适用于三电平逆变器的电流谐波最小脉宽调制策略

受限于散热条件,大功率牵引传动系统中逆变器开关频率通常很低,三电平逆变器由于在低开关频率下具有较小的输出谐波、较低的dv/dt等特点在中高压大功率领域中被广泛应用。以三电平中点钳位型逆变器为研究对象,提出一种电流谐波最小脉宽调制策略(CHMPWM),基于加权总谐波畸变最小的优化目标求解不同开关角个数下的开关角曲线,与目前应用较为广泛的特定次谐波消除脉宽调制进行谐波性能对比。该方法不会完全消除特定次数的谐波成分,但是总体电流谐波可以达到最小。针对电流谐波最小脉宽调制策略在实现过程中存在的困难,设计全速度范围基于电流谐波最小脉宽调制的多模式调制策略。仿真和实验结果表明,提出的调制策略具有良好的谐波性能,与理论分析结果一致。

计及采样扰动抑制的电压源逆变器三矢量无模型预测电流控制方法

针对传统电压源逆变器无模型预测电流控制(model-free predictive current control,MFPCC)方法存在电流纹波大、电流梯度更新停滞以及预测性能易受采样扰动影响的问题。该文提出一种计及采样扰动的三矢量MFPCC方法。在一个控制周期应用3个基本矢量,并根据价值函数计算矢量作用时间,降低了输出电流纹波;其次,通过建立不同矢量作用下的电流梯度方程组,实现电流梯度数据的实时更新,消除了停滞现象;再次,分析采样扰动对MFPCC的影响,采用扩张状态观测器估计采样扰动以补偿预测电流控制,抑制其对输出电流的影响。最后,通过仿真和实验,对所提方法的有效性进行了验证。

三相电流型Z源逆变器数字逻辑脉宽调制

传统电流源(CS)逆变器用于中大型的工业应用中,与传统的电压型(VS)逆变器相比只适合电压下降的场合并且需要一个相当复杂的调制器。为了解决这种问题,本文提出了三相升降压型电流型逆变器的Z源概念,也就是Z源电流型逆变器。文章用不同的调制方法对电压型逆变器进行调制,进而推设计出合适的逻辑开关方程,控制电流源型Z源逆变器。可以用DSP和一个可编程逻辑器件实现。

改进滑模观测器的电流源逆变器驱动PMSM无位置传感器控制

由于电流源逆变器(CSI)的叠流效应以及前级DC-DC控制的母线电流脉动较大,使得扩展反电动势中含有大量谐波,造成较大的位置误差。针对此问题,该文提出一种改进滑模观测器的电流源逆变器驱动永磁同步电机无传感器控制方法。首先,基于传统滑模观测器,设计复系数滤波器代替传统低通滤波器,实现了对估计反电动势的准确提取,同时也抑制了估计反电动势中的高频抖动和高次谐波。其次,将二阶广义积分器内嵌于锁相环中,用于消除位置误差信号中的低次谐波,提高位置观测准确度。最后,将估算的速度信息反馈回复系数滤波器,实现复系数滤波器的自适应性。实验结果表明,所提方法在不同工况下,能够有效提高估算的转子位置精度,验证了方法的可行性与有效性。

基于电流源型逆变器驱动的五相永磁同步电机控制策略研究

在现代电机驱动系统中,采用电流源型逆变器控制方案可有效提升系统可靠性,降低电机电流谐波含量,并提升电磁兼容性能。电流源型逆变器拓扑采用电感元件作为母线储能装置,对于功率回路中的短路故障具有较强的抵抗能力。同时,逆变器输出侧并联滤波电容网络,实现对高频谐波的旁路作用。该文对五相电流源型驱动系统控制策略进行研究,采用五相半桥型逆变器拓扑结构,电机绕组采用星型连接方式以限制零序电流,给出基波与谐波电流矢量空间分布特征,提出双平面矢量脉宽调制策略,有效抑制3次谐波电流。考虑到逆变器输出侧CL型负载可能引起的谐振问题,采用基于电机电流的有源阻尼策略,降低谐振电流分量,提升系统稳定性。最后,通过实验验证所提控制策略的有效性。

三相电压源型逆变器的多目标满意优化脉宽调制策略

提出了一种基于伏秒平衡方程组特解在线规划的新型多目标满意脉宽调制策略(multi-objective satisfactory optimization PWM,MSO-PWM)。首先,针对单个载波周期内线性调制范围扩展、输出电流纹波损耗与开关损耗3个优化目标分别建立了时域数学规划模型,并求解各自的全局最优解,实现了单个目标的全局最优化。通过对3个目标的全局最优解的分析,揭示了不同优化目标之间矛盾的本质原因,通过引入满意优化的思想,以多目标满意取代单目标最优,并通过目标满意度松弛避免了因目标矛盾而出现的无解问题,最终实现了3个目标的整体满意优化。相对于现有的单目标局部优化PWM,所提出的MSO-PWM能够根据决策者偏好信息通过调整开关损耗系数界限来灵活地调整各控制目标的重要性,在偏重优化某个目标的同时兼顾其他目标,实现多个目标的满意优化,以满足现代逆变器系统越来越多的设计要求,具有很强的通用性和灵活性。实验结果验证了MSO-PWM的正确性与灵活性。

一种混合9电平电压源逆变器及其变频脉宽调制

介绍了一种应用于中高压变频调速装置的9电平输出电压源逆变器,逆变器的主电路由2种不同拓扑结构的逆变电路组成,分别使用不同参数的开关器件实现,可以综合利用阻断电压高的器件和开关速度快的器件的优点。分析了逆变器主电路的拓扑结构及特点,研究了主电路的开关模式后提出了一种基于载波调制的适合于任意电平数目混合逆变器的PWM(脉宽调制)算法,最后仿真研究了混合9电平逆变器在变速驱动场合中的应用,并验证了算法的有效性。对线电压的频谱分析表明,混合9电平逆变器有很好的输出波形,输出谐波含量少,在高频段输出线电压的总谐波畸变率小于5％,输出电压的dv/dt小,可用于驱动大容量的中高压异步电动机。

五相电压源逆变器的空间矢量脉宽调制方法研究

为提高五相电压源逆变器(voltage source inverter,VSI)的直流母线电压利用率,减少输出相电压中所含的谐波分量,提出一种改进的基于最近四矢量的五相VSI空间矢量脉宽调制算法。根据调制系数的不同,将整个调制范围分为正弦调制区和非正弦调制区。在正弦调制区,通过合理分配空间矢量的作用时间,使得输出相电压为标准正弦波形,不含有任何谐波成分;在非正弦调制区,通过对谐波子空间内的电压矢量进行优化控制,在进一步提高直流母线电压利用率的同时,保证输出相电压中所含谐波分量更少,使逆变器工作在最优状态。仿真和实验结果验证了所提算法的正确性和可行性。

双重d-q空间下五相电压源逆变器空间矢量脉宽调制死区效应分析与补偿

电压源逆变器(voltage source inverter,VSI)受到死区效应以及开关暂态过程等非线性因素的影响,导致负载电机定子相电流中含有低次谐波,畸变率较大。针对五相VSI系统,在分析其双重d-q子谐波空间及电压矢量空间状态分布的基础上,进行空间矢量脉宽调制算法死区效应的研究。然后,以五相永磁同步电机矢量控制算法为例,根据仿真中设置不同的死区时间得到的电压谐波含量,验证理论分析的正确性,同时对其电流控制方案进行改进,实现双重d-q空间下的谐波电流闭环抑制,从而对VSI系统死区效应进行补偿,达到了消除电机电流中低次谐波的目的。计算机仿真和硬件在环半实物实验结果均验证了该方案的正确性和有效性。

抑制Z-源逆变器母线电压跌落的空间矢量脉宽调制方法

在深入分析Z-源三相逆变电路工作过程中存在的二极管断流以及由此导致的直流母线电压跌落问题的基础上,导出了直流母线电压跌落的表达式,并提出一种新的空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法。该方法根据Z-源网络中所独有的直通工作状态,在不改变硬件电路的前提下,通过合理地插入直通零矢量来避免电路的非正常工作状态,保持直流母线电压的稳定,提高逆变器的输出电压质量。在满载和轻载两种工况下,对比分析了本文SVPWM方法和传统SVPMW方法对Z-源网络的直流母线电压的影响。最后,通过仿真和实验验证了本文SVPWM方法的正确性和有效性。

一种具有直通电流抑制能力的低电压尖峰Y源逆变器

针对传统耦合电感型阻抗源逆变器存在直流链电压尖峰和直通电流过大的问题,提出一种具有直通电流抑制能力的低电压尖峰Y源逆变器。分析了所提拓扑在直通状态和非直通状态下的工作原理,并给出了一个开关周期内的主要波形。采用安秒和伏秒平衡原理,分别推导出关键器件的电压、电流应力。与改进型Y源逆变器对比,当绕组系数相同时,所提拓扑在相同的升压比下具有更小的直通占空比,增大了调制比范围,提高了直流链电压利用率,并能够降低直流链电压尖峰。而且,所提拓扑能够抑制直通电流的增大,相同直流链电压下需要更小的直通时间使其直通状态下的开关管导通损耗更小。最后,搭建240 W实验装置充分验证所提拓扑的先进性。

电流源逆变器复矢量解耦与前馈解耦联合降阶控制策略研究

电流源逆变器输出侧需添加电容器对输出斩波电流进行滤波,导致电流源逆变器电机驱动系统控制模型具有系统阶次高、存在谐振点、旋转坐标系下模型耦合严重等问题。针对上述问题,以降阶控制为主要目的,提出了复矢量解耦与前馈解耦联合降阶控制策略。针对电流源逆变器的复矢量模型,引入电机电流前馈消除模型中电机电流耦合项,在此基础上,使用复矢量解耦策略,针对二阶串联模型设计带有耦合误差项的比例积分控制器,消除常规控制器中高阶模型导致的闭环系统谐振,简化闭环模型,实现系统的解耦与降阶。同时,该控制器具有结构与参数整定简单的优点,通过稳定性分析验证了所提闭环电流控制器的可行性。以一台3 kW永磁同步电机为对象进行仿真,并与传统控制策略、双闭环控制策略进行对比验证。结果表明,所提控制策略在降低模型阶次、简化控制器设计的同时,相较于传统控制策略解耦合能力更强,在阶跃响应与转速耦合作用下表现出更强稳定性,电流在阶跃信号作用下均没有发生振荡。

基于Z源逆变器的改进空间矢量脉宽调制算法研究

Z源逆变器通过在空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法中插入直通零矢量,从而获得独有的升压能力。传统算法首先需要坐标变换来进行扇区判断及时间点计算,存在大量复杂运算,降低了系统时效性。针对这一问题提出改进算法,直接利用三相电压进行扇区判断,并计算扇区内相邻基础矢量及直通零矢量作用时间,从而得到开关次序,无需进行坐标变换。通过仿真,在以DSP为控制核心的Z源逆变器系统中验证了算法的可行性。试验表明,与传统SVPWM算法相比,改进型算法响应速度快,具有较高的系统效率。

基于扇区细分六相电压源逆变器全调制范围的空间矢量脉宽调制方法

基于12扇区的双Y移30°六相电压源逆变器(VSI)电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)存在逆变器开关次数较多、波形不对称、不利于数字化实现等问题。为解决这些问题,有学者提出24扇区的SVPWM方法,但没有涉及过调制。该文提出了一种基于扇区细分的六相SVPWM方法,将24扇区中的每个扇区进一步细分为5个区域。当调制度在0.5774~0.6221之间时,构造了谐波电压最小化的优化模型,采用外点法求解优化模型,使谐波电压得到有效抑制。与传统的12扇区SVPWM方法相比,相电压总谐波畸变率的平均值大约降低28%。当调制度在0.6221~0.6366之间时,构造了电压幅值差值最小化优化模型,使合成的相电压基波幅值略低于期望的基波幅值,但方法简单、计算量小。该方法可进一步拓展到多相电机系统,以提高系统运行性能。通过仿真分析和实验验证,验证了本文所提方法的正确性和实用性。

基于H桥逆变器的永磁容错电机电流滞环跟踪与电压空间矢量的脉宽调制比较研究

永磁容错电机的各相绕组采用H桥逆变器供电,消除了各绕组间的中性点,实现了电气隔离,提高了电机控制系统的直流电压利用率和容错性能。在分析永磁容错电机H桥逆变电路结构和工作原理的基础上,阐述了电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)和电流滞环跟踪脉宽调制(CHBPWM)的原理,设计了三相永磁容错电机的矢量控制系统,并建立了三相永磁容错电机SVPWM和CHBPWM的仿真模型,搭建了基于DSP的三相永磁容错电机矢量控制系统试验平台。通过仿真和试验,对比分析了两种控制策略的优缺点和适用范围。

准Z源逆变器的模型预测电流误差控制

为降低准Z源逆变器模型预测控制的控制误差,提出一种模型预测电流误差控制方法。首先,在充分分析电压矢量对被控量性能影响的基础上,合理地选择适合各被控量的电压矢量组合方式。然后,利用电流对称控制思想保证电感电流关于其参考指令对称。最后,采用电压矢量抵消原理使输出电流幅值逼近其目标值。实验结果表明,所提方法能够大幅降低电感电流脉动和输出电流谐波含量;证明了所提方法能有效提高准Z源逆变器的控制精度,简化了对权重系数的设计工作。

三电平牵引逆变器电流谐波最小调制策略

使用三电平变流器拓扑结构,可有效降低单个开关器件所承受的电压等级,为碳化硅(SiC)器件在高压大功率牵引变流器领域的应用提供解决方案。文章根据牵引逆变器的应用需求,针对三电平二极管中点箝位(Neutral-Point-Clamped,NPC)型逆变器拓扑的电流谐波最小脉宽调制(Current harmonic minimum pulse width modulation,CHMPWM)策略开展了研究,通过求解不同开关角个数下开关角度随调制比的变化曲线,实现了三电平逆变器脉冲数较低情况下的电流谐波的总体优化,理论分析了CHMPWM不同开关角个数下的各次电流谐波和加权总谐波畸变(weighted total harmonic distortion,WTHD)特征,介绍了CHMPWM的脉冲产生方式及基于定子磁链偏差矢量的调制模式切换方法。最后,利用小功率试验平台对三电平逆变器CHMPWM及调制模式切换策略进行了试验研究,结果表明,三电平逆变器CHMPWM策略具有较好的动态和稳态性能,能满足牵引逆变器的技术应用需求。

多电平中压脉宽调制电压源逆变器驱动装置应用中电动机轴电压和轴承电流及其减小的问题

本文介绍了关于在中压脉宽调制（PWM）驱动系统中电动机轴电压和轴承电流问题及解决办法的试验结果。试验表明多电平中压PWM电压源逆变器驱动装置同低压PWM驱动装置一样，甚至对一种轴承绝缘的电动机也可能会引起轴承电流。作为PWM开关在电容上的共模电压可在电机绕组上探测到，在电容上耦合到电机轴上，从而导致轴承电流，对包括改变共模电路，改变接地线路，提供共模滤波和使用机电轴接地在内的可能的解决方法都进行了试验研究，对于它们的有效性试验作了陈述结果。

基于扰动观测器的电压源型逆变器负载电流前馈控制方法研究

传统的电压源型逆变器负载电流前馈控制方法主要依赖前馈控制环路,虽然逆变器电流局部控制效果更佳,但很难满足前馈控制的需求。为此,设计了一种基于扰动观测器的电压源型逆变器负载电流前馈控制方法。该方法通过提取逆变器负载扰动电流的前馈特征,引入扰动电流作为前馈信号,将前馈点作为输出电压,得到了逆变器负载电流的动态变化规律。同时,基于扰动观测器控制电压源型逆变器的电流偏差量,将负载电流作为外部扰动信号来抑制非线性负载的干扰,以满足对负载电流的前馈控制需求。通过仿真实验验证了该方法具有较好的前馈控制效果。

光伏并网逆变器非互补混合脉宽调制下电流过零畸变分析与抑制

采用非互补混合脉宽调制的光伏并网逆变器具有开关次数少,抗干扰能力强的优点。但由于开关管随电网电压正负半周低频通断,并网电流存在明显的过零畸变现象。该文对比分析该调制方式与传统互补混合脉宽调制在开环和闭环控制下的电流换流过程,指出电流断续及存在"失控"状态是非互补混合脉宽调制过零畸变的根本原因。在此基础上,推导出"失控"角的解析表达式。最后提出桥侧电感参数优化以及控制波屏蔽两种电流过零畸变抑制方法。仿真和实验表明,所提方法可有效抑制过零畸变,并网电流总谐波畸变率可减小25%~35%。