Analysis of Soft-Switched High Frequency AC-AC Converter for Induction Motor Drive

The systematic mathematical analysis of the high frequency soft-switched AC-AC converter is proposed for variable frequency induction machine load in this paper. Both PWM and square-wave modes of operation have been considered. The frequency relation and phase unbalance problem due to discrete time integral half-cycle switching has been discussed in the beginning. Then, generalized Fourier series have been derived for output voltage, output current and supply current in two modes.The analytical results help to understand tbe converter characteristics, design optimally a convertermachine system of arbitrary capacity considering the various trade-off parameters.

High-power High-efficient and Simplified High-frequency Switching Power Supply for Electrolytic Plating

针对大功率电解电镀开关电源的输入整流级引起的无功和谐波等电能质量问题,研究了一种基于高效PWM整流的高频开关电源。该电源前级整流器仅用4个开关管来进行PWM整流,后级采用半桥逆变器进行高频变换,显著减少了开关数量。针对三相四开关PWM整流器,推导一种基于开关模型的无差拍控制方法,该方法可实现系统的快速、无差整流。针对多台开关电源的并联均流问题,提出一种基于虚拟阻抗的自均流控制方法,可实现多台电源的均流稳定运行。通过仿真与实验验证了所提结构和控制方法的正确性。

Modeling and simulation of induction motor drive system to investigate and mitigate of PWM inverter’s adverse effects

Modeling and simulation of induction motor drive system to investigate and mitigate the adverse effects of PWM inverter based on analysis, modeling and simulation are presented. The estimation of conducted disturbances and other adverse effects of PWM inverter by simulation offer a considerable gain from the economic point of view. For an accurate model of the motor drive system including mains, rectifier, inverter, motor and its long cables, the high frequency parasitic current paths are taken into account. The novel model and its parasitic values for three-phase induction motor system are presented. Finally a new solution for suppressing EMI, common mode voltage, leakage current, bearing current and shaft voltages is proposed and the results show the excellent performances of proposed solution including active and passive filters.

高速低载频比传感信号下的逆变器有源阻尼自适应控制

逆变器工作在高频运行和控制载波比低的情况下,存在谐振尖峰抑制,提出了高速低载频比传感信号下的逆变器有源阻尼自适应控制技术。在高速低载频比传感信号下,构建逆变器数学模型。输出电流到电容电压与定子电流之间的传递函数,将逆变器的有源阻尼等效成一个控制电压环。调整有源阻尼自适应控制回路的参数,制定逆变器有源阻尼自适应控制策略。实验结果表明:文中技术的稳定裕度由2.46 dB下降至1.18 dB,可以保证逆变器的稳定运行;在不同采样频率下,可以控制逆变器输出与电网电压相同相位和频率的并网电流,其中在采样频率为5.9f时,输出并网电流和电压均表现为正弦状态,波动范围分别为[35 A,58 A]和[185 V,225 V],具有较好的控制效果。

正弦波逆变器波形稳定混合控制策略研究

受蓄电池放电能力和实际电压限制,逆变器在稳定运行状态下,若瞬间断开或连接大负载,会使负载电压出现较大波动,严重时损坏设备。若直流母线电压较低,则逆变器输出的正弦波波形易产生削顶削底现象,对感性负载有影响。针对该问题,提出有效值闭环控制与定点电压闭环控制相结合的混合控制策略,在电压高于320 V时,采用定点电压闭环控制方式;若直流母线电压低于320 V,采用有效值闭环控制方式。经过仿真分析和实验验证,采用该混合控制策略,逆变器能够快速响应负载变动并使正弦波波形不会产生畸形。

基于BP神经网络算法的超声电源频率追踪技术

超声振动系统主要由超声换能器和超声复合加工电源组成。其中超声换能器在加工过程中受到多种因素影响,会发生谐振频率漂移现象;超声复合加工电源需要输出对应频率的电信号,保证超声振动系统的稳定工作。为避免超声换能器损坏,设计一种基于BP神经网络算法的控制模型,通过分析超声电源运行历史数据来实现对超声电源输出频率的控制。利用Multisim对电路进行仿真,并通过试验采集理论谐振频率在25 kHz的超声换能器稳定工作时超声复合加工电源的输出信号,通过Matlab建模仿真来验证BP神经网络模型的控制精度和可靠性。结果表明,产生的模拟输出与实际输出频率最大误差不超过5%,有助于超声复合加工电源的稳定工作。

适用于构网型新能源发电系统的MCSPWM多电平逆变器

构网型新能源发电系统具备系统惯量支持和电压支撑的优势,可利用各种能源之间的互补性,提高能源利用率及系统稳定性。在该系统中,多电平逆变器发挥着重要作用。为此,提出一种新型的开关电容九电平逆变器及基于高频的多重载波正弦脉宽调制(multi-carrier sinusoidal pulse width modulation,MCSPWM)策略,该逆变器在开关数量、管压应力、升压能力和控制难度等方面具有优良的综合性能。该文分析了该逆变器的工作原理和抑制电容充电电流尖峰的方法,在软硬件设计的基础上,成功研制了新型开关电容九电平逆变器实验样机。样机实验结果证明,所提出的拓扑在高频调制策略下具有输出2倍升压、双向功率流的能力,开关电容可自动均压,开关管电压应力不超过输入直流源电压Uin,并且开关电容纹波电压的峰峰值小于2V。新型开关电容九电平逆变器,在构网型新能源发电系统中具有潜在的应用前景。

逆变器高频谐波扰动电子信号自动检测方法

研究逆变器高频谐波扰动电子信号自动检测方法。构建逆变器的电子信号采样函数,获取电子信号采样结果。利用改进后的阈值函数对电子信号进行小波去噪处理,通过混合字典对去噪后的信号进行稀疏分解,确定电子信号高频谐波扰动特征。利用BFGS校正拟牛顿算法优化BP神经网络的梯度和参数,将电子信号高频谐波扰动特征输入优化BP神经网络中,得到逆变器高频谐波扰动电子信号自动检测结果。实验结果表明,所提方法能精准获取逆变器电子信号,对高频谐波扰动电子信号的检测误差小,效果好。

考虑频率耦合的并网逆变器不同域控制的稳定性比较

高渗透率下并网逆变器(grid-connected inverter,GCI)与高电网阻抗的交互作用可能引发系统失稳问题。GCI的电流控制根据控制域的不同,可分为相域比例谐振(proportional resonance,PR)控制和dq域比例积分(proportional integral,PI)控制。首先,考虑频率耦合效应,基于谐波线性化方法分别建立了LCL型GCI采用相域PR控制和dq域PI控制的序导纳模型,并考虑电网电压前馈的影响,对这两种不同域控制的GCI的序导纳特性进行了对比分析。基于所建的序导纳模型和广义奈奎斯特判据(generalized Nyquist criterion,GNC),分析了电网电压前馈和电网强度对两种不同域控制的GCI并网系统稳定性的影响。稳定性分析结果表明:不考虑电网电压前馈时,相域PR控制的GCI系统稳定性强于dq域PI控制的GCI系统;而引入电网电压前馈后,二者系统稳定性基本相同。最后,通过仿真验证了理论分析的正确性。

考虑风-储-直参与调频的电力系统频率特征定量分析

以风电、储能、柔性直流输电为代表的高比例可再生能源和大量电力电子设备的并网,使得电网中传统火电的比例下降,这将在一定程度上影响电力系统的频率稳定性。为定量分析风电、储能、柔性直流输电系统参与调频下电力系统的频率特征,首先提出多种调频资源参与调频下的电网频率特征定量分析总体思路,建立风-储-直调频频率响应模型。然后基于频率特性传递函数对电力系统稳态频率偏差、初始频率变化率、最大频率偏差和频率安全裕度进行理论推导;且定量分析了稳态频率偏差变化规律以及惯性时间常数、辅助调频单元控制比例系数对频率稳定性的影响,并计算稳态频率偏差与功率扰动的关系。最后,基于仿真软件验证了所提分析方法的可行性和有效性。仿真表明所提方法可有效定量分析电力系统频率特征,可为双高电力系统下电网频率安全稳定运行与控制提供指导依据。

一种高频链的IMC五桥臂逆变器

提出了一种用于双电机传动系统的高频链(HFL)间接矩阵变换器(IMC)五桥臂逆变器拓扑,解决了传统IMC五桥臂逆变器电压传输比低的问题,同时具有功率密度高、传输损耗低、能够实现输入输出级电气隔离的优点。提出了用于HFL IMC五桥臂逆变器的半周期双极性空间矢量调制策略和双逆变器输出的分层控制策略,实现了零电流换流的同时,扩大了变换器的应用范围。实验结果验证了控制策略的正确性和有效性。

三相四桥臂逆变器高频振荡机理分析及基于电流反馈的阻抗重塑方法

在分布式电网和配电网中,相较于三相三线制系统,由于三相四线制系统中存在额外的零序通路且零序分量也会引起高频振荡,导致现有的高频振荡抑制方法不再适用。分析了单电感滤波的三相四桥臂并网逆变器接入带并联补偿电容的电网时的高频振荡产生原因。为抑制正序、负序和零序分量引起的高频振荡,提出了一种基于电流反馈的阻抗重塑方法。该方法可以改变三相四桥臂逆变器的正序、负序和零序阻抗在高频段的幅值和相位,确保系统在高频段有足够的相位裕度。理论分析和硬件在环实验验证了所提出控制策略的正确性和有效性。

变频电机匝间绝缘故障放电信号电磁辐射特性研究

特高频(UHF)检测法是变频电机绝缘诊断局部放电(PD)的重要方法,采集得到的PD信号电磁频谱与放电类型、传感器天线及信号接收装置密切相关,然而,传统方法难以判定PD信号是绕组绝缘放电特征,还是绝缘绕组作为发射天线的辐射特性。该文将聚酰亚胺单点交叉试样作为偶极子天线,利用高频电磁仿真软件计算天线谐振频率,分析不同长度、不同交叉角度下试样天线的辐射特性;然后利用宽频天线(0.5~2 GHz的阿基米德螺旋天线)搭建PD检测实验平台,研究试样天线长度、实验环境和方波脉冲电压参数对PD信号频域特性的影响。在此基础上,仿真分析扁线电机定子匝间绝缘局部放电的电磁辐射特性,依据IEC 60034-18-41标准对匝间绝缘和主绝缘施加相应的方波脉冲电压,利用宽频天线进行PD检测。结果表明,单点交叉试样天线的计算谐振频率f_(1)、仿真谐振频率f_(2)和PD信号频域f_(3)基本一致,且均随试样天线的增长往低频域移动;10 cm的单点交叉试样天线的仿真谐振频率为2.15 GHz,此试样下实验得到的PD频域信息缺失,时域幅值大幅下降。可以得出,电机匝间绝缘的放电特性与其作为发射天线的辐射特性相关。

模块化并联逆变器基于单总线的相位同步方法

为了消除共交直流母线结构的模块化并联逆变器高频零序环流,同时避免模块投入时的冲击电流,文中提出一种基于单同步总线的基波和载波相位同步方法。首先,分析晶振频率偏差对模块化并联逆变器高频零序环流的影响;然后,构建一个基于或非逻辑的同步信号发生器电路。同步信号发生器通过综合各模块的输入信号,产生一个公共的工频同步信号,并在同步信号的上升沿实现对基波和载波相位的逐周期调节。文中详细地进行基波和载波相位同步控制器参数设计,分析延时时间对载波相位同步控制的影响,并提出一种开环载波相位补偿方法。最后,通过实验验证所提方法的有效性。

基于新型高频纹波电流补偿方法的内置式永磁同步电机无传感器控制

高频方波信号注入法已广泛运用于内置式永磁同步电机(IPMSM)无位置传感器低速控制中,该方法可以避免使用滤波器且明显提高系统带宽。然而,在轻载或空载等基波较小时,当逆变器的死区效应使高频电流响应出现畸变,此时逆变器的非线性将会严重影响高频注入法的位置估算精度。针对上述问题,该文重点分析逆变器非线性对IPMSM高频方波注入法的影响,提出一种新型高频纹波电流提取和补偿方法,有效降低死区的影响,提高注入电压的效率,抑制逆变器非线性引起的位置角度误差。通过仿真和实验结果证明,与传统方法相比,该方法可以在注入相同电压幅值的情况下有效降低位置估算误差,验证了所提出方法的可行性和有效性。

下一代高铁高频轻量化单相逆变器的设计与开发

为适应下一代高铁对单相逆变器的扩容与减重需求,论文提出了一种高频轻量化单相逆变器设计方案。前级DC-DC电路采用2路高频移相全桥软开关电路的并联冗余设计,并采用双闭环均流控制算法;后级DC-AC电路为单相全桥电压源型逆变电路,采用基于二阶广义积分器(SOGI,Second Order Generalized Integrator)和一阶低通无限冲击响应(IIR,Infinite Impulse Response)滤波器的前馈—反馈控制算法以提高单相逆变器的闭环响应速度和控制精度。基于上述拓扑和控制算法在Simulink仿真环境下搭建了仿真模型,仿真结果证明了方案的可行性。在一台额定功率为6 kW的单相逆变器上进行试验验证,试验结果证明了所提的硬件架构和软件算法的有效性。

基于RT-LAB、RTE-Drive的光伏并网发电系统半实物建模及仿真研究

以集中式光伏并网发电系统为对象,开展基于RT-LAB、RTE-Drive的光伏并网系统半实物仿真建模研究,针对高开关频率下仿真步长过大引起脉冲失真问题,提出一种针对光伏逆变器的高频脉冲插值仿真方法,并进行对比仿真测试。结果表明,提出的插值仿真方法能够准确捕捉高频脉冲变化情况,提高系统稳定性和响应速度,满足高开关频率测试要求。

矿用物联网设备无线充电方案研究

煤矿物联网系统中包括许多需要电池供电,且24 h不间断工作的设备,如果电池更换不及时,将威胁到安全生产。为解决电池更换频繁,同时避免有线充电过程中易产生过热、过充安全隐患问题,引入无线充电技术,设计基于交错并联、全桥逆变及耦合谐振等技术的三段式、非接触充电方案。利用Simulink软件搭建交错并联Boost、初级Buck、高频逆变及次级Buck单元电路仿真模型。合理设置参数使Boost单元在0.4 s后稳定输出400 V电压,初级Buck单元在0.015 s之后稳定输出311 V电压,再通过高频逆变及次级Buck单元在0.01 s之后可输出理想直流电压24 V,符合系统设计要求,并能提高充电安全性与便捷性。

无阻尼LCL并网逆变器振荡机理及优化控制

无阻尼LCL型并网逆变器具有效率高、谐波畸变率低的优点,但是在工程应用中经常会出现高频振荡的问题。针对无阻尼LCL型并网逆变器的高频振荡问题,首先对并网逆变器模型进行了合理简化,得到了适用于高频稳定分析的单相线性模型,然后分别分析了电网阻抗、滤波电感衰减、多机并联对并网逆变器高频稳定的影响,指出了影响高频稳定的关键环节并且给出改进措施,最后通过系统仿真与样机实验验证了所提理论分析的正确性。