进一步地,通过对基本拓扑结构和本文所提出的三种改进的拓扑结构进行深入的讨论与对比,可以得出,串联绕组拓扑是目前硬件水平和控制性能均最优的新型电机控制器拓扑结构.相比传统半桥拓扑,该拓扑在增加一个桥臂的条件下,实现调制比和调速范围增加近一倍,不仅适用于特殊的磁阻电机,也能够通用于各类交流电机的控制,还可以进一步拓展至多相系统.所介绍的五种新型电机控制器拓扑结构都具有原型机和实验结果.结果显示,基于定子绕组注入直流电流这一需求设计的一系列新型电机控制器在性能上实现了逐步改进.