中高功率交流电机逆变器的低开关频率控制策略综述

为了降低开关损耗,中高功率逆变器运行的开关频率都比较低,通常只有几千Hz有时甚至只有几百Hz,载波调制或是常规的SVPWM在降低开关频率之后会产生严重的电流畸变,需要使用特殊的开关策略控制逆变器。目前,适用于中高功率逆变器的控制策略主要有最优脉宽调制以及预测控制两大类。最优脉宽调制策略基于调制的思想,是一类较为成熟的逆变器低开关频率控制策略,应用广泛,但其计算量大、动态特性差的问题逐渐被学者们发现。预测控制虽然早在1983年就被提出,但由于当时控制器的硬件限制,一直没有引起重视,直至近年来才受到国内外学者的关注,并掀起了研究热潮。该文对最优脉宽调制以及预测控制进行了回顾,剖析了它们的设计思想,总结了近几年的研究成果,分析了各类方法的特点和局限,对待研究的问题进行了阐述,对未来的研究方向进行了展望。

基于流固物理场的电机逆变器功率模块散热结构优化设计

散热设计在电机逆变器功率模块研制过程中至关重要,温升是影响逆变器功率模块散热的关键因素。为了探究其温升特性,建立了一种基于流固物理场的电机逆变器功率模块结构模型,采用有限元分析法对功率模块的3D温度场和流体场进行了计算,分析了功率模块内部温度场及湍流流线的分布情况。在此基础上,进一步分析了导热胶脂参数、环境温度、风扇面积及格栅面积对功率模块温升的影响,得到一种优化后的功率模块流固物理场结构模型。结果表明,考虑空气流场的流固物理场模型能分析电机逆变器功率模块内部的温度,也可确定影响其温升的关键性因素。经优化后,在环境温度为20℃和125℃下,该模型能分别有效降低电机逆变器功率模块23.1%和10.01%的温度。该研究为电机逆变器功率模块的封装热设计提供了参考,同时为功率模块结温的在线估算提供了依据。

构网型逆变器与SVG并联系统无功功率协调控制策略

以静止无功发生器(static var generator,SVG)为例,针对构网型逆变器和SVG并联系统的电压稳定性问题,提出构网型逆变器与SVG并联系统无功功率协调控制策略。将并联系统的运行状态总结为四种工况,通过工况识别、无功补偿量计算、无功功率分配策略、工况切换,来协调不同工况下构网型逆变器与SVG注入公共耦合点的无功功率,使并联系统在各种情况下均可稳定可靠工作。在MATLAB中搭建模型并进行仿真,结果表明所提控制策略可以实现工况的快速识别与切换、无功补偿量的计算、无功功率的分配,以及对公共耦合点电压的快速支撑。

PWM逆变器-交流电机过电压抑制滤波器的功率损耗分析与参数选择

在PWM逆变器 -交流电机系统中接入滤波器是减小电机过电压的有效方法。本文研究了逆变器输出脉冲的不同上升 (下降 )时间、脉宽与接入的RC滤波器功率损耗的关系 ;在实测半个基波周期内逆变器输出电压波形的基础上 ,分析估计出半周期内每个脉冲的上升和下降时间 ,从而得出滤波器功率损耗的仿真计算方法 ,并用温度等效法试验进行了验证 ;讨论了RC滤波器的参数对过电压大小的影响。

大容量PWM逆变器对交流电机的轴电压和轴承电流的影响

本文就在大容量 PWM逆变器供电情况下 ,逆变器对交流电机的轴承造成损坏的起因 ,影响和补救措施作了综述 。

二极管中点钳位型三电平逆变器—交流电机调速系统的高精度建模与分析

在将二极管中点钳位型三电平逆变器—交流电机调速系统应用于实际的工业场合时,高精度的仿真模型是必不可少的设计与分析工具。本文深入地分析了三电平逆变器—异步电机调速系统的运行机理、调制方式与控制策略,基于Matlab/Simulink建立了完整的仿真分析模型。在建模过程中充分考虑了影响仿真模拟精度的关键要素,包括IGBT的动态开关过程、空间矢量调制过程中的死区设置以及异步电机的空载转矩等。将通过仿真分析模型获得的仿真结果与实验样机上取得的测试结果进行了全面的比较。结果表明,稳态运行时电机电压、电流的相对模拟误差小于4%,电流谐波畸变率的相对模拟误差仅为10.78%,负载转矩动态变化时电机电流整定时间的相对模拟误差小于9%。上述结果充分证明了本文建立的三电平逆变器-异步电机调速系统仿真分析模型具有非常高的模拟精度,为设计研发相关的实际系统装置提供了重要的设计工具和分析手段。

带输出滤波器的永磁同步电机系统的逆变器最大功率因数研究

为了改善永磁同步电机系统的绝缘性,减小振动与噪声并增大逆变器的输出功率因数,首先推导了带LC输出滤波器的表贴式永磁同步电机系统的最大电流和最大电压限制;然后根据此限制以及电流、电压矢量图推导得到该系统的电机d轴参考电流,实现该系统的逆变器最大功率因数矢量控制;最后给出了整个系统的多回路反馈控制框图。实验结果证明了理论推导的逆变器最大功率因数控制方法能够使逆变器的功率因数达到最大,保证了系统稳定运行,输入给电机正弦电压和电流。

实数编码的遗传算法及其在逆变器馈电交流电机中的应用

实数编码的遗传算法及其在逆变器馈电交流电机中的应用＠王秀峰￥南开大学计算机与系统科学系＠ＬｕｉｓＡＣａｂｒｅｒａ＠ＭａｌｉｋＥＥｌｂｕｌｕｋ＠ＨｅＷｅｉ遗传算法，神经网络实数编码的遗传算法及其在逆变器馈电交流电机中的应用王秀峰（南开大学计算机与系统科学系天...

基于开关振荡电流的交流电机主绝缘在线监测

在变频驱动系统中,由于功率器件高速开关产生的高dv/dt和瞬态过电压,会使电机绝缘部件承受较高的电应力,加速电机绝缘材料的老化,进而增加绝缘故障发生概率并危害驱动系统的整体可靠性。相较于传统的离线监测方法,对电机绝缘状态进行在线监测可以提高监测的实时性并减小停机维修的损失。因此,文章提出一种基于逆变器开关振荡电流的交流电机主绝缘在线监测方法。首先,建立了交流电机绝缘等效电路,分析了绝缘老化对电机阻抗特性的影响,并通过外部并联电容的方法模拟了绝缘老化的过程。然后,采用脉冲宽度调制(PWM),研究了电机主绝缘参数对开关振荡电流的影响,提出了以开关振荡电流频域偏差作为老化特征指标的在线监测方法。试验证明,该方法在不影响电机正常运行的前提下,可以对电机主绝缘老化状态进行有效监测。

基于虚拟电机的光伏并网逆变器直接功率控制

电网频率的波动对逆变器直接功率控制(DPC)的控制性能影响较大。提出了一种基于虚拟电机的光伏并网逆变器DPC策略。基于虚拟电机特性,设计了虚拟磁链观测器以计算瞬时有功功率与无功功率,进一步转化为对虚拟转矩控制。采用空间矢量调制(SVM)技术,实现恒定开关频率的DPC,降低了控制采样频率,简化了滤波环节的设计。实验验证了该控制算法的有效性。

高功率因数无电解电容永磁电机变频系统逆变器电流控制策略

针对无电解电容永磁电机变频系统母线侧采用小容值薄膜电容,导致母线电压产生大幅度波动、系统的输入功率因数难以满足实际应用的问题,提出一种高功率因数的无电解电容永磁电机变频系统逆变器电流控制策略。分析系统输入电流导通角和相位偏移角对输入功率因数的影响,结合输入电流导通角对逆变器电流进行控制,并采用带相位补偿的比例谐振控制器对系统延时进行补偿,其输出作为电机q轴电流给定。利用电网电流的间接微分量前馈补偿到电机q轴电流给定上,以提升逆变器电流控制效果并减少输入电流中的谐波含量。在无电解电容永磁压缩机变频实验平台上进行实验验证,实验结果表明,采用该策略能够显著提高系统的输入功率因数并减少谐波电流。

微网逆变器虚拟柴油发电机组暂态功率均分控制方法

在多源微电网中,各电源暂态特性的一致对提高系统暂态稳定性具有重要效果。针对逆变器与柴油发电机组(diesel generator set,DGS)并联系统中逆变器响应速度过快导致暂态功率无法均分的问题,提出了一种模拟DGS的逆变器控制方法-虚拟柴油发电机组(virtualdieselgenerator set,VGDS)。考虑DGS中凸极同步发电机的特性,首先在abc三相静止坐标系下推导了凸极同步发电机的数学模型,然后将逆变器物理结构、控制模型分别对凸极同步发电机进行等效形成了虚拟凸极同步发电机的实现方法,进一步建立虚拟柴油发动机控制系统和虚拟励磁控制系统,从而使虚拟凸极同步发电机能够模拟DGS的调节方式使电压频率和幅值达到期望值,由此组成VDGS的实现方法。最后,利用Matlab/Simulink仿真工具验证了所提方法的有效性。

微逆变器交流侧泛Buck-boost功率解耦技术研究

针对微逆变器二倍频功率扰动问题,提出了一种交流侧泛Buck-boost功率解耦技术。设计的四种能实现能量双向流动的解耦电路均并联在逆变器交流侧,不同拓扑都可等效工作在Buck、Boost或Buck-boost的模式中。从拓扑结构、工作模式及解耦性能三方面分析了设计的四个解耦电路,以及每种拓扑抑制二次谐波的能力。讨论了脉冲能量缓冲的计算方法。仿真结果表明,三模态六开关Buck-boost功率解耦电路抑制电压二次谐波效果最优,单模态六开关Buck-boost功率解耦电路抑制电流二次谐波效果最优。泛Buck-boost功率解耦技术可以在不依赖母线大电压情况下,大幅降低解耦电容容值,实现无电解电容,提高微逆变器可靠性并延长其使用寿命。

并联逆变器—交流电机的过电压抑制方法研究

在PWM逆变器供电的交流电机调速系统中,当逆变器与电机之间的电缆超过一定长度后,在电机端可能出现2倍于逆变器直流母线电压的过电压,过电压可能会导致电机绝缘失效。这一现象同样存在于多逆变器并联供电的交流电机调速系统中。提出了一种多逆变器并联供电的交流电机过电压抑制方法,在不使用任何滤波器的情况下,通过对各逆变器PWM脉冲宽度进行调整,达到抑制电机端过电压的目的。通过对2个和3个逆变器并联供电情况的分析给出了奇数和偶数逆变器供电的交流电机过电压抑制方法。实验结果证明了按照该方法能够很好地抑制电机过电压。

光伏并网逆变器虚拟电机准直接功率控制

为提高光伏并网系统抗干扰能力,提出一种虚拟电机准直接功率控制(DPC)。构造出虚拟电机磁链作为逆变器的定向矢量,既能省掉交流侧电压传感器,又能滤除一部分谐波;同时,a,b,c自然坐标系控制实现了有功和无功的独立控制,无需锁相环(PLL),易于实现,可靠性高。实验结果表明基于自然坐标系的虚拟电机DPC策略使逆变器运行于单位功率因数,且能在一定范围内实现无模型控制,系统具有良好动、静态特性和鲁棒性。

交流传动内燃机车同步主发电机与逆变器匹配关系的分析

对交流传动内燃机车同步主发电机与逆变器的 5种匹配关系及特点进行了分析 ,并举实例进行了电磁计算和证明。

逆变器供电交流电机相数选择

本文介绍了多相逆变器供电交流电动机系统的构成,讨论了随着逆变器相数增多对电机磁势谐波、转矩脉振、逆变器元件电应力及逆变器成本价格的影响。理论上逆变器供电系统可以为任意多的m相,但从开关元件数目、电机定子绕组合理安排,根据系统性(能)价(格)比可在两相至十五相内选择一个最佳值。

无电解电容永磁电机高功率因数控制策略

无电解电容驱动系统常采用体积小,寿命长的薄膜电容贮存网侧输入能量,但该拓扑结构易引起网侧输入功率和逆变器侧输出功率耦合的问题。针对无电解电容驱动电路中由于功率耦合导致的网侧谐波含量多和功率因数降低的问题,提出了一种基于二阶广义积分锁相环和比例积分谐振控制器的带相位补偿的逆变器输出功率控制策略以改善网侧电流品质。首先,通过分析无电解电容驱动系统的电路拓扑结构,明确无电解电容驱动系统高功率因数条件;其次,利用二阶广义积分锁相环获取网侧电压的相位与幅值信息,并利用基尔霍夫电流定律计算逆变器输出功率相位补偿角;然后,建立了基于比例积分谐振控制器的逆变器输出功率控制回路,将逆变器输出功率调节接近理想值。最后,对比实验结果验证了所提方案的有效性。

一种用于电机驱动的极谐振ZVT-PWM三相逆变器

提出了一种驱动大功率交流电机的极谐振零电压过渡脉宽调制（ＲＰ ＺＶＴ－ＰＷＭ）逆变器的改 进电路，并对该电路的ＺＶＴ工作过程进行了详细的理论分析。在该电路中，通过辅助开关的控制，使 得谐振只发生在主开关状态过渡的瞬间，谐振电容既作为主开关关断时的吸收电容，又在主开关开 通时和谐振电感构成谐振回路，为其提供一个ＺＶＴ条件。仿真分析和实验结果验证了逆变桥上主开 关的ＺＶＴ工作过程及本文所提电路的正确性和可行性。

基于中点电压信号分析的逆变器功率管开路故障诊断研究

利用电流信号作为逆变器故障信息的诊断方法易受到负载、噪声等因素的影响,且诊断周期长、通常需要一定的软件算法、空载或轻载时易出现误诊断。针对该问题,提出对桥臂中点电压信号与脉冲信号进行相关逻辑分析的方法,从而实现逆变器功率管开路故障的诊断,给出了功率管开路故障输出信号的逻辑表达式,以及相关硬件电路设计方法。对逆变器功率管触发脉冲信号的上升沿进行延时,可有效地避免因功率管开通和关断延迟造成的误诊断。实验结果表明该方法能有效地诊断逆变器单相单功率管的开路故障,诊断实时性强,硬件电路开销小,方法有效可行。