六相全桥逆变器驱动PMSM的简化模型预测电流控制

全桥逆变器电机驱动或称开绕组结构虽然兼具相间电气隔离、容错性能好及器件开关频率低等优点,但存在逆变器输出电压矢量多、冗余严重且控制约束等问题。文中以共直流母线供电的六相全桥逆变器驱动六相永磁同步电机为研究对象,提出了一种基于二级矢量优化的简化模型预测电流控制算法,在实现电机定子基波电流有效跟踪控制的同时有效抑制了定子电流的谐波及零序分量。文中基于矢量空间解耦理论对六相全桥逆变器的输出电压矢量进行了分层分析,以定子基波电流控制、谐波及零序电流抑制为准则对逆变器输出的729个电压矢量进行二级优化,得到候选的12个电压矢量,以此为基础设计了模型预测电流控制算法。实验结果表明,该简化模型预测电流控制方法具有良好的动静态性能,能在基波电流控制的同时有效抑制谐波及零序电流分量,可为多相电机驱动系统研究提供一定的理论支撑。

MP-MMC驱动六相永磁同步发电机负载转矩观测前馈滑模控制

六相永磁同步发电机(PMSG)谐波含量较低、解耦方法成熟且稳定性强,具有广阔的应用前景。为提升六相PMSG负载转矩突变时的动态性能,增强系统的抗干扰能力,提出了一种利用负载转矩观测值前馈补偿的策略。首先,采用滑模观测器观测负载转矩,观测器滑模面设计为实际转速与观测转速之差,在观测过程中滤除了抖振信号,且未引起相位和幅值变化;其次,将负载转矩观测值按比例前馈至电流环给定值,弥补滑模控制器不连续项幅值不足的问题;再次,针对前馈比例常数过大导致转速无法快速稳定在给定值的问题,将前馈比例系数设为可变值;最后,基于Matlab/Simulink建立了多相模块化多电平换流器(MP-MMC)驱动六相PMSG负载转矩观测前馈滑模控制的仿真模型,对所提策略进行验证。仿真结果表明滑模观测器可准确观测负载转矩,前馈补偿策略有效抑制了负载突变引起的转速波动。

不同坐标系下六相PMSM单相开路容错MPC控制

目的目前六相永磁同步电机单相开路故障的模型预测容错控制的研究已逐步成为热点,本文将对α-β和d-q2种坐标系控制下的故障机理进行对比分析,并对比不同坐标系中下正常和故障容错运行模型的控制效果。方法基于矢量空间解耦坐标变换矩阵不变原理,对A相开路进行故障模型的理论计算分析,分别在α-β和d-q这2种不同坐标系中对其进行模型预测控制容错建模。最后在MATLAB/Simulink中对2种坐标系下的电机正常运行和故障容错运行中的工作性能采用相同电机参数进行实时仿真。结果仿真结果显示,正常运行时,2种坐标系下总谐波失真(THD)值分别为2.09%和2.77%;故障运行时,d-q坐标系下的THD值比α-β坐标系小了13.15%;容错运行时2种坐标系下的THD值分别为1.19%和1.79%。结论从仿真结果可以看出,d-q坐标系控制下的电机在故障时具有更稳定的性能,而在正常和容错运行状态下,2种坐标系下的控制效果几乎等效。

基于小波神经网络的六相永磁同步电机高阻连接状态感知策略

六相永磁同步电机具有缺相运行能力,因此必须对其高阻连接状态作出精准预判,以确保对故障线路实施有效切断,防止系统扰动引起保护误动作,并为容错控制提供可靠判据。基于矢量空间解耦方法建立了六相永磁同步电机完全解耦的数学模型,并建立其控制系统模型。采集正常状态与高阻连接状态下的电机信号,通过小波包分解提取其能量距特征,输入前向反馈神经网络进行离线训练,最后将其应用于剧烈变化工况下,在线感知高阻连接状态的发展态势。基于Matlab进行仿真,结果表明所提策略能够有效识别高阻连接状态,灵敏感知其发展态势,并在高阻故障发生前发出预警信号,同时对剧烈变化工况具有一定鲁棒性。

基于载波调制PWM的对称六相与三相PMSM串联系统矢量解耦控制

针对对称六相与三相PMSM串联系统的解耦控制问题,基于串联系统的数学模型,在二相旋转坐标系下进行了漏感压降补偿,并基于坐标变换和控制量叠加得到了逆变器期望输出。在解耦控制的工程实现方面,充分考虑了逆变器电压、电流限制,提出1种直流母线电压分配方法,提高了系统运行的可靠性。实验证明,所提控制策略能够实现2台电机在负载或转速突变情况下的解耦运行。

基于Motor-CAD的六相容错永磁同步电机仿真设计

为检验六相永磁同步电机的工作性能,对永磁同步电机的结构与特点进行分析,确定了其定转子内外径尺寸、气隙、槽型、轴向长度、极槽数等主要参数;基于Motor-CAD电机仿真软件,对六相容错永磁同步电机进行电磁计算,分析了不同齿宽、槽圆角半径、槽数、永磁体弧长下电机转矩脉动、齿槽转矩的变化,得到了转速为1500 r/min下的转矩脉动、齿槽转矩、电机最大可能转矩等电机性能指标,并采用螺旋水道水冷方式对电机进行冷却设计,求解出电机各部分的温度数据。通过仿真实验发现,设计的电机符合转矩和温度要求。

基于旋转高频电压注入的六相串联三相永磁同步电机系统转子初始位置解耦观测

用一台逆变器驱动两台永磁同步电机串联系统,可以通过控制不同平面的电压矢量实现对两台电机的独立解耦控制。该文提出在一台六相逆变器的六相平面和三相平面下同时注入旋转高频电压信号,通过解调静止坐标系下电流响应的负序分量来分别获得两台电机的转子初始位置角。同时为了提高观测精度,利用解调电流响应中正序分量所获得的误差角对解耦获得的转子初始位置角进行补偿。此外,对于六相串联三相永磁同步电机(PMSM)系统,考虑到系统中两台电机的浅磁饱和特性,在极性判断中利用了与传统单台永磁同步电机相反的结果来进行判断。根据该文所设计的旋转高频电压注入法,可以实现两台电机转子初始位置解耦观测。六相PMSM和三相PMSM的估计误差绝对值的平均值分别为3.72°和1.81°。最后,实验验证了所提观测算法的有效性。

基于超螺旋滑模观测器的六相PMSM转速估计

针对军用轮毂六相PMSM无位置传感控制系统中采用传统滑模观测器导致的系统高频抖振问题,以及估计坐标系相位滞后对转速估计造成的稳态误差问题,提出了一种基于超螺旋滑模观测器的转速估计算法;在旋转坐标系下采用超螺旋算法对系统中的高频抖振进行抑制,并对反电动势进行观测,构造李雅普诺夫函数对电流动态误差方程进行稳定性分析,考虑估计旋转坐标系相位滞后对转速估计误差的影响,根据超螺旋滑模控制算法结构特点,提出一种考虑d轴估计反电动势的转速估计算法;通过仿真和实验验证了基于超螺旋滑模观测器的转速估计算法具有更高的估计精度;其能够抑制系统中的高频抖振,降低了估计坐标系相位滞后对转速估计误差的影响,省略了低通滤波器和相位补偿模块,提高了转速估计的准确度。

六相直线感应电机模糊间接矢量控制

针对直线电机运行于复杂环境条件下,系统建模准确度不高,参数难以整定的问题,提出了一种适用于六相直线感应电机的模糊间接矢量控制方法;在同步旋转坐标系下对六相直线电机建模,并阐述了间接矢量控制的原理;将模糊控制算法应用于间接矢量控制中的速度环,根据位移和速度的偏差直接模糊调节给定电磁力,使得参数的整定不再依赖准确的系统模型,且参数调节更为简单;通过对隶属函数分区和采用中心法清晰化,减小了模糊控制算法的计算量,从而能够满足实时计算的要求;将所提算法在数字信号处理器(DSP)中实现,并在半实物仿真平台上验证,结果表明所提算法投入后,位移和速度误差减小都超过了65%,能够实现电机速度和位移的准确控制,且通用性好。

变频智控系统拖动六相电动机在矿井提升机中的应用

矿井提升机是煤矿生产系统重要设备之一,担负着煤矿运输物料和人员的任务,针对原直流提升电控系统智能化程度较低,难以满足目前生产安全与高效生产要求,使用变频六相电动机替代原直流电动机,六相电动机的六个相互相分离,每个相都有自己的电路和电源,可实现更精确的电动机控制,提供更平滑的电流输出,降低噪音和振动的水平。从低压配电系统、全数字变频调速系统、主控计算机系统(PLC控制系统)、上位机监控系统、闸瓦间隙在线监测系统、全数字恒减速控制系统、无人值守控制系统7个部分对直流系统电控系统进行改造,对各部分同时进行优化调整,从而提高整个系统的功能性与执行效果。

六相串联三相双PMSM驱动系统低速区转子位置角高精度解耦观测研究

静止坐标系下通过控制不同平面的电压矢量可以实现六相串联三相PMSM系统中两台电机的独立解耦控制。基于此,在静止坐标系下六相平面和三相平面同时注入旋转高频电压,通过解调对应平面高频电流的负序分量,解耦获得两台电机的转子位置角初步观测值。为了补偿定子电阻、转速和滤波器对观测带来的误差,利用高频电流正序分量中误差角信息与转速前馈相结合的补偿方法,对转子位置角观测值进行补偿。实验结果表明,六相和三相电机稳态转子位置角观测误差绝对值的平均值为0.146和0.106 rad,动态下最大误差为0.2 rad;基于观测的转子位置角构建的无位置传感器直接转矩控制系统低速各种运行工况性能优越。

定子齿开槽对六相电机齿槽转矩的影响

针对六相永磁电机齿槽转矩过高引起振动和噪声问题,以一台12槽10极表贴式永磁电机为例,提出一种在定子齿开辅助槽的方法降低齿槽转矩。分析永磁电机齿槽转矩的工作原理,推导出齿槽转矩与开槽结构的解析关系;对定子齿开槽方法进行设计,进一步对辅助槽位置、数量和尺寸进行分析和优化;对开槽前后电机进行有限元仿真分析,并与初始电机进行性能对比。结果表明:定子齿开辅助槽对于抑制齿槽转矩有着显著作用,最大可减小约91.8%。结果验证了该方法的可行性和有效性。

基于理想多绕组变压器的并联型六相整流器的建模分析

文章基于理想多绕组变压器并联型六相整流器,对理想多绕组变压器的电压、电流特征方程进行分析,建立并联型六相整流器的开关函数模型,给出六相整流器的输入电流、功率因数、输出电压的特征方程。通过仿真实验了基于理想多绕组变压器的并联型六相整流器的解析模型的正确性,为并联型大功率整流器的学习和教学提供一定的参考。

基于共模电压抑制的双Y移30?六相SVPWM方法

定子绕组星形结点相隔离的双Y移30?六相电机与PWM变流器组成的系统会产生共模电压,给系统带来不利影响。为了抑制共模电压的大小与变化频率,分析了六相电压空间矢量的共模电压特点,提出一种六相SVPWM方法。该方法从64个基本矢量中选择共模电压不产生变化的非零基本矢量进行线性组合,得到一组中间矢量,使中间矢量在o1o2和z1z2平面为零矢量;然后利用中间矢量去合成dq平面上的期望矢量,合成过程中不使用dq平面上的零矢量。仿真和实验结果表明,在保持定子谐波电流抑制效果良好、电机转矩和转速动稳态性能良好的情况下,共模电压峰峰值为变流器直流母线电压的1/3,变化频率仅为线电压基波频率的3倍,远低于变流器开关频率。该方法可进一步拓展,用于抑制多相电机系统的共模电压大小与变化频率。

基于自适应趋近律的对称六相PMSM调速系统

为了进一步提高趋近速度和抑制系统抖振问题,针对九开关变换器驱动的对称六相PMSM系统,提出1种基于自适应趋近律的滑模控制方法,通过仿真验证,该方法能够有效提高调速系统动态性能和稳态精度。

电动汽车六相永磁同步电机的控制策略研究

空间矢量解耦模型的基础上,实现电机的完全解耦控制。依据Simulink中的电机控制模型,比较了i_(d)=0和最大扭矩电流比(MTPA)这两种控制策略的进行仿真对比分析。i_(d)=0的控制方法虽然简单易行,但是电机运行期间热损失较大,而且无法充分利用磁阻扭矩,电机效率低下。MTPA控制下的电机能充分利用磁阻扭矩部分,具有较高的扭矩输出特性,热损失较小,是控制凸极电机的首选方法。

六相永磁同步电机驱动系统直流环节电容器电流RMS值估计

六相永磁同步电机(PMSM)驱动系统相比传统三相PMSM驱动系统具有低压大功率、转矩脉动小、控制灵活和容错率高等特点。直流环节电容器对驱动系统的稳定性起着决定性作用,但由于其结构特殊,需承受较高的纹波电流均方根(RMS)值。而直流电容器的电流RMS值是决定其使用成本、体积和寿命的重要参考指标。因此对直流电容器的电流RMS值进行估计显得尤为重要。针对采用传统双重傅里叶积分算法计算电容的电流RMS值时存在的过程繁琐、涉及许多未解积分等问题,文章提出了一种基于多项式插值求积法Cotes的直流电容器电流RMS值的计算方法。即在等距离步长中分布5个采样点,对推导出的函数积分生成近似解,采用Cotes法可以省去大量的积分计算过程,同时提高计算精度。该方法简化了传统算法的繁琐计算过程并且保证了较高的计算精度,可为直流环节电容器的优化选型和寿命监测控制器设计提供指导。最后,文章将所提方法与现有方法进行了对比分析,实验结果验证了所提方法的计算速度比传统双重傅里叶积分算法快50%左右,且计算精度较牛顿3/8法提高了约5%。

六相感应电机直接转矩及容错控制

针对传统直接转矩控制转矩脉动大的问题,在考虑六相感应电机自身特点及分析其缺相数学模型的基础上,提出了一种六相感应电机直接转矩及容错控制方法。首先,建立和分析电机正常及缺相时的数学模型,并确定空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)方案以减小电机定子电流谐波含量;然后,通过对电机转矩和磁链进行分析,为直接转矩控制提供理论依据;在此基础上,利用模糊推理和改变矢量作用时间占空比的方法,使得逆变器可以输出任意角度和幅值的电压矢量。实验结果表明,该控制方案下电机转矩响应迅速,并能很好地改善电机转矩脉动和定子电流波形。

六相永磁容错磁通切换电机及其单相故障的容错控制

为了提高永磁电机的可靠性和容错性,研究了一种六相永磁容错磁通切换电机(FaultTolerant Flux Switching Permanent Magnet Motor,FTFSPM)。该电机继承了永磁磁通切换电机的结构特点和功率密度优势,同时具备故障隔离和抑制短路电流的能力。通过有限元仿真研究了该电机电感特性和转矩特性,分析了电机的电磁性能和容错能力。为使该电机在单相故障时仍能提供平滑转矩,提出了容错电流优化控制策略。开路故障时,利用扩展坐标变换,通过控制转子同步旋转坐标系下的交轴电流、零序电流,实现转矩脉动的补偿,同时优化转矩铜耗比。针对短路故障,提出一种故障分解补偿法,对短路电流及绕组正常电流缺失引起的转矩脉动或转矩缺失分别进行补偿,进而矢量合成,实现容错控制的同时,避免了复杂的在线计算。在原理样机上进行了带载实验及容错实验,证明了所研究的永磁容错磁通切换电机的转矩输出能力和容错性能,同时验证了所提容错控制策略的有效性。

基于六序分量法的六相输电系统故障选相

六相输电是多相输电技术中最接近实用化的一种。针对其多达120种的故障,运用同正、负、零序和反正、负、零序的六序分量法分析六相系统故障,变换得到的各序分量物理含义清晰。六相系统中的同序量、反序量分别对应于双回线中的反序量、同序量,依据故障边界条件构成的复合序网得到了六相系统的序分量特征以及与六相系统兼容运行的三相系统序分量特征。在此基础上,提出一种判别六相输电系统故障类型的方法,可用作六相输电线路的选相元件动作判据。