并联式绕组开放式永磁同步发电机系统改进电流控制策略

为解决传统永磁同步发电机系统存在的输出电压调节困难和适应转速范围窄的问题,针对一种新型的并联式绕组开放式永磁发电机系统中固有的零序电流和谐波问题,在分析并联式绕组开放式发电系统工作原理与零序电流产生机理的基础上,提出一种改进型电流控制策略,该方法在传统PI控制策略的基础上,增加对发电系统中整流桥侧的偏置电压的补偿量,抑制PI调节器输出的波动,实现电流谐波的抑制。最后,通过仿真和实验分析验证了该文提出的改进型电流控制策略与传统电流控制策略相比具有优良的控制性能。

绕组开放式永磁发电机系统整流桥电压矢量补偿控制方法

针对绕组开放式永磁发电机结合逆变器-整流桥拓扑构成的新型发电系统中由于整流桥的存在导致的发电机绕组中存在较多谐波含量的问题,分析了系统中电机绕组电流谐波的产生原因及其组成部分,根据整流桥输入电压矢量与电流状态的对应关系,对逆变器和整流桥的电压空间矢量进行合成,提出了一种基于整流桥电压空间矢量补偿的新型控制策略,消除了整流桥的非线性影响,实现绕组开放式永磁发电机系统的高效率运行。

基于无相移同步旋转滤波结构的绕组开放式发电系统无位置传感器控制

绕组开放式多输入源发电系统具有结构简单、生产成本低等优点。为实现绕组开放式系统的无位置运行,提出一种基于无相移同步旋转滤波器法。通过对系统的电压电流关系分析,建立基于绕组开放式发电系统简化数学模型的滑模观测器。分析传统同步旋转滤波结构中低通滤波器产生的相位滞后,论证直接同步旋转滤波算法的误差迭代问题,再将经典锁相方法产生的位置角用于传统同步旋转滤波器中的坐标变换,直接对滑模观测器输出进行滤波,得到一种具有无相位延迟优点的同步旋转滤波新结构。最后在一台基于永磁磁通切换电机的绕组开放式发电系统样机上进行实验,验证了该方法的正确性与有效性。

基于绕组开放式电机的多输入源发电系统拓扑研究

在互补型新能源发电系统中,采用多输入源变换器以及绕组开放式发电机,能够简化系统结构、降低系统成本。分析了多种结合双输入源变换器发电系统,并针对集成度、灵活性、能量调度等性能与直接并联型的绕组开放式发电系统进行比较,得出集成度最高、成本最低并满足能量分配要求的绕组开放式三输入源发电系统。研究了该结构的工作原理,并根据多个输入源的稳态关系式,提出一种能量管理策略,最后通过仿真和实验验证了理论分析的正确性和控制策略的有效性。

基于磁通切换电机的绕组开放式发电系统的建模与参数设计

针对分布式发电系统,采用绕组开放式拓扑可以简化电路结构,降低系统成本。通过比较不同永磁性电机的磁路特点与数学模型,选择磁通切换电机应用于绕组开放式发电系统中。该文还研究由于系统结构与控制方式而引起的输出电压存在固有脉动的产生及其抑制问题,基于系统开关平均模型搭建系统的闭环小信号模型并计算得到系统的输出阻抗。基于Middlebrook判据分析源端和负载段的阻抗匹配问题,研究不同系统参数下脉动抑制能力,提出一种快速的系统参数设计方法。最后在一台基于永磁磁通切换电机的绕组开放式发电系统样机上进行实验,验证提出方法的正确性与有效性。

绕组开放型永磁同步电机的建模及应用

本文以传统永磁电机abc坐标系下的动态数学模型为基础,推导出绕组开放型永磁电机的数学模型。将模型中的电压方程分为绕组电阻电压、绕组自感电压、绕组反电动势、绕组间的互感电压,建立绕组开放型永磁电机的Matlab/Simulink模型并应用该模型进行新型发电系统性能的仿真,仿真结果表明模型的正确性和发电系统控制策略的有效性。

基于开放绕组的新型无刷谐波励磁同步发电机

在开放式绕组发电机中,三相定子电流可以包含完全相同的谐波电流成分,例如3次谐波电流。本文据此提出了一种新型的无刷谐波励磁同步发电机结构。与已有利用转子磁场所包含的3次谐波磁场的励磁技术不同,该原理利用定子开放绕组中的3次谐波电流成分或高频单相电流成分或直流成分所产生的定子脉振磁场在转子谐波绕组中产生感应电动势,经整流后为转子励磁绕组提供励磁电流,从而在不采用独立励磁机的前提下实现无刷化的电励磁同步发电机。本文对该谐波励磁原理进行了理论分析及电磁场有限元计算验证,并在此基础上进行了样机实验验证,证明了该原理的可行性。该谐波励磁原理的意义在于,提供了一种无刷励磁的同步发电机方案,以期减少高性能发电机对日益昂贵的稀土永磁材料的依赖与消耗。

新型开放式绕组永磁同步电机矢量控制系统研究

双逆变器供电的开放式绕组永磁同步电机(open-end winding permanent magnet synchronous motor,OEW-PMSM)系统作为一种新型电机驱动拓扑,其直流母线电压利用率高、绕组电流控制自由度大、容错能力强,在电力拖动领域具有良好的应用价值。该文建立了OEW-PMSM的数学模型及其采用双逆变器供电的矢量控制系统,结合双逆变器工作原理和输出矢量,分析系统零序电压和零序电流问题,采用不产生零序电压的电压矢量进行空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)来消除零序电压,并给出实现算法。在采用消除零序电压的SVPWM控制时,双逆变器供电的OEW-PMSM可以将基速提高为星接绕组时的1.7倍,降低了系统弱磁设计和控制的难度。仿真和实验验证了所提方法的正确性和可行性。

高推力永磁游标直线电机的开放式绕组SVPWM控制

提出了基于高推力永磁游标直线电机的开放式绕组空间矢量脉宽调制策略。对双逆变器开放式绕组拓扑结构展开分析,建立空间电压矢量的数学模型。基于现有的两电平逆变器,对双逆变器系统的两边逆变器进行独立分析,将电压矢量组合得到各空间电压矢量对应的开关状态。空间矢量平面被划分为6个子六边形区域,在子六边形内将参考矢量分解为两部分,一部分由一边逆变器钳位于固定开关状态提供,另一部分由另一边逆变器在对应子六边形中调制得到。最后,通过仿真与实验验证了该方法的正确性。

基于开放式绕组异步电动机的容错控制的研究

开放式绕组异步电动机采用三相H桥拓扑结构,其输出电压能力与三电平逆变器相当。具有提高电动机供电电压,采用非弱磁方法提高电机转速和改善电压输出波形等优点。由于系统采用三相独立供电,系统所用的开关管个数增加,系统故障率提高。在对常见的短路和断路故障进行故障辨识和重构后,系统由剩余两相继续工作。容错控制时电机磁链幅值是正常运行时的3^(1/2)/3,仍能维持继续运行。最后经过实验验证,证明容错控制的可行性。

三级式同步电机起动过程交直流励磁一体化控制

针对三级式同步电机起动过程中存在的主励磁机励磁问题,提出一种具有三相定子绕组开放式结构的主励磁机结构,结合双逆变器拓扑,构成一种新型交直流一体化励磁系统,详细分析了双逆变器的三相交流励磁、直流励磁控制方法,并由主励磁机工作特性推导出交流励磁频率的选择依据,研究交、直流励磁切换点选取原则及控制方法。仿真和实验结果表明,交、直流励磁一体化控制策略能够使主励磁机输出稳定的励磁功率,并可实现交、直流励磁平滑切换。

双逆变器SVPWM调制策略及零序电压抑制方法

双逆变器具有与三电平逆变器相同的空间电压矢量分布,使直流母线电压利用率提高,在开放式绕组电机驱动系统中得到广泛应用。该文在分析双逆变器工作原理的基础上,研究双逆变器的调制策略,提出一种最大电压范围的双逆变器空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)策略,该策略首先将空间电压矢量平面划分为6个扇区,从而将参考电压矢量分解为两段:其中一段矢量等效为将双逆变器中的一个逆变器钳位在某一特定开关状态;另一段矢量由另外一个逆变器在其6个子扇区内调制实现。为抑制SVPWM调制所带来的零序电压,引入等效零矢量分配因子,通过零矢量产生的零序电压来抵消基本电压矢量合成时产生的零序电压。在开放式绕组永磁同步电机矢量控制系统中进行了仿真和实验研究,仿真和实验结果证明了所提方法的有效性。

电动汽车充电与驱动集成化拓扑

针对功率等级较高的电动汽车提出一种充电与驱动集成化拓扑。通过共用相同的电力电子器件将充电系统和电机驱动系统相集成。该集成拓扑结构中充电系统采用一种基于磁组合变压器的三相输入组合式全桥变换器。充电系统中的三个单相桥式变换器可以重构成双逆变器。将双逆变器和阻抗源网络相结合驱动开放式绕组感应电机。充电模式和驱动模式通过相应的切换开关实现。在实际工程应用中,集成拓扑连接导线较长,寄生参数对电路的性能影响就会较大,因此采用了一种缓冲电路。所提集成化拓扑具有功率因数高、电气隔离、单级升/降压、可靠性高以及自容错能力等优点。仿真和实验结果验证了该集成化拓扑结构的可行性。

抑制共模电压的双逆变器SVPWM调制策略

与传统星接绕组电机驱动系统相比,采用双逆变器供电的开放绕组电机驱动系统具有高母线电压利用率、更好的容错能力等优点,在电动汽车、电力牵引等领域具有良好的应用前景。但由于三相绕组中性点被拆开,导致系统中存在潜在的零序电流问题,零序电流会增加逆变器容量和系统损耗,甚至使系统无法运行。为消除系统零序电流,本文提出采用不产生共模电压的开关组合进行SVPWM调制,从而抑制系统的共模电压以及由此引起的零序电流。最后通过仿真和实验验证了这种方法的可行性。

一种新型动态电压恢复器拓扑

针对传统动态电压恢复器(dynamic voltage restorer,DVR)拓扑结构直流侧电压等级高,逆变单元输出电压波形畸变率大及其损耗亦较高的问题,依据开放式绕组原理提出新型DVR拓扑结构。研究了新型DVR拓扑实现低谐波畸变率和低直流侧电压幅值的方法;建立了新型DVR等效电路模型,并给出新型DVR拓扑的控制策略。同时分析对比了新型DVR与传统DVR拓扑的功耗,结果表明新型DVR功耗较低。最后,在MATLAB/SIMULINK平台搭建仿真模型,仿真结果证明所提出的DVR拓扑结构性能优越,补偿精度高。