基于三相逆变器变开关频率和变直流母线电压的PMSM控制

针对三相电压源逆变器应用固定开关频率和额定直流母线电压的空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)驱动方式时存在直流电压利用率低、绝缘栅双极性晶体管(insulated gate bipolar tran⁃sistors,IGBT)损耗较高的缺点,建立永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)和基于输出周期的IGBT损耗控制模型,在此基础上以输出电流质量为约束条件,以开关频率和直流母线电压为约束变量,应用猫鼬优化算法获得基于输出周期的IGBT损耗最优的开关频率和直流母线电压。对所提出的策略进行仿真和实验,通过比较输出电流总谐波畸变率(total harmonic distortion,THD)、电流波形、IGBT损耗和结温等验证所提策略在保证控制系统性能的条件下降低三相电压源逆变器损耗,增加三相电压源逆变器的可靠性。

利用换相开关治理低压台区三相不平衡问题的研究

在对换相开关治理低压台区三相不平衡的有效性进行研究的基础上,提出了一种基于分析三相不平衡节点电气参数等数据以确定换相开关安装位置及优先级的方法。通过工程实际应用换相开关,验证得出换相开关能够缓解三相不平衡问题的结论。通过对应用换相开关的典型台区进行仿真分析,得出换相开关能够降低线损率的结论。

一种DC~10GHz的低附加相移高衰减精度的开关型衰减器

本文设计了一种DC~10GHz的带有低附加相移以及高衰减精度的6位开关型衰减器。分析了三种传统的开关型的T型、简化T型以及∏型衰减器的拓扑结构[1],通过在∏型衰减器的结构中采用电感和电容补偿技术,实现在超宽带范围内的低附加相移[2]。该基于55-nm CMOS工艺的6位衰减器,芯片核心版图面积为0.05mm2,仿真结果表明,该衰减器在DC~10GHz频段范围内的插入损耗为3dB~4.3dB,64态的回波损耗均小于10.6dB,衰减误差的均方根值小于0.18dB,64态的衰减附加相移小于2.5度,衰减器在5GHz时处于参考态下的1dB压缩点对应的输入功率为7.7dBm。

一种新型城轨车辆移相全桥变换电路研究

为了提高传统移相全桥电路在大功率和宽范围输出电压下很难满足半载以下软开关需求,以及电路损耗高的问题,设计了一种新型移相全桥变换电路,即在最难实现软开关的滞后桥臂并联辅助电流源网络,改变移相全桥电路的工作模态,使滞后桥臂在宽范围负载下仍可实现软开关,同时降低电路损耗。对所设计的电路进行仿真和损耗分析,新型移相全桥电路可满足在输出电压77~137.5 V下19%~100%额定负载的软开关需求,相较于传统电路软开关范围提升约15%,同时在软开关范围内,新型移相全桥电路开关器件效率大于96.3%,证明了设计方案的合理性。

基于电流滞环控制的H桥级联型逆变器新型调制方法

首先介绍了H桥级联型逆变器常用的载波相移SPWM调制方法,基于相移原理与电流滞环控制提出了一种适用于H桥级联型逆变器的新型调制方法。其具有以下特点:①单个H桥采用与单极性SPWM调制相似的单极性电流滞环控制,脉冲产生简单,可以有效减少开关损耗;②通过动态调整滞环宽度来实现电流滞环控制时功率器件开关频率恒定,从而可以用类似相移SPWM脉冲产生方式来实现电流滞环控制时H桥级联型逆变器一相多H桥移相控制脉冲的产生。最后仿真与实验结果验证了本文所提方法的正确性。

基于空间电压矢量的最小开关损耗PWM技术

在空间电压矢量形成ＰＷＭ波的基础上，通过两个零矢量作用时间的不同分配及调节各矢量作用顺序，形成了不同形式的相电压波形。对开关损耗进行的分析表明，根据负载性质不同，选择合适的相电压调制方式能显著减少开关损耗。用空间电压矢量方法产生最小开关损耗的ＰＷＭ具有计算简单、易于数字实现的特点。

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。

基于SiC功率器件的单相APF开关损耗分析及应用技术研究

提出一种应用于单相有源滤波器(active power filter,APF)的SiC功率器件的开关损耗模型。该模型考虑了封装和印制电路板(printed circuit board,PCB)的寄生参数与器件结电容的非线性。详细阐述四种单相APF工作状态下的建模原理,并给出了各工作状态下各时间段的开关过程分析与损耗计算方程。基于影响APF谐波补偿性能的关键因素的分析,结合APF的工作特点,提出SiC器件高开关频率兼容驱动方式与封装及电路布局优化方案。搭建基于单相APF的SiC功率器件测试实验样机,在不同电压点和电流点下进行测试,并将测试结果与估算结果进行比较。比较结果高度吻合,功率损耗误差在10%以内,验证了提出的开关损耗模型的准确性和有效性。

永磁同步电机两相斩波式电流滞环控制

电流滞环控制是永磁同步电机(PMSM)常见的控制方法。本文在传统滞环控制的基础上,提出以两相斩波替代三相斩波的改进控制方案。文中介绍了两相斩波的设计思路,阐述了其控制流程,并分析了改进方案对降低开关损耗、提高系统效率所能起到的作用。实验结果验证了改进方案的可行性与有效性。

一种软开关低通态损耗的双向DC/DC变换器

提出了一种新型软开关低通态损耗的双向DC/DC变换器。变换器中的电流大小和方向由相移脉宽调制方式控制。通过在次级加入有源钳位电路 ,并采用合适的驱动控制信号 ,不但可以使变换器在双向功率变换中实现软开关工作 ,而且抑制了变换器中的循环电流 ,从而降低了通态损耗。

三电平NPC变流器双调制波载波调制策略调制波最优解的研究

在三电平NPC变流器的调制策略中,传统的载波调制策略会引发直流侧中点电压的波动,且该波动在特定的调制度和功率因数下不能通过调制波叠加零序分量法消除。本文分析了三电平NPC变流器双调制波载波调制策略的基本原理,并在此基础上提出了一类双调制波载波调制策略调制波的最优解。该类最优解一共有64个,它们具有如下特点:1可以实现任意调制度和功率因数下直流中点电压开关周期内无波动;2结果简单,无需复杂运算;3直流电压利用率是传统载波调制策略的1.154倍;4开关损耗在满足1的双调制波载波调制策略中为最小;5输出相电压THD特性在满足1的双调制波载波调制策略中为最小。仿真和实验结果验证了本文的分析。

4位毫米波MEMS移相器

报道了一款开关线型Ka波段MEMS移相器,采用了16只悬臂梁结构MEMS开关,实现了4位相移。采用阶梯阻抗共面波导(CPW)传输线设计,实现了一种新型而紧凑的移相器阻抗匹配的结构。采用RF MEMS低温表面牺牲层工艺,在高阻硅片上实现了单片4位MEMS移相器样品,在35GHz频点,平均插入损耗-5.8dB,16态相移误差≤8.5°,芯片尺寸5.3mm×2.9mm。分析MEMS移相器插损的构成,提出了降低MEMS移相器插损的工艺途径,预期Ka波段4位MEMS移相器的平均插损可降为-2.6dB,满足低成本毫米波MEMS相控阵系统应用需求。

ZVS三管推挽直流变换器

提出一种采用3个开关管的推挽式(three-transistorsPush-Pull,TTPP)变换器,仅需要在传统推挽变换器的输入电源和变压器两个原边绕组中点间插入一个辅助开关管Q3。两个主管驱动信号ugs1和ugs2与传统推挽变换器中开关管的驱动信号相反;除去死区时间,辅管驱动信号ugs3是两个主管驱动信号ugs1和ugs2的与非关系。用等效电路的方法结合解析方程,分析电路各个工作模态的工作原理和主要开关波形。指出主管可在宽负载范围下实现零电压开通(zerovoltage switching,ZVS),且主管关断电流是传统推挽电路中的一半值。辅管在大负载或加大漏感情况下可以实现ZVS开通,辅管的额定电压是主管的一半,等于输入电压。讨论软开关的实现问题。提出控制芯片及其驱动电路的设计方法,完成一台800W、开关频率为83.3kHz的原理样机,实验结果验证了该变换器工作原理的有效性。

一种半周期SVPWM控制的三相双向双Buck/Boost变流器

三相AC/DC变流器广泛应用于中高功率场合,传统的三相桥式拓扑上下桥臂功率管直接相连,存在直通问题,需要在驱动信号中加入死区,导致大量低次谐波的产生。三相双Buck/Boost拓扑克服了上下桥臂的直通问题,无需设置死区,大大减小了交流侧的电流谐波。分析三相双Buck/Boost变流器的工作模态,定义半周期冗余开关信号,论证屏蔽冗余开关信号的必要性,讨论整流、逆变双向切换及半周期控制的过零畸变问题,并提出改进的半周期双向空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)控制策略,通过仿真与实验验证理论分析的正确性。

移相控制ZVZCS DC/DC变换器主电路分析设计

设计了一种用于焊接电源的全桥移相控制软开关型DC/DC变换器的主电路。通过仿真软件Pspice9.2建立了主电路仿真模型,仿真分析了超前桥臂和滞后桥臂实现零电压、零电流开关的设计原理,并对其进行了验证。结果表明,该设计可大大减小开关损耗。此外,在设计了元器件存在误差的前提下,进行了蒙托卡诺分析。最后,通过实验验证了该设计可使变换器实现全范围的软开关。

一种新型能量交换式移相全桥电路

减小环流损耗、在较大的负载或输入电压变化范围内协调滞后管的零电压开通与占空比丢失的矛盾是移相全桥软开关变换器需要研究的两个问题。针对这两个问题,该文提出采用一种新型能量交换式移相全桥软开关电路。与传统电路相比,它将近降低了1/2的开关管的环流能量损耗,并且能够在较宽的负载范围内实现滞后管零电压开关和极小的占空比丢失,有效地提高变换器的效率。通过10kW实验样机的研制,其结果表明理论分析正确,变换器性能得到较好的改进。

基于SiC MOSFET的单相三电平变换器设计

围绕高开关频率小功率单相交直交变换器效率提升问题,设计了一种基于SiC MOSFET的高效率单相三电平三桥臂变换器。该变换器主要包括分别用于整流器和逆变器2个T型三电平桥臂和一个公共桥臂,其多电平拓扑可优化谐波性能,减少开关损耗。分析了变换器运行方式,并设计了包含直流电压控制的级联电压电流控制器。同时,因T型三电平桥臂的外开关承担了整个直流侧电压,采用SiC MOSFET器件可大大降低开关损耗。基于导通损耗和开关损耗分析,对比了不同开关频率下的损耗,优选了变换器的开关频率。搭建了3 kW单相三电平三桥臂变换器样机并进行了实验测试,实验结果验证了新型变换器在保证较好的输出电能质量的同时,其效率可达到99%。

一种用于电机驱动的软开关三相PWM逆变器的效率分析

讨论了一种用于电机驱动的软开关三相 PWM逆变器的功率损耗和效率提高问题 ,给出了软开关条件下的三相 PWM逆变器在实现提高开关频率、降低开关损耗及提高效率等方面优越性时谐振电感和谐振电容的取值条件。通过理论分析得出结论 :选择适当的谐振元件 ,不仅能使软开关三相 PWM逆变器电路工作在很高的开关频率下 ,而且能使逆变器的效率得到明显的提高。对具体电路的计算结果表明理论分析是正确的。

三相逆变器的随机双PID组合优化方法

针对永磁同步电机控制系统中电流脉动和开关损耗的问题,提出了一种三相逆变器的基于随机双PID控制器的开关组合优化控制策略。首先,为了解决控制器参数选择困难的问题,设计了缩小控制器参数范围、标识满足控制性能参数的随机算法对传统的双PID控制器进行参数选择。然后,依据最优控制理论,提出了一种使得三相逆变器输出的电压矢量跟踪双PID控制器输出的期望电压矢量的开关组合优化控制策略。最后,与传统PWM方法的对比实验结果表明,开关组合优化控制策略的电流跟踪误差平均值减小了1.09%,均方差减小了25.28%,开关转换次数减小了4.65%,从而验证了控制策略的有效性。

五相逆变器的不连续空间矢量PWM控制

多相逆变器的PWM控制技术是船舶电力推进中的关键技术,其性能对推进系统的特性会产生重要的影响。本文在五相逆变器连续空间矢量PWM(CSVPWM)控制的基础上,通过对两个零矢量的合理使用,提出了一类新的五相逆变器不连续空间矢量PWM(DSVPWM)控制方法。该方法在一个开关周期内只采用一个零矢量,开关次数比CSVPWM少1/5,因而可以降低开关损耗,同时其输出目标线电压为正弦波,因此谐波性能优于最小开关损耗SVPWM控制方式。提出了几种典型的DSVPWM实现方法,结合仿真与实验分析了它们的基本工作特性、适用的负载类型以及谐波性能。