单相-三相矩阵变换器驱动PMSM的弱磁控制

针对单相-三相矩阵变换器驱动永磁同步电机出现的响应振荡问题,结合弱磁控制原理与矢量控制原理,提出一种给定电流变化轨迹的控制方法。根据电源电压采样信号与电机运行实时参数确定电机允许工作区域。在允许工作区域内,依据弱磁原理,确定给定电流指令。根据矢量控制原理,将给定电流指令转换为给定电压指令,驱动电机。搭建单相-三相矩阵变换器驱动永磁同步电机的弱磁控制模型,将仿真结果与无弱磁控制的双闭环(PI调节器)永磁同步电机矢量控制模型进行比较。结果显示:采用弱磁控制永磁同步电机缩短了转速上升时间、减小了稳态时的转速振荡和电流振荡,电机运行性能得到改善。

一种新的单相-三相矩阵变换器调制策略

针对直接型单相-三相矩阵变换器,提出一种基于正弦脉宽调制(Sine Pulse Width Modulation,SPWM)的调制方法。假定单相输入电压为余弦函数,通过构造含有输出电流频率和一族输入频率奇数倍频率的余弦函数,进行简单的加减运算作为调制波,可以获得对称的三相输出电压,并且输出电压的谐波次数、频率和幅值可控。对于感性负载,输出电流近似为正弦波形,获得了单相-三相矩阵变换器的输入电流计算公式。建立Matlab/Simulink的仿真模型,构造相应的调制函数,进行了阻感负载的仿真实验。使用DSP芯片和双向开关搭建了单相-三相矩阵变换器的实验平台,实验结果表明提出的调制策略扩大了矩阵变换器输出频率的调节范围,减小了输出电流的总谐波失真度(Total Harmonic Distortion,THD),并能保持输入功率因数为1,具有良好的性能。

功率解耦后三相-单相矩阵变换器的闭环控制策略

三相-单相矩阵变换器(3-1 MC)不含母线电容,单相脉动功率直接耦合到输入侧,导致三相输入电流谐波含量高、输入源容量要求大。因此,文章研究了含功率解耦电路的3-1 MC拓扑,该拓扑下单相脉动功率流入功率解耦电路并构成能量流通回路,根本上解决了脉动功率对输入侧的影响。但是,3-1 MC功率解耦拓扑中增加了功率开关,影响变换器的闭环设计。于是,文章利用开关器件平均模型法逐步简化3-1 MC功率解耦拓扑的数学模型,建立变换器dq轴坐标系下的小信号模型,结合小信号模型的特点和传递函数,提出一种虚拟直流母线电压反馈的闭环控制策略并研究控制参数设计方法。最后,实验结果表明该种闭环策略能有效控制3-1 MC功率解耦拓扑,具有良好的动静态特性。

三相-单相矩阵变换器容错控制与输入电流优化

为提高三相-单相矩阵变换器(3-1MC)的供电可靠性,针对开关元件的开路故障与短路故障,研究了3-1MC的容错控制调制策略并设计了带解耦电感的容错控制拓扑。利用快速熔断器将短路故障转换为开路故障,将2种故障归结为开路故障,并对不同桥臂的开路故障控制策略进行了分析与计算。为实现输入电流的优化,提出对补偿电感进行功率解耦、中线电流补偿及退出运行等策略。通过仿真与实验对所设计的容错控制策略进行了验证,结果表明,在硬件改动较小的前提下,在不同桥臂故障下3-1MC均能维持输出电压稳定,同时输入电流的畸变较小。

基于三相-单相矩阵变换器的串联谐振调制策略

在分析了三相-单相矩阵变换器驱动串联谐振负载基本调制策略的基础上,主要针对如何改善网侧输入电流波形,减少谐波含量,提出了一种全新的改进调制策略,并详细介绍了这两种调制策略的原理。经过仿真试验对比分析,结果表明改进后的调制策略在改善输入电流波形上具有很好的效果,大大降低了谐波含量。

基于三相-单相矩阵变换器的三端口变换器及其在V2G中的应用

大规模电动汽车与电网集成情况下,大量双端口充电机的接入带来系统体积过大、结构分散、充电站面积和成本增大等问题。提出一种由三相-单相矩阵变换器(3-1MC)和全桥变换器(FBC)组成的三端口充电机拓扑,实现一机多充,降低了充电机体积和成本,增强了集成系统的紧凑性。在双极性电流空间矢量调制和移相调制基础上,研究了一种新的协调控制策略,实现端口间能量相互流动。依据变换器△等效电路,建立3-1MC输入电流与控制变量(Φ12、Φ13)的数学关系。提出一种固定3-1MC调制系数、变换器输入电流幅值由移相角Φ12和Φ13协调分配控制的闭环控制策略,确保各端口间功率独立控制,实现网侧单位功率因数运行和电池分段式充放电控制。仿真及实验结果验证了所提拓扑和控制策略的正确性和可行性。

基于新型调制策略的三相-单相矩阵变换器研究

针对三相-单相矩阵变换器系统,提出了一种新型调制策略,即将虚拟整流级的空间矢量调制(Space Vector Pulse Width Modulation,简称SVPWM)和虚拟逆变级的正弦脉宽调制(Sine Pulse Width Modulation,简称SPWM)相结合进行控制,通过简单的调制合成即可实现输出电压正弦。研制了基于四步半软换流策略的1 kW三相-单相矩阵变换器实验样机,实验结果验证了所提控制策略的可行性和正确性。

三相-单相矩阵变换器输入电流相角补偿控制

研究减小三相输入单相输出矩阵变换器输入无功功率的控制问题,由于三相-单相矩阵变换器输入滤波器滤波前后电流基频分量的相位差,导致了输入无功功率的增加。为减小输入无功功率,分析研究了网侧输入电流与主电路侧输入电流相位差的解算方法,并推导了与输入电压和电流幅值的表达式,补偿后使输入电压和电流达到同相位的效果。针对提出的控制方法,研究了输入电流相角补偿的三相-单相矩阵变换器的闭环控制方法,推导了最大电压传输比表达式,并分析相角补偿后对最大电压传输比的影响。仿真结果表明,在不同的负载条件下,改进方法都能有效地减小了矩阵变换器的输入无功功率。

直接变换式三相–单相矩阵变换器的电流型解结耦矢量调制策略

为进一步丰富矩阵变换器的调制策略,针对直接变换式三相–单相矩阵变换器拓扑的特点,提出一种新型的电流型解结耦矢量调制策略,即解结耦调制和基于期望的输入电流12扇区划分的电流型空间矢量调制策略相结合的调制策略。所提策略运用解结耦思路以常规的单向可控开关变换器的角度分析和控制双向开关构成的矩阵变换器;通过改进空间矢量的合成顺序,使得矩阵变换器能够实现高频、工频交流脉冲输出与正、负直流输出。仿真和实验结果相一致,均验证所提出的解结耦电流型矢量调制策略的可行性和正确性。

基于模型预测控制的三相-一相矩阵变换器偏磁控制

针对3相1相矩阵变换器(3-1MC)中间侧无储能电容导致的弱抗扰性缺陷,提出一种适用于3-1MC带偏磁控制的模型预测控制(MPC)方法,利用模型预测控制提高3-1MC抗扰性。模型预测控制开关选择存在随机性,此随机开关状态会导致变压器直流偏磁饱和,在不改变硬件电路的前提下,在模型预测控制脉冲序列分配环节或品质函数中引入偏磁控制形成两种偏磁控制方案。搭建一台样机对方案进行验证,实验结果表明模型预测控制下3-1MC系统具有较强的抗扰能力,方案一改善了偏磁现象,方案二能有效解决3-1MC在模型预测控制下的偏磁问题。

三相-两相矩阵变换器的双电压合成策略

基于三相—两相矩阵变换器的4端输出拓扑,提出了双电压合成调制策略。该方法利用输入线电压瞬时值进行调制,将输入电压中绝对值最大的相电压作为基准电压,根据输出电压的正负,将输出回路的一端与基准电压相连,另一端相连的3个开关进行PWM调制来获得期望的输出电压和正弦的输入电流。输入功率因数为1时,能获得的最大电压传输比是1.5。进行了Simulink仿真和基于dSPACE平台的实验,结果验证了该策略的正确性和有效性。

基于三相-单相变换器的牵引供电系统及并网控制

为了解决过分相给牵引供电系统带来的问题,研究了三电平三相-单相二极管箝位变换器,把三电平三相-单相变换器用作牵引变电所核心设备,搭建了基于此变换器的贯通式牵引供电系统。分析了三相变换器数学模型,设计了变换器控制系统,研究了单相变换器在贯通式牵引供电系统中的并网控制。利用Matlab/Simulink建立了三变电所贯通式牵引供电系统,仿真验证了该系统架构以及三相-单相变换器的控制性能和并网性能,证明了该系统的可行性。

基于输出侧电流加权合成反馈的三相-两相矩阵变换器控制策略

以实现三相-两相矩阵变换器(3-2 MC)输入电流正弦化控制为目标,推导了在该目标下两相输出电压调制波函数表达式。针对三端输出3-2 MC拓扑结构下扇区划分数量较多的问题,提出了对原有扇区划分的简化方法。基于该扇区划分原则改进了原有空间矢量调制策略,推导了占空比表达式,给出了该调制策略下的开关函数矩阵,详细分析了系统最大电压利用率。为获得良好的动态响应性能,通过建立dq坐标轴下3-2 MC的信号模型,提出了基于输出侧电流加权合成反馈的双闭环控制策略。通过实验验证了理论分析的正确性和所提控制策略的可行性。

三相-两相矩阵变换器的空间矢量调制策略及其实现

基于三相-两相矩阵变换器的三端输出拓扑结构提出了一种空间矢量调制策略,该策略采用间接变换技术,将矩阵变换器看成是虚拟整流和虚拟逆变的组合。着重分析了虚拟逆变环节,给出了具体的调制算法,并通过综合虚拟整流及虚拟逆变环节得到了矩阵变换器占空比的计算公式。基于dSPACE平台的实验结果表明,运用该调制策略的矩阵变换器可以获得相位相差90°的对称两相正弦输出电流和具有单位功率因数的正弦输入电流,验证了该调制策略的正确性和有效性。

基于输入电流正弦化的三相-两相矩阵变换器控制策略

以实现输入电流正弦控制为目标,推导了系统两相输出电压调制函数表达式的约束关系。针对常规空间矢量调制策略下的扇区划分数量较多,提出了带中线拓扑结构的三相-两相矩阵变换器(3-2MC)新型扇区划分方式以减少到24种扇区。基于该扇区划分提出了新的空间矢量调制策略,分析了矩阵变换器在该控制策略下的工作模态,给出了具体调制算法与占空比的算式,分析并推导了3-2MC输出与输入电压利用率表达式。最后,用MATLAB/Simulink对系统模型进行了动态与静态仿真研究,结果验证了该调制策略的正确性和有效性。

一种低成本单相-三相周波变换器的研究

本文提出一种适用于异步电机传动的单相-三相周波变换器。应用一种基于开环恒压频比控制的离散跳频起动策略,实现了电机的良好起动特性,同时保证了低频阶段降低起动电流而保持足够大的起动力矩的目标。由于仅采用7个晶闸管,该周波变换器-电机传动系统具有造价低,结构简单的特点。仿真及实验结果表明了该控制策略的有效性以及系统方案的可行性。

一种新颖的矩阵式三相/单相变换器的设计与实现

提出了一种新颖的矩阵式三相/单相变换器,变换器由三相整流桥和单相逆变桥组成,其最大特点是开关管只需要采用单极性开关管并且无需直流母线支撑电容。三相整流桥采用基于扇区判断的同步整流控制策略,得到六脉波直流母线电压,并经过单相逆变桥得到频率和幅值可调的单相交流电。设计并制作了一台1.5kVA的样机,PSIM仿真结果和样机实验结果的吻合验证了本文所提出变换器的可行性。

不平衡输入3-1矩阵变换器输入电流谐波抑制研究与实现

针对输入电压不平衡条件下三相-单相矩阵变换器的双空间矢量控制策略进行了研究。为补偿三相-单相矩阵变换器输出的脉动功率,推导了采用单电感进行功率解耦的调制函数,在分析不平衡输入电压下三相-单相矩阵变换器的输入电流谐波的基础上,推导了将输入电压正序分量作为输入电流参考矢量下输入电流解析式,对比分析了与传统控制方式之间电流谐波的优化关系,提出正序电压作为输入电流参考矢量并采用动态调制比进行输出相与解耦相调制的控制策略,构建了实现该控制策略的系统模型并进行了系统仿真验证。在此基础上搭建了实验样机,仿真及样机实验结果表明该控制策略在维持输出电压稳定性的同时显著降低了输入电流谐波含量,验证了理论分析的正确性和所提出的控制策略的可行性。

基于三相-单相变换的新型同相供电系统方案

针对当前电气化铁路供电系统中存在的负序、无功、谐波和电分相等问题,顺应铁路高速化、重载化的潮流,提出一种基于三相-单相变换的新型同相供电系统方案。该同相供电方式的整流侧采用不控整流电路,逆变侧采用H桥级联多电平单相SPWM变流器。由电压有效值和瞬时值双闭环控制,抑制不控整流电路的直流电压波动对逆变侧交流电压的不良影响,为机车负载提供稳定的电压支撑。分析了该新型同相供电系统的工作原理及其在不同工况下的供电性能,并在Matlab/Simulink平台上建立了系统模型。仿真结果验证了该方案的正确性与可行性。

单相直接AC-AC变换器的实现与分析

针对传统 AC-DC-AC变换存在的缺陷 ,采用高频调制直接 AC-AC变换技术 ,实现了两种不同结构的单相 AC-AC直接变换器 ,对其特点和仿真结果进行了分析 。