双有源桥DC-DC变换器三移相调制及其死区效应分析和补偿

针对双有源桥(DAB)变换器宽电压范围应用,该文研究一种全工况连续、表达形式统一、计算量小的三移相(TPS)调制策略,并分析其功率传输特性及软开关性能。结合工程应用中的非理想因素,对TPS调制不同开关模式下的死区效应及其边界进行研究,给出DAB宽电压范围运行时避免电压跌落和极性反转的约束条件。针对死区引入的移相比损失、软开关范围减小等问题,提出一种基于开关脉冲调整的死区补偿策略以补偿移相比损失,重新获取全工况软开关范围,降低死区引入的附加电流应力及损耗、提升效率。最后通过仿真和实验验证所提策略的有效性。

混合式步进电机空间矢量PWM逆变器死区补偿策略

针对步进电机传统开环控制运行效果欠佳的问题,结合矢量控制算法对两相混合式步进电机进行控制,通过逆变器产生正弦波电流对电机进行驱动。由于步进电机气隙磁场畸变和PWM逆变器的死区效应,使步进电机的运行电流掺杂大量谐波,低速工作时尤为严重。为了改善电机低速运行性能、抑制谐波干扰,结合混合式步进电机矢量控制的电流环进行优化,通过自适应线性神经网络(ADALINE)算法将谐波进行提取与抑制,然后进行电流方向判断,对逆变器的输出进行补偿。实验证明,所提出的补偿策略能够有效抑制两相PWM逆变器的电流谐波,改善波形、降低电机低速运行的转矩脉动。

逆变器模型分析及死区补偿控制策略研究

研究并设计一种交流伺服系统内电压源型逆变器死区补偿控制策略,根据电机驱动系统逆变器结构模型,考虑逆变器内开关器件及输出特性,以抑制死区效应,改善逆变器输出电流为目标,分析得出电压源型逆变器死区补偿控制算法。该方法根据电机电磁响应远超前机械响应的特性,考虑死区时间影响,建立电机dq轴下电压动态方程,并构建定子感应电动势变化量与dq轴电流变化的关系,从而计算得出死区扰动补偿电压,并实现在线死区补偿,仿真结果表明,所提方法可有效降低电机相电流谐波畸变率,改善电流波形正弦度,抑制电磁转矩脉动,从而提升系统电流控制性能。

感应电机空间矢量PWM控制逆变器死区效应补偿

针对感应电机矢量控制系统,提出了一种可以同时补偿死区误差电压并消除零电流钳位现象的死区补偿方法。在分析影响死区效应的因素以及等效死区时间表达式的基础上,采用平均死区时间补偿法,在两相静止轴系中对等效死区时间产生的误差电压进行了补偿。为了提高电流极性检测的准确性,利用旋转轴系中的励磁电流和转矩电流分量经过坐标反变换,判断电流在两相静止轴系所处的扇区来决定需要施加的补偿电压。另外,为了改善输出电流波形的质量,将一种零电流钳位效应消除方法结合到上述补偿方法中。通过TMS320F2812DSP芯片实现补偿算法,并在11kW感应电机矢量控制系统中验证了死区补偿算法的有效性。

一种新颖的电压源逆变器自适应死区补偿策略

为解决空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)电压源逆变器低频和轻载时死区效应导致相电压和相电流畸变、零电流钳位效应等问题,分析死区效应和零电流钳位效应,提出一种新颖的自适应死区补偿策略。该策略无需电流极性检测,在同步旋转坐标系下,通过PI控制器调节扰动观测器观测出的q轴扰动电压,获得死区补偿时间;然后在传统SVPWM基础上,在每个脉宽调制周期内,根据两个非零空间电压矢量作用时间之比分配该死区补偿时间;最后用分配的补偿时间对这两个矢量作用时间分别进行补偿。实验结果表明,所提方法能明显地抑制电流低频谐波,有效地削弱零电流钳位现象,提高系统低速运行性能。

一种抑制VSI零电流箝位效应的死区补偿方法

电压源逆变器低频和轻载时,死区效应导致相电压和相电流畸变、零电流箝位效应等问题。为解决上述问题,分析死区效应和零电流箝位机理,发现了零电流箝位效应产生的一个主要原因,提出一种死区时间补偿策略。该策略无需电流极性检测,在SVPWM基础上,在每个PWM周期内对两个非零空间电压矢量作用时间分别进行补偿,该补偿根据这两个空间电压矢量作用时间之比分配死区补偿时间获得,死区补偿时间通过离线测量得到。实验结果表明,该方法明显地削弱了电流低频谐波,有效地抑制了零电流箝位现象,显著地改善了电流的正弦度,提高了系统低速运行性能。

三相变流器LCL滤波器参数优化新方法

LCL滤波器体积较小,对高频电流谐波有着显著的抑制作用,广泛应用于大功率三相AC/DC变流器中。LCL滤波器的参数设计大多考虑开关频率处的谐波,以LCL滤波器输入输出端的谐波电流衰减作为优化目标,往往会导致参数设计大于实际要求,增大滤波器体积与成本,且不易理论验证是否满足总谐波失真(total harmonic distortion,THD)要求。提出一种基于THD估算的LCL滤波器设计优化方法,将THD估算模型代替实际LCL滤波器模型进行试验设计,以IEEE Std 1547.2-2008规定的并网标准中总谐波畸变率为优化目标,滤波器谐振频率为约束条件,单次谐波畸变率为修正因子,通过简化梯度算法进行LCL滤波器参数的优化,并讨论闭环系统的稳定性和电流环PI控制器的影响。最后通过仿真和实验验证了设计的合理性。

一种感应电机转子时间常数MRAS的在线辨识方法

针对转子时间常数变化可能会导致感应电机磁场定向控制发生失调的问题,研究一种基于无功功率的模型参考自适应(MRAS)转子时间常数在线辨识方法。通过Popov超稳定性理论对辨识系统的稳定性进行分析,为了提高模型计算的准确性,采用一种在同步旋转坐标系中检测电流矢量角的死区效应补偿策略,以克服三相逆变器死区效应导致的相电压重构误差以及电流波形畸变的负面影响,并分析所研究的MRAS转子时间常数辨识方法对所涉及电机参数的敏感性。通过11 kW感应电机矢量控制系统进行实验,结果验证了辨识方法的有效性。

正弦和空间矢量PWM逆变器死区效应分析与补偿

给出了PWM逆变器死区效应引起的误差电压矢量,采用矢量合成的方法,推导了死区效应作用下电机绕组产生的合成电压矢量的幅值和相位计算公式,结合仿真分析了合成电压矢量的特征。为保证开关管实际开通时间与理想给定开通时间相等,提出了死区的时间补偿方法,结合SVPWM的特点,得到了简化算式。从消除误差电压矢量着手,提出了死区的电压补偿方法,根据SPWM和SVPWM调制方法不同,分别计算出在定子三相静止坐标系和两相静止坐标系内做死区电压补偿的算式。实验结果表明,所提出的补偿方法能使电机相电流波形正弦化,提高了逆变器输出性能。

一种新颖的基于死区时间在线调整的SVPWM补偿算法

提出了一种逆变器的死区补偿算法,以改善永磁同步电动机的电流波形。传统的SV-PWM死区补偿算法的前提是逆变器三个桥臂的死区时间相同并且不变,若要正确地消除死区效应必须准确地检测出电流的方向。本文所提出的补偿方案是分别独立地改变三个桥臂各自的死区时间,且死区大小由对应相电流的大小实时地计算出来,目的是使由死区引起的扰动电压矢量跟随电流矢量同步旋转。这种情况下,死区扰动电压矢量在d-q坐标系下的分量可由id和iq算得,死区补偿不再需要检测电流方向,这就避免了传统的补偿算法在相电流处于零附近时由于电流方向检测的不准而使得补偿效果下降。实验结果表明,所提出的方案能够有效地改善电流波形的正弦程度,且消除了传统方案需要检测电流方向的弊端,同时算法实现简单,具有工程实用价值。

有源滤波器控制延时的新型补偿方法

有源滤波器的控制对实时性要求很高,控制延时情况的存在对谐波治理效果影响较大,其中可控器件的死区效应和数字化控制器存在是延时的两个主要方面。本文首先分析延时对系统控制的影响,然后根据重复控制能够消除稳定闭环内所有周期性误差的特点,提出采用改进的重复控制技术进行补偿的方法来有效减小延时以提高系统整体性能的方案。仿真和实验结果验证了延时对控制的影响以及补偿方法的有效性。

单相PWM整流器死区补偿方法

为解决单相整流器死区效应导致相电压和相电流畸变、零电流钳位效应等问题,分析死区和零电流钳位效应,提出一种基于网侧电压谐振控制器锁相环的观测值进行判断,对单相PWM整流器死区时间进行补偿的新方法。该方法避免了电流检测中的噪声,使得过零点检测更加精确,不会引起相位延迟,并与根据电流值进行直接补偿的方法进行对比分析。所提出的方案能够有效地改善电流波形的正弦程度,且消除了传统方案需要检测电流方向的弊端,同时算法实现简单,具有工程实用价值。仿真和实验结果表明基于网侧电压观测值进行死区补偿方法使网侧输入电流总谐波畸变率更小、补偿效果更明显。

三相电压源逆变器最小损耗PWM算法性能优化

为降低高频隔离型辅助变流器中三相电压源逆变器开关损耗,提出一种零序分量连续可调的改进型广义不连续PWM算法,通过实时调节调制相角,实现不同60°不连续PWM算法的线性平滑过渡,进而基于优化的时域仿真分析方法,对比分析不同算法谐波性能,并引入谐波畸变因数进行规律验证,确定谐波性能优越的调制度下限;进一步建立系统损耗模型,提出基于开关损耗函数与死区效应的损耗分析方法,实现最小损耗不连续PWM算法;在过调制的非线性区内,协调考虑电压调制增益与谐波性能,确定整体性能优化的调制度上限。最后利用DSP进行数字化实现,并通过试验验证了理论分析的正确性与归一化方法的可行性。

一种永磁同步电机矢量控制SVPWM死区效应在线补偿方法

在电压源型逆变器驱动的永磁同步电机系统中,开关器件的死区效应会导致电机电流畸变,电机转矩波动和额外功率损耗。该文详细分析由死区效应所引起的开关管导通时间误差和电机相电压的误差,并结合永磁同步电机d轴电流给定为零的矢量控制算法,提出基于q轴电流误差的死区时间在线补偿算法,所提算法无需电机和逆变器的精确模型,且未增加硬件电路。此外,将dq旋转坐标系下的参考电流变换到三相静止坐标系,利用参考电流可准确判定电流方向,解决了电流过零点附近方向不易判断的问题。最后,对传统死区补偿算法与所提出的在线补偿算法进行对比实验研究,实验结果验证了所提死区补偿策略能够较好地解决死区效应所引起的电流畸变问题。

死区时间对模块化多电平换流器的影响

为研究死区时间对模块化多电平换流器(MMC)的影响,建立了考虑死区时间在内的MMC数学模型并给出了相应的计算公式。首先,在研究换流器运行原理的基础之上,根据阶梯波调制方式,从死区设置方式、桥臂电流方向、子模块状态、桥臂投入模块数及其增加或者减少的方向等方面建立了死区时间对换流器影响的通用数学模型。其次,从基波和偏差角度等方面出发简化了通用数学模型,研究了投入模块数、调制度、负载角度以及死区时间长短对换流器的影响。最后,利用MATLAB/Simulink的矩阵计算和仿真功能对建立的通用数学模型进行了验证。结果表明,死区效应的相对大小分别与子模块数目、死区时间和相位差呈现正相关,与电压调制度呈现负相关。

基于指数趋近律滑模控制的逆变器死区补偿

为了削弱三相逆变器因开关死区、开关导通关断延迟等对并网电流的影响,在分析死区效应产生的平均误差电压的基础上,改变传统固定死区时间的设定方法,根据电流幅值自适应调整死区时间,建立了逆变器的死区补偿模型。在不需要进行电流极性检测基础上结合滑模变结构控制方法提出了基于指数趋近律滑模控制方法来设计电流控制器,利用反正切函数替代符号函数抑制了滑模控制所固有的抖振现象,实现了死区补偿和逆变器的鲁棒控制。利用TMS320F2812 DSP芯片实现补偿算法,在10 kW三相并网逆变器样机上验证了死区补偿算法的有效性。

一种新的基于SVPWM策略的死区补偿方法

在基于SVPWM的电压源逆变器中死区时间的插入是必不可少的。这将导致电压和电流的畸变,也就是所谓的死区效应。对这一问题提出了许多不同的补偿方法。在传统的平均死区电压补偿方法基础上提出了一种新的改进方法,在运行速度很低时该方法比传统的方法有更小的电压和电流畸变,而且由软件实现,不需要增加额外的硬件。仿真试验结果证实了该方法的有效性。

采用扰动观测器的并网逆变器死区补偿方法

为解决传统死区补偿方法在相电流过零点附近电流极性检测不准的问题,提出一种新的死区补偿方法。根据扰动观测器的控制原理,设计了相应的观测器,将其作为补偿器引入到传统双环PI控制系统中,此系统无需检测电流极性,将死区效应引起的电压误差视为系统扰动,利用扰动观测器对其进行在线估算,并将估算值作为补偿信号反馈到输入端以抵消电压误差对系统的影响。通过仿真与实验比较可知,该方法能够克服传统方案的弊端,可以降低各种扰动对输出电流的稳态误差,不仅提高了死区补偿效果,还提高了系统的稳定性和抗扰性能。

单相特定谐波消除脉宽调制高频逆变器的死区补偿策略

由于死区时间的设置,开关管不能以理想时刻开断,导致逆变器输出波形发生畸变。为改善波形,需要进行死区补偿。以提前关断方式为例,深入分析高频逆变器在消除特定谐波脉冲宽度调制控制时,死区对特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)波的影响,给出了基波幅值和总谐波畸变率随死区时间的变化曲线。提出在正半周期内只对开关管S2和S3的触发脉冲设置死区,在负半周内只对S1和S4的触发脉冲设置死区的死区补偿策略,详细分析死区补偿阶段开关管及相应续流二极管的电流的工作状态。以功率MOSFET为例分析开关管的开通关断过程,并给出了死区时间设置的经验公式。最后,搭建仿真模型和硬件平台对所提死区补偿策略进行仿真和实验,结果表明该死区补偿策略有效缓解了由于死区所造成的波形畸变。

重复控制补偿的有源电力滤波器无源控制

针对基于欧拉-拉格朗日(Euler-Lagrange,EL)模型的有源电力滤波器(active power fil-ter,APF)无源控制方法在受到数学模型不精确、系统参数摄动等干扰情况下稳态跟踪精度欠佳的问题,根据APF的基本原理,对基于EL模型的APF无源性控制规律进行数学推导表明:依靠系统自然阻尼收敛的APF无源性控制律相当于引入前馈和解耦的开环控制方法;向系统注入阻尼的APF无源控制规律相当于在引入前馈和解耦的开环控制基础上加入了比例反馈控制,因此无法实现对期望平衡点的无静差跟踪和系统中"死区效应"等周期性干扰的抑制。为了提高APF无源控制的稳态跟踪精度,提出利用重复控制补偿的APF无源性控制方案。仿真和实验表明所提方法保留了原方法动态响应速度快等优点的同时提高了系统的稳态跟踪精度和干扰情况下的鲁棒性。