Research on a New Control Strategy of Three Phase Inverter for Unbalanced Loads

One of the very important functions of three-phase inverter is to maintain the symmetric three-phase output voltage when the three-phase loads are unbalanced. Although the traditional symmetrical component decomposing and superimpose theory can keep the voltage balance through compensating the positive-, negative- and zero-sequence components of the output voltage of inverter, however, this method is time-consuming and not suitable for control. Aiming at high power medium frequency inverter source, a P+Resonant (Proportion and Resonant) controller which ensured a balanced three phase output voltage under unbalanced load is proposed in this paper. The regulator was proved to be applicable to both three-phase three-wire system and three-phase four-wire system and developed two methods of realization. The simulation results verified that this method can suppressed effectively the output voltage distorted caused by the unbalanced load and attained a high quality voltage waveforms.

400Hz中频单相电压源逆变器的输出控制及其并联运行控制

中频电源由于其较高的输出频率,要想得到较好的输出电压波形和较大的输出功率,则比工频逆变器的控制更加困难。针对400Hz中频逆变器的特点,给出了一种带幅值环的双闭环单相逆变器控制策略,得到了很好输出波形。并提出了一种介于有线和无线并联控制方法之间的共享同步信号的外特性下垂控制方法,以及用于消除直流环流的直流偏置电压下垂方法,将上述方法应用于中频逆变电源的并联运行控制,取得了很好的均流效果。介绍了该方案的理论依据,并搭建了两台1.5kW的实验样机,实验结果证明了该方案的有效性。

大容量400Hz逆变器输出LC滤波器设计和低次谐波抑制

为了有效抑制大容量中频400Hz/115V逆变器输出电压中的谐波,推导了两级级联H桥载波移相正弦脉宽调制(SPWM)时输出电压波形的数学表达式,可准确得到逆变桥开环状态下输出电压的基波和各次谐波含量,为输出滤波器的设计提供了理论依据。同时考虑滤波电感上的基波压降、电感电流纹波以及无功容量等因素,提出了LC滤波器的设计方法。另外,通过在逆变器外环和内环分别采用基波谐振控制和3、5、7次谐振控制,不仅可以消除稳态误差,还可以补偿3、5、7次谐波。通过仿真和实验证明了理论分析的正确性。

基于重复和PI控制的中频逆变器复合控制方案

提出了一种重复控制与PI控制相结合的中频逆变电源复合控制方案,即利用重复控制器得到畸变率很低的稳态输出波形,当系统负载突变时投入PI控制器,以改善系统的动态响应能力。负载的突变通过负载电流的快速幅值检测技术来判定。该方案在一台采用TI公司TMS320F240 DSP控制的400Hz,5.5kW逆变电源上得到验证。实验结果表明,该方案既保持了重复控制良好的稳态特性,也明显改善了系统的动态性能。

中高功率交流电机逆变器的低开关频率控制策略综述

为了降低开关损耗,中高功率逆变器运行的开关频率都比较低,通常只有几千Hz有时甚至只有几百Hz,载波调制或是常规的SVPWM在降低开关频率之后会产生严重的电流畸变,需要使用特殊的开关策略控制逆变器。目前,适用于中高功率逆变器的控制策略主要有最优脉宽调制以及预测控制两大类。最优脉宽调制策略基于调制的思想,是一类较为成熟的逆变器低开关频率控制策略,应用广泛,但其计算量大、动态特性差的问题逐渐被学者们发现。预测控制虽然早在1983年就被提出,但由于当时控制器的硬件限制,一直没有引起重视,直至近年来才受到国内外学者的关注,并掀起了研究热潮。该文对最优脉宽调制以及预测控制进行了回顾,剖析了它们的设计思想,总结了近几年的研究成果,分析了各类方法的特点和局限,对待研究的问题进行了阐述,对未来的研究方向进行了展望。

用于铝合金焊接的中频MIG焊逆变器与工艺研究

阐述了用于铝合金焊接的中频脉冲ＭＩＧ焊逆变器的基本原理、特点和工艺效果。借助３１５Ａ场效应管式和６３０ＡＩＧＢＴ式弧焊逆变器，通过中低频调制把输出为８０ｋＨｚ和４０ｋＨｚ的脉冲频率，变成１ｋＨｚ以下的中频脉冲，对航天用铝合金板材进行ＭＩＧ焊工艺的试验研究。结果表明，该技术具有逆变式电源的高效省料轻巧等优点之外，它比现有的低频脉冲和直流ＭＩＧ焊技术具有更能保证熔透，“清洗”作用强，焊缝组织晶粒细化，微气孔倾向减少和接头强度高等突出优点，因此，具有很好的推广前景。

大功率400Hz逆变电源数字控制设计

为了实现大容量中频逆变器的数字控制,在两级H桥结构基础上,分析了数字控制时由采样、计算及脉宽调制过程产生的延时及其对系统性能的影响。采用P+谐振控制,通过在连续域设计中引入等效延时环节的方法,对数字控制参数进行了设计。建立了一个100kVA的400Hz/115V逆变器仿真模型,通过离散数字仿真对所提出的方法进行了验证。采用DSP和现场可编程序门阵列(FPGA),以同一个正弦信号为参考,生成了单更新采样和双更新采样时的PWM波形,得到各波形基波分量与参考信号的相位差,与理论分析相一致,证明了延时分析的正确性。

400Hz中频单相电压源逆变器的并联运行控制

针对两个并联联接的单相电压源逆变器进行了详细的电路分析,证明了每个逆变器输出电压的幅值和相位可以分别由其输出功率的无功分量和有功分量单独控制。并针对400Hz逆变器的特点,提出了一种共享同步信号的外特性下垂控制方法,取得了很好的均流效果。通过在Matlab上的仿真和在两台1.5kW样机上的实验,证明了该方案的有效性。

基于状态观测器的中频逆变器双环控制方案

针对时间延迟对中频逆变器性能的影响,提出了一种基于状态观测器的双环控制方案,并在双环之外加入重复控制器。PI双环使系统具有快速的动态响应能力,重复控制环则提高了系统的稳态波形。最后,在一台采用DSP控制的中频逆变电源样机上得到的实验结果表明,该方案可以达到满意的稳态和动态效果。

基于80C196MC中频SPWM逆变电源数字化控制系统

介绍了一种适用于高性能中频ＳＰＷＭ 逆变电源的数字化控制系统。该系统硬件上采用由Ｉｎｔｅｌ１６ 位微控制器８０Ｃ１９６ＭＣ构成的最小系统，软件上采用各种灵活措施来获得优良的静态和动态性能。

中频逆变器2自由度稳健控制器设计

在建立单相中频逆变器数学模型的基础上,把负载和输出变压器漏感参数作为不确定因素,利用稳健控制中的结构奇异值分析和综合方法设计了一个2自由度稳健控制器.通过软件对该方法进行了仿真验证,并在20kW试验样机上进行相关实验.结果表明:所设计的2自由度稳健控制器能够使中频逆变器有很好的动静态性能和稳健性能,稳态电压稳定在114.5~115.5V,动态恢复时间在10ms以内.

中频逆变直流焊轨技术研究

分析了国内外高铁焊轨设备的发展历程,总结了中频逆变直流焊接技术的特点和优势,介绍了自主研发的中频逆变直流焊机的机械结构、逆变变压器以及控制系统。应用结果表明,自主研发的中频逆变直流焊机具有焊接电流密集、无明显的集肤效应、落锤合格率高等特点,相关性能持平国外先进水平,对高铁无缝钢轨的焊接具有重要的参考意义。

中频逆变器数字控制延时的线性化近似

为了对逆变电源的控制系统进行准确设计,分析了数字控制延时对逆变器系统性能的影响,并采用Pade近似的方法对其进行近似。首先,给出了延时环节的1~4阶Pade近似,并对相关频率特性进行了比较,Pade阶数越高,近似越精确,但系统越复杂;然后,对一个单相400 Hz逆变器的控制系统进行了设计,采用比例谐振控制,通过对数字控制延时进行Pade近似,提出了考虑延时环节的比例谐振控制器设计方法;最后,通过实验对理论分析进行了验证。实验结果与理论分析相一致。

ICL8038在中频电源满功率输出启动控制中的应用

为了实现并联逆变晶闸管中频电源满功率输出,提高其启动性能,提出了应用精密波形发生器ICL8038解决这一问题的新方法。对其工作原理、电路结构及应用问题作了详细描述,给出了实验结果。

中频电源间谐波发射特性机理研究

针对中频电源间谐波严重危害电力设备的安全稳定运行问题,基于中频电源的电路拓扑结构,深入分析了此设备间谐波的产生机理。首先分别对中频电源中整流器和半桥逆变器的谐波发生特性进行了数学建模;然后结合两者的谐波传递规律推导出中频电源间谐波发射机理的数学模型;最后以十二脉中频电源为例,分别对其进行了仿真设计和实测数据分析。仿真结果和实测数据结果表明,该间谐波数学模型准确描述了中频电源间谐波的发射特性,其模型准确度可满足工程应用的要求。

400Hz中频电源复合控制策略研究

提出一种基于重复控制和多环反馈控制的复合控制方法,该方法可以提高用于400Hz中频电源中的单相恒压恒频PWM逆变器的动态和稳态响应。其中,重复控制器用于在稳态情况下产生高质量的输出电压。多环反馈控制器则用来改善系统的动态特性。该控制策略已在一台基于DSP全数字控制400Hz中频电源装置上得到了验证。

高压变频驱动系统脉冲封锁保护策略

基于异步电动机三相输入开路及三相输入短路的电磁暂态过程,结合大容量异步电动机的特点,数学上计算了定子短路反馈电流。通过Park变换,计算出因电机能量回馈而引起的功率单元最大电压泵升值;根据计算所得定子短路反馈电流和电机能量回馈引起的功率单元电压泵升,分别指出了级联式多电平高压变频驱动系统短路和断路两种脉冲封锁方式下实现严重故障保护的利弊,提出在实现断路脉冲封锁保护方式的同时切断变频驱动系统供电电源为系统保护的可行性方案,同时结合Matlab仿真和工业样机SIGA(systemingatearray)系统对两种脉冲封锁保护策略比较,验证了该保护方案的正确性。

基于H_∞混合灵敏度方法的中频逆变器设计

中频逆变器和工频逆变器相比,在一个采样周期内采样点少了8倍,系统静差就很难消除。为了消除系统静差和克服参数不确定对系统性能的影响,针对400 Hz中频逆变器的特点,首先在建立系统数学模型的基础上,把负载和输出变压器漏感参数作为不确定因素,并基于H∞混合灵敏度方法设计了鲁棒控制器;然后,对整个系统的稳定性进行了分析,并设计了一台10kW试验样机;最后,通过软件和样机对系统进行了仿真和相关实验,仿真和实验结果表明:所设计的控制器能够使系统有很好的动静态性能和鲁棒性。

中频发电机用逆变器的移相控制策略及实现

将二重移相SPWM控制策略与数字式SPWM调制器相结合,研制了一种适用于便携式中频发电机的低成本、高性能逆变器。采用二重移相的SPWM逆变桥控制策略,在不改变主电路结构的基础上,通过软件设计实现了PWM逆变电路的二重化,从而提高了等效开关频率,降低了开关损耗,节约了成本并提高了效率。实验结果表明,所设计的逆变器与发电机配合使用良好,各项指标均满足要求,输出电压波形畸变小,目前已用于实际生产中。

基于随机脉宽调制技术简化中频电源输出滤波器

在分析逆变器控制模型的基础上,将单极倍频和随机脉宽调制技术用于逆变器波形调制,有效提高逆变器等效开关频率,并明显降低开关频率处的离散谐波幅值。分析了随机信号对开关函数功率谱密度特性的影响,据此提出随机脉宽调制技术的实用化设计方法。改进后逆变器输出滤波器的截止频率可以取较高值,保证足够的控制系统带宽,有效提高逆变器输出电压波形质量。仿真和实验表明,开关频率处幅值较大的离散谐波扩展为一定带宽内幅值较小的连续谐波,谐波幅值大幅降低,结果验证理论分析的有效性。