基于IMC5桥臂逆变器双电机矢量控制研究

提出了一种基于间接矩阵变换器(IMC)5桥臂逆变器的双电机矢量控制方法,该方法将IMC 5桥臂逆变器的电压矢量脉宽调制(SVPWM)策略与异步电机的矢量控制相结合,实现了2台异步电机的独立控制和较好的动静态性能。相比于传统IMC双电机传动系统,该系统的开关器件数目进一步减少,从而降低了系统成本,提高了系统的效率。另外,该系统也可以作为传统IMC双电机传动系统一个桥臂故障情况下的容错运行模式。仿真结果验证了所提系统的有效性和可行性。

基于IMC-异步电机调速系统的谐波抑制MPC方法

为了减少基于间接矩阵变换器(IMC)的异步电机(IM)调速系统的输入电流谐波,提出一种谐波抑制模型预测控制(MPC)方法。将输入电流谐波预测量作为权重的一部分增加到模型预测控制的评价函数中,选择系统未来时刻最优开关状态,从而提高输入电流波形,优化电流质量。仿真结果表明采用提出的MPC方法,动态时异步电机的转速、转矩能够很快地跟随给定;稳态时转速、转矩、电流波形良好;网侧电流正弦性较好,输入电流的总谐波失真(THD)有明显减小。证明了采用新方法时异步电机的动、静态特性良好,网侧电流质量较间接矩阵变换器模型预测控制方法有一定改善。

基于IMC多机传动系统的控制策略研究

针对传统交直交变换器多机传动系统中间直流环节存在大电感或大电容而使其体积大,笨重等的问题,采用了一种新颖的基于间接矩阵变换器IMC的多机传动系统电路拓扑。其结构紧凑,体积小,重量轻;整流级采用两段式PWM调制策略,可获得单位功率因数的正弦输入电流,多个逆变级均采用空间矢量调制,实现各个逆变级的独立控制,获得不同频率和幅值的正弦电压。在这种调制策略的基础上,分析了零矢量重叠PWM分布方式对输入输出性能的影响,它可以实现整流级电路的零电流换流,减少了逆变级的开关次数,极大地降低了开关损耗,提高了变换器的效率。仿真结果表明:采用零矢量重叠的调制策略可以减少输出电压电流的谐波含量,能够有效改善传动系统的动态和稳态性能。

基于共模电压有效值的间接矩阵变换器调制策略对比分析

间接矩阵变换器(indirect matrix converter, IMC)是一种无中间直流环节的AC-AC变换器,具有正弦输入输出特性,且功率密度大、运行效率高,在风力发电、交流传动等领域应用前景广阔;但IMC在调制运行过程中不可避免会产生共模电压,对电机造成损坏,影响系统的可靠运行。为了提升IMC运行可靠性,抑制其输出共模电压,文章以逆变级相邻四有效电压矢量调制、逆变级相邻三有效电压矢量调制、整流级相邻三有效电流矢量调制、整流级120°两有效电流矢量加零电流矢量调制和整流级加权三有效电流矢量调制共5种经典抑制IMC共模电压峰值达42.3%的调制方法为研究对象,通过对其输出共模电压有效值进行建模,考虑电压传输比对共模电压有效值的影响,量化分析共模电压有效值的变化规律,比较不同调制方法对共模电压的抑制能力。从5种调制方法的共模电压有效值对比分析结果可知,采用逆变级相邻四有效电压矢量合成的空间矢量调制方法对IMC共模电压有效值的抑制效果最佳。仿真和实验结果验证了上述理论分析结果的正确性。

QZSIMC感应电机驱动系统的最优升压控制

Quasi-Z源间接矩阵变换器是一种新型的电路拓扑。将Quasi-Z源间接矩阵变换器用于感应电机驱动系统,设计了按转子磁场定向的矢量控制系统,分析了感应电机的最优升压控制原理,得到了在保持电机磁通恒定的情况下,计算Quasi-Z源间接矩阵变换器直通占空比的方法。通过选择合适的直通占空比,可以提升Quasi-Z源间接矩阵变换器的输出电压,改善电机在输入电压较低情况下的动力性能,同时降低Quasi-Z源间接矩阵变换器的功率损耗,仿真和实验结果验证了该控制系统的有效性。

抑制间接矩阵变换器共模电压的调制策略

间接矩阵变换器在运行过程中会产生较大的共模电压,对电机系统造成严重的电磁干扰,影响系统正常运行。针对这一问题,提出一种新的空间矢量调制策略降低共模电压大小,改善输出电压性能。首先,将整流级空间矢量重新划分区域,根据参考电流矢量所在区域选择3个相邻的有效电流矢量,将有效矢量下的平均直流母线电压维持在一个恒定值,保证整流级的最大输出电压。其次,逆变级采用无零矢量调制策略,通过使用3个有效电压矢量合成所需要的输出电压,将共模电压峰值抑制到输入相电压幅值的57.7%。与传统调制策略相比,提出的调制策略不仅可以减轻系统计算负担,还可以减少系统输入输出谐波,改善输入输出波形质量。最后,通过Matlab/Simulink和实验平台搭建相应模型,仿真和实验结果验证了所提出策略的有效性。

间接矩阵变换器-异步电机调速系统边界圆限定模型预测控制方法

本文提出了一种适用于间接矩阵变换器-异步电机调速系统的边界圆限定模型预测控制方法。该方法基于图形边界限定模型预测控制思想,综合考虑网侧电流和电机定子电流需求,通过构造圆形边界作为限定,以电流误差保持在边界圆内时间最长为原则,预测出间接矩阵变换器的开关状态作为控制信号,从而均衡优化网侧与电机定子电流性能。仿真和实验结果表明,采用边界圆限定模型预测控制方法,间接矩阵变换器输入输出电流均为正弦,网侧功率因数接近于1,电机具有良好的动静态性能。与传统模型预测方法相比,采用本文提出的方法,在各种工况下网侧电流与电机定子电流THD均下降,实验结果表明网侧电流的THD降低了19.6%,电机定子电流的THD降低了18.5%。

T型三电平间接矩阵变换器拓扑结构和调制策略

针对传统三电平间接矩阵变换器(TLIMC)传输效率低,开关损耗大,成本较高等缺点。此处提出新型T型TLIMC的拓扑结构以及空间矢量调制策略。该变换器拓扑结构是由两个相同的整流器和一个T型三电平逆变器组成。具有较高的电压传输比,其实现成本较低,控制策略也较为简单,相比传统的TLIMC有着更好的可行性,新型TLIMC采用双空间矢量调制策略。整流级采取无零矢量调制,使输入功率因数达到最大。逆变级利用“最近三矢量”原则合成输出电压,计算基本矢量占空比,求得TLIMC的最大电压传输比。通过Matlab/Simulink搭建仿真模型对提出的设计思路进行仿真实验,结果证实了理论分析的正确性。并且搭建样机平台,验证了所提拓扑和调制策略的有效性。

一种大幅度减小间接矩阵变换器高频共模电压的调制策略

现有的间接矩阵变换器共模电压抑制策略大都聚焦于降低峰值而缺少对减小高频共模电压幅值的研究。基于有效矢量作用下的共模幅值和正负特性,该文提出一种大幅度减小间接矩阵变换器高频共模电压的新型调制策略,该策略的共模电压在一个输入扇区内正负方向不发生变化:整流级调制选择相邻两个有效矢量,逆变级调制在输入1、3、5扇区选择输出共模电压方向始终为正的有效电压矢量V2、V4、V6;在输入2、4、6扇区选择输出共模电压方向始终为负的有效电压矢量V1、V3、V5。通过减小共模电压在一个载波周期内的跳变次数和变化幅值,可以大幅度减小高频共模电压。最后,通过仿真和实验结果验证了该方法的有效性。

基于虚拟矢量预测的三电平间接矩阵变换器-永磁同步电机改进调制模型预测控制研究

针对三电平间接矩阵变换器–永磁同步电机(threelevel indirect matrix converter-permanent magnet synchronous motor,TLIMC-PMSM)系统采用传统的调制模型预测控制(modulationmodelpredictivecontrol,M2PC)时,因M2PC扇区选择和占空比计算不准确等原因造成电机运行波动大和系统波形质量低等问题,提出了基于虚拟矢量预测的改进型调制模型预测控制(virtualvectorprediction-modulation modelpredictivecontrol,VVP-M2PC)。首先,建立TLIMC-PMSM的数学模型,介绍传统M2PC原理。其次,针对三电平逆变级进行改进,对原矢量重新划分扇区,并构造出新的虚拟矢量和新的占空比计算方法来减少电流控制误差,提升波形质量,并比较了2种算法的差异。最后,与MPC控制以及传统M2PC控制进行实验对比,实验结果证明所提算法能够改善PMSM的转速和转矩波形脉动和暂稳态性能,提升系统输入输出波形的质量和鲁棒性。

基于补偿函数的SPWM矩阵变换器控制策略

应用矩阵变换器的交直交等效模型,在其交直和直交2个虚拟环节上,分别采用不控整流和SPWM2种简单易实现的调制方式。在三相输入电压对称或非对称的情况下,虚拟整流环节输出的是直流波动电压,为消除此直流波动电压对虚拟逆变环节SPWM调制输出的电压、电流波形的影响,利用开关函数概念推导了对SPWM的调制波进行补偿的补偿函数。其原理是通过向调制波中注入反极性的、幅值随直流波动电压瞬时值变化的正弦波来消除输出电压中的低次谐波。该方法同样适用于输入电压非对称的情况,而且其硬件实现电路简单。应用Matlab/Simulink进行了仿真,仿真结果表明在输入电压对称或非对称的情况下都能获得良好的输出电压波形,验证了所提控制算法的正确性。

基于DSP与CPLD的矩阵变换器间接SVPWM控制

文章研究了基于虚拟直流环节的间接空间矢量调制策略,分别在仿真和实验中验证了该控制策略;实验利用具有实时处理能力的DSP并结合CPLD实现4步换流,输出了正弦的交流电压和输入电流,取得了良好的效果。

间接矩阵变换器优化SVPWM及其简化的同步控制

针对间接式矩阵变换器中存在的直流母线电压波动问题,提出一种基于输入电压的空间矢量优化调制策略,用于逆变级优化。为克服传统方法在实现整流级无零矢量调制与逆变级调制策略同步控制的过程中存在的计算量大、调制波形不对称的缺陷,提出一种简化的同步控制算法,该控制算法不需要复杂浮点运算、易于实现。实验结果表明,优化调制策略和简化同步控制算法的应用可改善间接式矩阵变换器的输入输出波形质量。

适用于电压尖峰抑制的间接矩阵变换器电路杂散电感建模与优化设计

间接矩阵变换器换流过程及换流回路复杂,换流回路中存在大量杂散电感且不可忽略,在功率器件高频动作时将出现电压尖峰,导致功率器件的失效和损坏。对此,本文深入分析了间接矩阵变换器的换流原理及过程,通过构建换流回路的等效电路模型,采用电磁计算方法,探究影响杂散电感的主要因素及其对器件电压尖峰的影响作用机理,在此基础上,利用ANSYS软件建立间接矩阵变换器3D模型,进行杂散电感参数提取。据此,提出了一种电路优化设计方案,通过优化母排结构、布线方式、布线位置以及线路尺寸抑制换流回路杂散电感。对优化前后的样机进行仿真和实验测试,结果表明,杂散电感仿真值与实验值趋势大致相同,优化前后杂散电感值均有显著下降,最大下降32.7%。相应地,功率器件关断时电压尖峰得以抑制,最大下降18.3%,使得各器件均能工作于额定电压内。由此可见,建立的模型准确、可靠;且优化设计方案减小了换流回路的杂散电感,抑制了功率器件的电压尖峰,提高了系统运行的安全性、稳定性。

考虑不同调制策略的间接矩阵变换器输入电流谐波特性分析

为明确间接矩阵变换器(IMC)的输入电流谐波特性,进而抑制其输入谐波以改善网侧电能质量,利用变换器传递函数建立输入电流数学模型,确定其谐波组成,同时通过引入脉冲重心思想,综合考虑不同脉宽调制策略下脉冲幅值、宽度以及分布位置等特征,进一步分析明确输入电流谐波的主要频率成分及其含量。此外,在理论分析过程中发现了降低谐波频率成分的脉宽分布规律,即输出电压矢量脉宽比例对称分布。仿真和实验结果表明,根据所发现的脉宽比例对称分布原则,在采用双空间矢量调制(SVM)策略和两段式脉宽调制(PWM)策略时,输入电流中均主要含有输入频率的6n±1倍次谐波,而与输出频率无关。仿真和实验中测得的各次谐波含量符合理论分析结果,且随频率提高而衰减,证明了理论分析的有效性和正确性。

基于间接矢量调制矩阵变换器建模仿真研究

矩阵变换器具有网侧功率因数和输出电压频率灵活可调、输入电流谐波低,能量双向流动,无中间直流环节等优势。文章首先分析了矩阵变换器拓扑结构、给出了矩阵变换器的交-直-交等效电路。详细的介绍了间接矢量调制技术实现过程,给出了实现过程的主要步骤,并且分析了不同步骤下关键参数的计算和选取原则。为了避免传统间接矢量调制存在两次切换以及对电流和电压波形质量造成不利影响等问题,对调制矢量占空比进行了优化配置。最后通过仿真软件对其进行仿真研究,并着重对矩阵变换器谐波进行仿真分析,结果验证了所研究的改进型间接矢量调制技术的有效性和可行性。

基于空间矢量的三电平间接矩阵变换器简化策略研究

针对传统三电平空间矢量脉宽调制的开关矢量作用次序的选取较为复杂、算法的运算量较大等缺点,提出一种运用到三电平间接矩阵变换器上的简化空间矢量调制策略。该方法在整流级采用无零矢量的调制策略,保证输入电压功率因数达到最大。逆变级采用简化扇区的空间矢量调制,使参考电压旋转归一到第一扇区,然后进行参考电压修正和降电平处理。该调制策略与传统调制策略相比,不仅使算法运算量比原来减少,无需预先存储大量数据,还使谐波畸变率比原来降低。通过仿真对简化的空间矢量调制策略进行验证,并且搭建样机平台,用实验的方法对该策略的可行性和正确性进行验证。

间接矩阵变换器-异步电机调速系统的优化模型预测控制

在间接矩阵变换器-异步电机调速系统采用模型预测控制(MPC)时,由于开关状态有限,且控制频率固定,使得每个采样周期内的变换器输出电压矢量幅值受限,因此在电机中低速区域运行时,有限个输出电压矢量均与目标参考差异较大,从而导致网侧电流和电机定子电流波形有大量谐波,进而引起电机转矩和磁链波动。针对这一问题,提出一种优化模型预测控制方法,以网侧电流和电机磁链矢量为控制目标,在矩阵变换器的逆变级电路中插入变占空比的零矢量开关状态,通过理论分析和推导开关状态作用时间约束及品质优化函数的单调性,求取最优占空比及相应的开关状态组合,从而提高矩阵变换器在不同工况下的输入输出性能。同时,零矢量的插入可实现整流级电路中双向开关的零电流换相,以保证矩阵变换器的安全可靠运行。仿真和实验结果表明,该方法可实现矩阵变换器良好的网侧电能质量和电机优良的动静态性能,且比起传统的模型预测控制方法,该方法的网侧电流和电机电流谐波明显降低,尤其是在电机中低速运行工况下效果更好。

抑制矩阵变换器共模电压的间接调制改进方法

为了解决矩阵变换器共模电压对电机系统造成负面影响的问题,本文提出了两种改进的间接空间矢量调制方法:第1种是在矩阵变换器的高调制系数范围内,通过利用3个相邻的有效矢量来合成整流部分的参考电流;第2种是在低调制系数范围内,利用两个间隔的有效矢量和1个合适的零矢量来合成参考电流,并且这两种方法的逆变部分都不使用任何零矢量。该调制方法与传统调制方法相比,不仅将共模电压的峰值降到输入电压幅值的√3/3倍,而且还降低了逆变部分的开关损耗。通过仿真和实验证实了这两种调制方法的有效性。

矩阵变换器驱动无刷直流电动机间接调制策略

将矩阵变换器用于驱动无刷直流电动机,实现对无刷直流电动机的交-交直接控制。基于矩阵变换器交-直-交等效模型,提出一种新的用于驱动无刷直流电动机的矩阵变换器间接调制策略。兼顾输入输出性能,分别对整流级和逆变级应用不同的PWM调制策略。整流级应用不含零矢量调制,逆变级采用120°PWM斩控调制方式。文中对所采用的调制策略进行了理论分析与数学推导,详细讨论了两级调制策略合成过程,并将其演化得到常规九开关矩阵变换器驱动无刷直流电动机实现交-交变频调速的控制策略。原理样机实验结果表明,本文所提控制策略正确、有效。