具有死区补偿的磁轴承开关功放数字单周期控制

在磁轴承全桥功率开关功率放大器系统中,单周期控制算法具有实现简单、响应速度快等优点,基于全桥功率放大主电路拓扑时,传统的单周期控制算法没有考虑全桥功放固有的死区效应对系统动态性能的影响。该文分析了单周期控制算法的原理,在此基础上考虑磁轴承线圈电阻压降以及死区效应的影响,提出了一种具有死区补偿的单周期控制策略。对补偿前、后的数字单周期控制算法进行仿真对比分析,仿真结果表明补偿后的单周期控制算法反馈电流能够准确的跟踪给定电流,且谐波含量减小,验证了控制策略的优越性。

单周期控制的三相三电平VIENNA整流器输出中点电位分析及控制方法研究

三相三电平VIENNA整流器作为三电平Boost型中点箝位(neutral point clamped,NPC)结构变换器一种,具有电路结构简单、开关电压应力小、输入电流谐波含量低、可实现输入单位功率因数校正等优点,适合应用于高压中大功率场合。同时,三相功率因数校正(power factor correction,PFC)整流器的单周期控制方案因其控制简单,无需乘法器及采用输入电压受到广泛研究。输出中点电位波动是NPC结构变换器的一个固有问题,以基于单周期控制的三相三电平VIENNA整流器为研究对象,详细地分析整流器输出中点电位波动机理,根据单周期控制方案的特点,提出在三相输入电流采样中注入三次谐波电流分量,同时分析三次谐波电流注入后对整流器输出中点电位的影响,给出三次谐波电流最佳注入系数。在此基础之上,向传统单周期控制系统中继续引入均压环路,使得最终改进后的三相三电平VIENNA整流器单周期控制系统一方面可以提高整流器直流母线电压利用率,另一方面可以有效抑制中点电位的直流和交流波动。仿真与实验验证了所提出的改进单周期控制策略对于整流器输出中点电位平衡控制的有效性。

Boost功率因数校正变换器单周期控制适用性的理论分析和实验验证

当输入或者负载跳变时,单周期控制是功率变换器中一种新型的非线性控制策略,单周期就可实现控制目标。然而,单周期控制在功率变换器中的普适性并没有相关研究,限制了它的进一步发展和应用。该文以Boost变换器作为研究对象,引入切换线性系统的概念和理论,基于Boost变换器切换线性系统模型严格证明单周期控制在Boost变换器中的适用性,由此提供一种单周期控制在一般功率变换器中适用性分析方法。在理论研究的基础上,给出了单周期控制Boost变换器实现功率因数校正的一个实际范例。

基于单周期控制的三相PFC整流器输入电流相位滞后及闭环补偿

三相功率因数校正(power factor correction,PFC)变换器的单周期控制因其控制简单,无需乘法器及采样输入电压受到广泛研究。但在中频或工频中大功率场合,传统单周期控制策略下的三相PFC变换器将产生输入相电流滞后于相电压的基波相移问题,从而导致系统输入功率因数明显下降。针对三相中频VIENNA整流器分析传统单周期控制策略下产生基波相移的机理,提出一种改进的单周期控制策略,并详细推导该控制策略的核心控制方程,给出具体实现方法。该控制策略能有效的根据变换器负载情况对输入相电流的相位进行自动补偿,从而减小了基波相移量,改善了基于单周期控制的中频中大功率下的三相PFC整流器输入功率因数,减少了系统无功损耗,提高了系统效率。通过实验验证了理论分析的正确性。

单周期控制无乘法器三相电压型PWM整流器

对基于单周期控制的三相PWM高功率因数整流器进行了研究 ,推导了单周期控制三相电压型PWM整流器的控制规律 ,它不需要乘法器更不需要对电源电压进行检测 ,其控制逻辑非常简单并且以恒定频率工作。完成了 5kW三相PWM整流器的设计和实验研究 ,进行了稳态试验和负载 1 0 0 %突变的动态响应试验 。

改进单周期控制策略的双向大变比DC-DC开关变换器

大变压比的双向DC-DC变换器广泛地应用于电池的充放电系统、电动汽车、不间断电源、启动/发电系统、光伏发电系统和航空电源系统等场合,其重要性能指标是效率、质量和成本。但是传统非隔离型双向DC-DC变换器在高频下难以取得较大变压比,同时会导致较大的电压电流应力和较大的损耗。为实现非隔离型双向DC-DC变换器的大变比应用,将耦合电感引入非隔离双向DC-DC变换器,实现输入输出电压大变比和效率提升;针对新型双向大变比直流变换器升降压Buck/Boost电路,提出一种改进单周期控制模型,该模型基于所提电路不同工作模式下的有效占空比并结合输出反馈补偿控制,实现有效控制和提高负载的动态响应能力。分析具有耦合电感双向DC-DC开关变换器的工作原理和控制特性,并通过计算机仿真和样机实验验证了所提电路和控制策略具有更高的转换效率、更强的鲁棒性和优良的抗扰动能力。

三相PFC整流器改进单周期控制策略

三相PFC变换器的单周期控制因其控制简单,无需乘法器及采样输入电压受到广泛研究。传统单周期控制策略中,变换器输入电感电流采样直接作为调制信号与载波交割产生PWM信号,因此传统单周期控制策略中的PWM信号可视为通过SPWM方式所获得。在这种调制方法下,三相PFC变换器输出电压较高,直流母线电压利用率较低,不利于降低开关管耐压等级和提高系统效率。本文在分析3P4W系统中的三相四桥臂整流拓扑传统单周期控制策略基础上,提出变革传统单周期控制策略中的调制波波形,将3次谐波注入PWM调制(SAPWM)引入到单周期控制策略中。通过SAPWM调制可降低单周期控制的三相PFC变换器输出电压,提高直流母线电压利用率,进而有利于提高系统效率。改进的单周期控制策略同时可以推广到3P3W系统中的三相三桥臂整流、三相维也纳整流电路。系统仿真与实验验证了理论分析的正确性。

矩阵整流器单周期控制策略的研究

单周期控制(OCC)是一种同时综合调制算法与控制策略的非线性控制技术,采用该控制技术的电力电子变换器具有控制电路简单、动态响应速度快、抗输入干扰性能好等优点。在分析单周期控制原理与矩阵整流器工作原理的基础上,提出了一种三相输入电流的单周期控制策略,使三相输入电流在每个开关周期内达到平衡,实现矩阵整流器单位输入功率因数的控制效果,同时为了弥补单周期控制对负载扰动抑制能力的不足,增加输出电压PID控制环节,改善负载调整率。在利用Matlab/Simulink完成单周期控制的矩阵整流器系统仿真后,采用数字积分技术和新型自举电源驱动技术实现了单周期控制的矩阵整流器系统。仿真分析结果与实验结果验证了矩阵整流器单周期控制模型的理论分析是正确的,控制效果是良好的。

单周期控制单相功率因数校正器的分析和设计

传统的平均电流控制需要检测输入电流、输入电压、输出电流 ,而且电路中使用乘法器 ,控制系统复杂。提出一种单周期闭环控制方法 ,无需检测输入电压 ,不使用乘法器 ,简化了系统 ,降低了成本。论述了控制方法的工作原理 ,参数设计 ,实验证明了理论分析的正确性。

单周期控制PFC变换器的输入电流畸变研究

分析单周期控制单相功率因数校正(power factor correction,PFC)电路中传统单边调制方式对输入电流波形的影响,揭示输入电流中低频奇次谐波与调制方式之间的关系。在此基础上,提出以三角波作为载波的双边调制方法,使得开关周期内电感电流上升与下降的过程都得到控制,从而摒除了单边调制带来的输入电流低频奇次谐波,提高了电流质量。仿真和实验结果证明了理论分析的正确性,验证了双边调制单周期控制功率因数校正的可行性。

单周期控制的三相PWM整流器的动态特性研究

分析了在单周期控制条件下三相高功率因数整流器的工作原理,并推导了三相PWM整流器的开关数学模型和等效控制方程。在建立此模型的基础上,基于庞加莱映射推导了三相PWM整流器工作时的稳定性条件及动态特性。应用仿真软件Saber在以上理论分析基础上完成了功率因数校正变换器建模与数字仿真,并进行了2kW三相PWM整流器的试验研究,详细研究了系统在负载变化或输入电压扰动等动态情况下的稳定性和动态特性,仿真和试验结果验证了理论分析的正确性。

双输入Buck变换器的单周期控制

在可再生能源联合发电系统中,采用单个多输入直流变换器(MIC)代替原有的多个单输入直流变换器,可以简化电路结构,降低系统成本。MIC通常需要进行能量管理以实现可再生能源的优先利用,因此采用MIC构成的可再生能源联合发电系统是一个典型的多输入-多输出的耦合系统,其闭环设计复杂。因此本文针对双输入Buck变换器,提出单周期控制方式来消除环路之间的耦合。同时本文还提出了模式切换电路以实现各个模式之间的平滑切换,并推导了双输入Buck变换器在不同工作模式下的单周期控制小信号模型。由该小信号模型可知,采用单周期控制无需电流调节器,而且电压调节器在不同工作模式下的设计条件相同,因此调节器的设计大大简化。最后本文设计制作了一台800W的实验样机,实验结果验证了所提出单周期控制方法的有效性。

Boost结构单周期控制的有源功率因数校正电路设计

以单相单周期控制Boost结构有源功率因数校正电路为研究对象,分析了有源功率因数校正技术的基本原理,并对其稳定性进行数学分析,同时推导出了单周期控制方程。基于IR1150控制芯片,用简单的电路实现该控制,因无需乘法器和检测输入电压电路,简化了电路。针对300 W实际样机,对整个功率因数校正电路的高频输入电容、Boost电感、Boost输出电容、输出电压分压电阻、过电压保护分压电阻、IR1150的工作频率、检测电阻及其他参数进行设计。对所设计电路进行了仿真,并对样机进行了测试,获得仿真和测试波形及测试数据。仿真结果和测试结果表明,基于单周期控制的有源功率因数校正电路功率因数达到0.99以上,谐波分量低,且电路简单。

单周期控制PFC变换器电流相位滞后及其补偿

研究了单周期控制功率因数校正变换器的输入等效电路,指出了单周期控制功率因数校正变换器存在相电流滞后于相电压的基波相移问题。结合输入等效电路提出了控制开关管端电压以减小基波相移的电流滞后相位补偿方案,推导了不同基波相移时开关管端电压应满足的幅值及相位条件;在此基础上,结合单周期控制功率因数校正变换器的数字控制方案,给出了补偿方案的实现方法及设计实例,并研究了采用补偿方案时系统的稳定性。论文建立的输入等效电路能更准确地反映单周期控制功率因数校正变换器的输入特性;实验验证了提出的电流相位滞后补偿方案能够减小基波相移量,提高基波位移因数。

基于单周期控制策略的高效率无桥PFC电路

针对传统桥式整流升压功率因数校正(PFC)电路效率较低的缺点,提出了基于单周期控制策略的高效率无桥PFC电路拓扑,指出其优势在于可减少通态损耗,提高电路效率。通过优化设计其电磁兼容,降低了共模干扰,提高了系统可靠性。为了得到完整的输入电流,提高控制精度,采用一套新颖的基于电流互感器的电流采集方案,实现了准确可靠的电流检测。试验结果表明,基于单周期控制策略的高效率无桥PFC电路能实现近似单位功率因数,系统效率高、稳定性强,而且控制方法简单、可靠。

单周期控制在牵引传动系统拍频抑制中的应用

针对电气化铁路单相交流供电及列车网侧牵引变流器拓扑特点所引起的牵引电机拍频问题,首先分析了直流侧电压存在2倍电网频率脉动的特征,针对直流侧无LC滤波器的交-直-交电力牵引传动系统,揭示了当逆变器的工作频率接近2倍电网频率时电机拍频现象最为严重的原因。然后利用单周期控制在输入电压脉动时仍能满足伏秒平衡的原理,并结合间接转子磁场定向矢量控制,提出将单周期控制算法作为牵引逆变器的调制策略,实现牵引逆变器-电机系统的无拍频控制。最后,搭建基于OP5600/RT-LAB实时仿真器与DSP TMS320F2812控制器的牵引传动系统半实物实验平台,对传统空间矢量脉宽调制与单周期控制算法进行了半实物实验对比验证,结果表明单周期控制算法能有效地抑制电机的拍频现象。

具有延时补偿的磁悬浮轴承开关功率放大器数字单周期控制

在磁悬浮轴承的开关功率放大器系统中,采用数字单周期控制算法具有算法简单、易实现、响应速度快等优点,但传统的单周期控制算法存在控制延时的缺点,会影响系统的稳定性以及功率放大器带宽。该文在考虑磁悬浮轴承线圈电阻压降的情况下,分析了数字单周期控制算法的原理,精确了算法的数学模型;结合算法原理对磁悬浮轴承控制系统的延时进行了估算,并推导了两种延时补偿模型,对延时补偿前、后的数字单周期控制算法进行了仿真与实验。结果表明:精确算法模型后的单周期控制能使实际电流波形跟踪给定波形,验证了算法的可行性;两种延时补偿模型均能使电流跟踪波形与给定波形相比基本无相位差,验证了延时补偿模型的有效性;补偿模型Ⅱ跟踪效果更佳,验证了补偿模型Ⅱ的优越性。

单周期控制VIENNA整流器的研究

单周期控制(OCC)三相功率因数校正(PFC)技术,无需使用乘法器也无需采样输入电源电压,具有控制简单、容易实现的特点,因此得到广泛的研究和应用。分析了三相维也纳(VIENNA)整流器在传统OCC策略下的工作原理,同时针对母线侧电容不均压问题提出了一种改进的OCC策略,并推导了该策略的核心控制方程。改进的OCC策略能有效改善母线侧电容不均压问题,从而保证了桥臂电压及输入电流波形质量,并通过实验验证了理论分析的可行性。

输入电压不平衡时三相PFC整流器改进单周期控制策略研究

三相PFC变换器的单周期控制因其控制简单,无需乘法器及采样输入电压受到广泛重视。当输入不平衡时,三相PFC整流器直流侧输出电压将产生两倍于输入电源频率的脉动,该脉动信号经过传统单周期控制环路作用最终导致变换器输入电流产生较大幅值的三次谐波分量,影响输入电流品质。文章通过详细分析输入不平衡时,单周期控制的三相PFC整流器输入输出特性,提出在传统单周期控制策略中引入谐振控制器,从而可以有效抑制输入不平衡引起的单周期控制的三相PFC整流器输入电流中的三次谐波分量,进而大大改善输入电流品质。本文给出了谐振控制器的设计方法,建立了新的控制策略下的系统传递函数并分析了满足系统稳定性要求的设计准则。最后通过仿真与实验验证了所提出的改进单周期控制策略对于输入不平衡时,改善三相PFC输入电流品质的有效性。

单周期控制的三相SPWM整流器

传统三相PWM(pulse width modulation)整流器需要乘法器、DQ坐标变换和网侧电压检测,控制算法复杂。为此,采用单周期算法控制PWM整流器,可以简化设计;推导了单周期控制OOC(one cycle control)三相PWM整流器的控制规律,证明了其与SPWM(sinusoidal pulse width modulation)的等价关系,并探讨了系统的稳定性,提出了控制环节参数的设计方法。建立了10 kW三相PWM整流器的仿真模型,该仿真模型比传统的SPWM控制方法具有动态响应快、控制方法简单、稳定性高等优点,并实现了单位功率因数;最后通过实验验证了单周期控制三相PWM整流器的可行性和高效性。