三相PWM变换器电流切换预测控制仿真及实验研究

由于功率开关器件的作用,三相脉冲宽度调制(PWM)变换器呈现典型切换系统特征。相较于广泛使用的变换器线性化建模及控制方法,三相PWM变换器切换系统建模及控制方法能够精确描述变换器工作过程,且具有控制参数少和响应速度快的优势。已有成果存在开关频率不固定和需求高采样频率的问题。针对上述问题,提出一种三相PWM变换器电流切换预测控制方法。所提方法降低了系统采样频率需求并实现了变换器定频切换控制。仿真和实验结果证明了所提方法的有效性。

基于PWM占空比优化的PMSM预测直接转矩控制

针对永磁同步电机PMSM(permanent magnet synchronous motors)传统直接转矩控制DTC(direct torque control)存在开关频率不规则、开关噪声的频率范围太宽和死区补偿算法复杂等问题,提出了一种基于优化脉宽调制PWM(pulse width modulation)和死区补偿的PMSM预测DTC方法。该方法首先在已知零电压矢量的基础上,根据预测转矩和磁通误差来选择2个其他有效电压矢量,与此同时,也考虑反电动势和磁通-转矩耦合器;接着,利用1个零电压矢量和2个其他有效电压矢量预测每个采样周期的转矩和磁通变化量,其中,3个电压矢量的开关周期由转矩和磁通误差以及上一步计算出的预测转矩和磁通变化量共同决定;然后,采用死区补偿算法和改进的PWM来减小死区效应,以提高预测效果;最后,通过仿真和实验验证了所提方法的有效性和优越性。研究结果表明,所提方法在转矩控制和磁通控制效果要明显优于其他方法,且极大地降低了开关损耗。

基于自适应PWM扩展的SPMSM无位置传感器怠速启动策略

针对表面贴装式永磁同步电机(SPMSM)的无位置传感器控制系统,提出一种基于自适应脉宽调制(PWM)扩展的SPMSM怠速启动策略。首先将PWM周期分为零电压矢量作用时间和关断间隔时间,通过构建以定子电流矢量幅值为反馈的闭环控制器,实现了零电压矢量间隔时间的自适应扩展,从而避免短路电流过大的潜在风险。然后推导了非断续电流模式下的单点电流采样的位置估算式,从而仅利用三角载波的波峰和波谷时刻的采样电流即可估算出转子位置和转子转速。此外,借助微处理器的连续电流采样模式,准确获取零电压矢量作用下的电流变化,从而提高了转子位置和转速的估算精确度。最后结合矢量控制算法实现了SPMSM怠速滑行时快速、稳定的再启动控制,并在5.5 kW的SPMSM实验平台上验证了所提策略的有效性和可行性。

三相PWM变换器的共模电压抑制方法综述

脉宽调制(pulse width modulation,PWM)技术是电力电子变换器中最常用的控制技术之一,但不可避免地会产生共模电压。共模电压及其感应产生的轴电压、轴承电流等会严重危害电机甚至整个系统的安全运行,因此必须从源头上对它进行有效地抑制。首先分析共模电压的产生及作用于电机的基本原理,随后分别总结空间矢量PWM和载波PWM两种调制策略下进行共模电压抑制的控制自由度及相应控制方法,并对不同方法的性能进行对比,最后对其后续的发展方向进行展望。

Arduino中PWM调制在电子技术实验中的应用研究

基于开源控制平台Arduino控制器的开放性与易用性,在原有的电子技术综合实验中新增了以Arduino单片机为核心的实验教学模块。利用Arduino单片机中的脉冲宽度调制技术(PWM技术),单片机根据接收到的红外信号对应调节两个直流电机的输入电压,从而控制其转速比,进而控制由电机上的两个偏心镜反射后的点状激光的运动轨迹,利用视觉残留效果形成图案,并通过MATLAB设计了仿真实验验证了激光图案的正确性。新增教学模块扩展了传统的电子技术综合设计实验教学中焊接控制电路的内容,丰富了实验教学内容,加强对学生的编程能力和电子技术综合设计能力的培养,激发学生的学习兴趣。

并网换流器采样和PWM边带次生谐波特性研究

在高比例新能源接入电力系统背景下,配电网中部署的并网换流器数量日益庞大,并网换流器自身非线性特性产生的次生谐波逐渐成为电网谐波污染的重要的来源之一。为此,针对并网换流器A/D采样和脉宽调制(pulsewidth modulation,PWM)过程产生的边带次生谐波分量开展研究,分析采样和PWM调制边带次生谐波产生机理以及频率耦合机理,提出不同采样方式下PWM边带谐波分析方法,建立并网换流器采样和PWM边带次生谐波定量分析模型,分析影响边带次生谐波含量的主要因素,揭示边带次生谐波耦合效应对并网换流器端口谐波阻抗特性的影响规律。通过半实物仿真平台的测试结果验证理论分析的正确性。

三相电压型PWM整流器新型开关表直接功率控制

该文以三相电压型脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器为研究对象,提出一种基于新型开关表的直接功率控制(direct power control,DPC)策略。首先,根据两相旋转dq坐标系下整流器数学模型计算开关矢量对有功功率和无功功率的控制幅度,并归一化处理进行定量分析,以此为基础将传统DPC的12扇区重新划分为24扇区。然后,设计有功功率差值区间判断器,根据其输出值Cp和有功功率与无功功率滞环比较器的输出值Sp、Sq,选择当前扇区最佳开关矢量构造新型开关表,实现对有功功率的精确控制。仿真对比表明,该新型开关表不仅克服传统开关表对无功功率控制能力差的缺点,而且改善网侧电流总谐波失真,降低输出直流电压波动和有功功率与无功功率脉动。最后,搭建一台800W三相电压型PWM整流器样机,通过对比实验验证所提控制策略的正确性和有效性。

一种改进的CHB多电平变换器PWM调制策略

级联H桥CHB(cascaded H-bridge)多电平变换器是中压大功率电机驱动系统最广泛采用的拓扑,传统LS-PWM和PS-PWM不能很好地兼顾输入、输出电流的谐波性能,对比了CHB多电平变换器在这两种调制策略下的输入和输出THD,分析了两种方法下输入、输出波形产生区别的本质原因,进而探讨了一种局部载波移相PWM调制方法。该方法吸收了两种调制方法的优点,发挥PS-PWM调制时模块功率均衡和网侧输入电流谐波低的特点以及LS-PWM输出电能质量好的特点。最后,搭建了三相七电平CHB变换器实验平台,对局部载波移相PWM调制策略进行了验证。

基于二自由度PID的三相PWM整流器调压改进策略

基于前端电压源型整流器(voltage source rectifier,VSR)与后端电压源型逆变器(voltage source inverter,VSI)级联的VSR-VSI双三相脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)变换器已在电梯能量回馈系统中得到广泛应用,但前端三相VSR采用传统比例积分(proportional integral,PI)双闭环控制结构通常存在中端直流母线电压无法兼顾抗干扰性和跟踪性的问题。为此,文中提出一种基于二自由度比例积分微分(proportional integral differential,PID)的三相PWM整流器调压改进策略。首先,阐述基于VSR-VSI双三相PWM变换器级联系统的结构和工作原理,并给出前端三相VSR的传统PI双闭环控制方案及其参数设计过程,分析该方案不能兼具良好的抗干扰性与跟踪性的原因。在此基础上,给出基于二自由度PID的前端三相VSR直流调压优化策略及其参数设计方法。最后,利用软件仿真与实验测试对比结果共同验证了所述三相PWM-VSR直流调压改进策略的有效性与优越性。

不平衡电网下主动支撑型三相PWM变流器控制方法

三相脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)变流器在高性能电力终端上得到广泛应用,但受限于三相阻抗不匹配造成的电网不平衡问题,现有PWM变流器无法兼顾直流电压波动和网侧电流品质两大控制目标。为此,提出一种不平衡电网下主动支撑型PWM变流器控制方法。首先对不平衡电网下PWM变流器进行数学建模,论证在不增设辅助电路情况下直流母线电压波动和网侧电流品质间的控制矛盾性问题。在此基础上,通过在直流侧增设功率调节电路,实现交、直流侧的解耦控制,并进一步对所提方法的线性运行区域进行分析,给出了电网不平衡度与最小电容配置关系。最后,基于35kW测试样机进行测试与分析,论证了所提方法在不平衡电网下的适用性和优越性。

牵引电机轴承电蚀关键影响因素研究

轴承电蚀一直是困扰电机研发人员的难题之一。对大量发生轴承电蚀的电机进行分析,发现采用变频电源供电的电机最易发生轴承电蚀,经研究发现变流器共模电压是导致轴承电蚀的重要因素之一。基于地铁车辆牵引传动系统搭建仿真模型,从变流器主电路拓扑结构和脉宽调制策略两个方面,深入分析了变流器共模电压对轴承电蚀的影响机理。研究结果可为制定轴承电蚀抑制方案提供有力的理论支撑。

PWM逆变器驱动异步电动机采用长线电缆时电压反射现象的研究

PWM逆变器驱动的异步电动机 ,在逆变器和电动机之间采用长线电缆传输时 ,会产生电压反射现象 ,导致在电动机端产生过电压、高频阻尼振荡 ,使电动机绝缘老化 ,造成电动机在短期内绝缘击穿等事故 ,这是PWM逆变器驱动异步电动机采用长线电缆所产生的负面效应。文中首先分析了长线电缆传输时由于长线电缆的分布参数所产生的电压反射现象及其所造成的过电压等负面效应 ,分析表明电动机端产生的过电压与逆变器输出PWM脉冲上升时间和电缆长度有关 ,PWM脉冲上升时间愈短 ,电缆愈长 ,反射现象愈明显。采用低成本无源滤波技术可消除这种负面效应 ,文中分析和设计了一种一阶RC电动机端滤波器 ,用于接在异步电动机的接线端上 ,实验结果表明该滤波器可有效地减小电动机端过电压等负荷效应 ,从而提高系统的可靠性。

高频PWM脉冲波传输引起电机端子过电压的研究

基于传输线理论 ,在分析高频PWM脉冲波在电缆上的传输及反射过程基础上 ,分析电机端子过电压产生机理 ;建立高频下适于仿真电机端电压的系统仿真模型 ,讨论反射波振荡频率对电缆和电机参数的影响 ,通过仿真建立反射波峰值电压与电缆长度、载频等参数的关系 ,提出在电机端并联阻抗匹配网络的方法抑制过电压。

PWM脉冲电压下电磁线绝缘老化机理分析

随着电力电子技术的发展,脉宽调制(PWM)电源得到了广泛应用。由于该电源输出电压是一系列脉冲电压,有可能导致变频电机绝缘过早破坏。目前,有关高压连续脉冲电压下绝缘材料失效机理各方观点尚未达成一致;过去的研究大多停留在宏观水平,主要是定性的实验研究,缺少微观定量分析的支持。针对上述问题,该文对变频电机定子绝缘的电磁线进行了老化实验。在此基础上,通过热刺激电流和脉冲下局部放电参数的关系,揭示了老化时间和陷阱参数(如峰值位置、陷阱能级)的联系。同时测量了局部放电参数(如起始放电电压、最大放电量、放电相位分布)随老化时间的变化。上述工作的开展,为更深入的脉冲电压下绝缘老化机理研究打下了坚实的基础。

基于PWM逆变器的LC滤波器

为了使脉宽调制(PWM)逆变器具有较好的输出波形,针对PWM逆变器谐波次数较高的特点,采用二阶LC低通滤波网络。从逆变器无功容量最小的角度,介绍了一种单相电压型PWM逆变器LC滤波器的设计方法,该方法综合考虑了滤波器的频率特性、功率因数等要素,根据该方法选择LC参数,可以优化滤波器性能。

单相电压型PWM整流器交流侧电感的设计

文章在分析稳态条件下单相电压型PWM整流器(VSR)交流侧矢量关系的基础上,提出了一种基于矢量关系的单相VSR4象限运行时的交流侧电感参数的设计方案,给出了忽略交流侧电阻且只考虑基波分量时交流侧电感的计算公式,并论证了交流侧电阻对电感参数取值的影响可以忽略。仿真结果验证了设计方案的正确性。

基于双PWM换流器的微型燃气轮机系统仿真

根据单轴微型燃气轮机和永磁同步发电机特点,建立了使用双脉宽调制(PWM)换流器的微型燃气轮机发电系统动态仿真模型。为控制交直交变换器中电容电压和提高微型燃气轮机控制系统响应速度,模型中采用了参考负荷功率的PWM恒压控制方式。与采用二极管整流装置的微型燃气轮机系统相比,该模型可对永磁同步电机转矩和整流器直流电压进行协调控制,使得系统充分利用负荷功率变化的信息。仿真结果表明,该模型能够在负荷发生较大变化时满足负荷电压和功率的需要,并能够减小变换器间直流电压波动以及对直流电容的容量需求,使整个微型燃气轮机发电系统承受负荷冲击的能力大大提高。

空间电压矢量PWM过调制技术的应用与研究

在电动车驱动中 ,为了解决电池低电压下输出大转矩的问题 ,研究设计了空间电压矢量PWM的两种过调制方法 ,实验结果表明能够有效提高输出电压 ,提高输出转矩 。

基于PFGA的步进电机PWM发生器设计

分析并设计了一种脉冲宽度调制(PWM)占空比序列实现步进电机正弦波电流驱动的方法。根据PWM基本原理和步进电机正弦波细分驱动的模式,对PWM计算公式进行了推导,得到了两种不同的计算方法,并得出占空比数据,二进制整数化后得到适合于二进制数字系统的整数化占空比数据序列。同时在Matlab中对PWM驱动方式进行建模、仿真、分析,得到二进制整数化占空比数据序列。对计算、仿真两种结果进行了比较,一致性很好。同时在现场可编程门阵列(FPGA)中设计了占空比序列PWM发生器,利用直接数字频率合成(DDS)选择不同频率的方波,实现步进电机细分数量的任意可调。

三电平逆变器PWM控制窄脉冲补偿技术的研究

针对高压大功率器件存在的窄脉冲问题,提出了新型的采用零序电压注入(Zero-SequenceVoltageInjection即ZSVI)补偿方法来消除窄脉冲的影响。在三相参考电压中注入零序电压,消除了输出线电压中窄脉冲带来的谐波分量和负序分量。仿真与试验结果表明,这种PWM方法在控制中点电位波动的同时,补偿了窄脉冲的影响。采用ZSVI方法后增加了输出电压,输出电压THD大大减小,输出电压THD不再受增加最大最小窄脉冲宽度影响,从而可以提高系统的可靠性。