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基于准z源网络的永磁无刷直流电机换相转矩脉动抑制方法

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中国电机工程学报 2015年第4期35卷 971-978页

作者：夏鲲朱琳玲曾彦能徐鑫悦杨益华上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海市杨浦区200093

针对方波驱动的无刷直流电机普遍存在的换相转矩脉动较大的问题,提出了一种基于准z源网络抑制永磁无刷直流电机换相转矩脉动的方法。在三相桥臂前级增加准z源网络,换相期间由准z源网络调整直流母线电压,使电机关断相电流下降速率与开通... 详细信息

针对方波驱动的无刷直流电机普遍存在的换相转矩脉动较大的问题,提出了一种基于准z源网络抑制永磁无刷直流电机换相转矩脉动的方法。在三相桥臂前级增加准z源网络,换相期间由准z源网络调整直流母线电压,使电机关断相电流下降速率与开通相电流上升速率相等,从而有效抑制换相转矩脉动。分析了换相转矩脉动产生的原因,详细介绍了通过增加前级功率变换电路抑制换相转矩脉动的电路拓扑与控制算法。仿真及实验结果表明,该方法能够有效抑制永磁无刷直流电机换相转矩脉动,如采用合适的电路参数,仿真模型中转矩脉动可减少到平均转矩的4.6%以下,实际设计的系统实验可将转矩脉动抑制在平均转矩的12%以下。

关键词：无刷直流电机转矩脉动准z源网络功率变换电路

交直流配电网系统中准z源网络的小信号模型分析与验证

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电机与控制应用 2022年第5期49卷 94-102页

作者：张金鹏张仁和何玉鹏朱林冯晓群国网宁夏电力有限公司宁夏银川750001

配电网中z源网络的引入可以灵活控制电压的输出,实现高效率的电能变换。为了详细分析准z源网络拓扑的模型特征,利用状态空间法和小信号建模方法提出、分析并验证了一种应用于配电网中准z源网络的小信号模型特征。首先,利用状态空间法推... 详细信息

配电网中z源网络的引入可以灵活控制电压的输出,实现高效率的电能变换。为了详细分析准z源网络拓扑的模型特征,利用状态空间法和小信号建模方法提出、分析并验证了一种应用于配电网中准z源网络的小信号模型特征。首先,利用状态空间法推导了准z源网络的数学模型;然后,利用小信号模型对准z源网络进行暂态分析,并得出电感电流和电容电压传递函数。另外,详细分析了两种传递函数的零、极点分布情况,并得出了系统稳定性变化的特征。最后,利用MATLAB/Simulink软件仿真的结果和物理样机试验验证了所提方法的有效性。

关键词：配电网准z源网络状态空间法小信号模型传递函数

具有低电压穿越能力的Quasi-z源间接矩阵变换器电机驱动控制系统

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电机与控制学报 2020年第1期24卷 128-136页

作者：郭明珠刘硕刘钰山葛宝明中国长江三峡集团有限公司科学技术研究院北京100038 北京交通大学电气工程学院北京100044 北方工业大学电气与控制工程学院北京100144 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100083

Quasi-z源间接矩阵变换器(QzS-IMC)具有高的电压增益、强的抗干扰能力,尤其是对电网电压跌落具有穿越能力。首先,分析QzS-IMC的运行原理,建立其数学模型;在此基础上,将其应用于电机驱动系统,提出一种具有低电压穿越能力的QzS-IMC感应电... 详细信息

Quasi-z源间接矩阵变换器(QzS-IMC)具有高的电压增益、强的抗干扰能力,尤其是对电网电压跌落具有穿越能力。首先,分析QzS-IMC的运行原理,建立其数学模型;在此基础上,将其应用于电机驱动系统,提出一种具有低电压穿越能力的QzS-IMC感应电机驱动系统。所提出的电机驱动系统在输入电源电压跌落时可以自动调节升压比,以确保变换器输出电压恒定而不影响电机运行。所提出的电机驱动系统最大限度地利用了逆变级调制度,通过调节整流级调制指数和直通占空比进行电机调速,可降低QzS-IMC系统的损耗。对所提出的QzS-IMC电机驱动系统进行了仿真和实验测试,结果表明,所提出的新型调速系统具有优良的低电压穿越能力,而且实现了高效率运行。

关键词：准z源网络间接矩阵变换器低电压穿越电机控制

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开关电感型准z型网络的光伏逆变系统研究

开关电感型准Z型网络的光伏逆变系统研究

作者：宋鹤西安工业大学

学位级别：硕士

能源危机和严峻的环境污染,已经逐渐的影响到国家的经济建设与发展,也给人们的生活水平和身体健康带来不可逆转的严重后果。因此,全球各国开始将新能源的开发和利用并入到国家发展战略计划之中。其中,最具有代表性的光伏发电产业正因具... 详细信息

能源危机和严峻的环境污染,已经逐渐的影响到国家的经济建设与发展,也给人们的生活水平和身体健康带来不可逆转的严重后果。因此,全球各国开始将新能源的开发和利用并入到国家发展战略计划之中。其中,最具有代表性的光伏发电产业正因具有经济清洁环保和可持续发展等巨大优势而被视为未来新能源产业的支柱,受到了高度的关注和聚焦。论文深入研究了光伏发电逆变系统的主拓扑结构、结构参数和硬件电路设计和逆变控制策略等方面。从开关电感结构升压机理进行研究与探讨,引出开关电感型准z源网络的逆变拓扑结构,并详细分析该拓扑直通和非直通两种模式下的工作原理,并推导出拓扑结构参数方程,仿真对比传统z源网络拓扑,说明该拓扑能提高升压能力和降低开关器件电压电流应力。结合性能指标要求,确定系统结构的参数值,设计系统硬件原理图。建立光伏阵列的等效电路模型,分析研究太阳光光照温度和光照强度对光伏阵列输出特性的影响,在允许负载能力的情况下光伏阵列输出电压在小范围内变化。分析对比几种典型的直流母线电压控制策略的优缺点,光伏阵列输出电压前馈的直流母线电压控制策略被提出,实现能够实时跟踪调整直流母线电压的能力,并减小了开关管的电压电流应力。设计并优化输出滤波电路,采取电感电流外环输出电压内环的双环闭环控制策略,并通过配置状态空间方程的极点来设计控制器。利用MATLAB/Simulink软件建立光伏发电逆变控制系统的仿真模型,并分析仿真结果,设计系统的软件总体架构,根据系统所要实现的功能设计主程序和子程序流程图,并编写相应的程序代码,搭建相应的硬件平台进行系统软硬件的联调测试,仿真结果和实验验证表明了开关电感型准z源网络逆变拓扑的适用性和所设计的逆变控制策略的正确性,能够保证系统稳定可靠的运行和逆变输出的电能质量和品质。

关键词：光伏发电开关电感准z源网络 SPWM控制策略直流母线电压控制

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一种动态抑制无刷直流电机换相转矩脉动方法

系统仿真学报 2018年第2期30卷 543-550页

作者：夏鲲谭媛董斌卢晶上海理工大学电气工程系上海200093

提出了一种基于准z源网络的动态抑制换相转矩脉动的方法,可以在无刷直流电机(BLDCM)转速调整过程中动态抑制转矩脉动。考虑电机绕组相电阻,建立了系统的数学模型,通过前置的准z源网络,当电机转速及负载发生改变时,实时在线计算并调节换... 详细信息

提出了一种基于准z源网络的动态抑制换相转矩脉动的方法,可以在无刷直流电机(BLDCM)转速调整过程中动态抑制转矩脉动。考虑电机绕组相电阻,建立了系统的数学模型,通过前置的准z源网络,当电机转速及负载发生改变时,实时在线计算并调节换相电压Uup和换相时间tup以达到动态抑制转矩脉动的效果。在MATLAB/Simulink环境下完成了基于准z源网络的动态抑制无刷直流电机换相转矩脉动仿真模型,通过实验平台验证了该方法的可行性。

关键词：无刷直流电机换相转矩脉动准z源网络动态抑制

基于BLDCM驱动故障容错切换后的转矩脉动抑制

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沈阳工业大学学报 2019年第3期41卷 279-285页

作者：白国长姬淼鑫郑州大学机械工程学院郑州450001

为了抑制无刷直流电机驱动故障容错切换后的转矩脉动,在传统容错状态工作特性的基础上,提出了一种准z源网络三相四开关逆变器的容错方法.通过故障相的诊断分析,设计了基于准z源网络三相四开关逆变器的容错拓扑结构.利用MATLAB模拟故障... 详细信息

为了抑制无刷直流电机驱动故障容错切换后的转矩脉动,在传统容错状态工作特性的基础上,提出了一种准z源网络三相四开关逆变器的容错方法.通过故障相的诊断分析,设计了基于准z源网络三相四开关逆变器的容错拓扑结构.利用MATLAB模拟故障容错状态,并建立了模拟遁甲钻井系统中无刷直流电机的控制系统实验平台进行实验验证.实验结果与仿真结果具有一致性,验证了准z源网络三相四开关逆变器的容错方法在抑制转矩脉动,减小电机抖动和噪声上的可行性和有效性.

关键词：无刷直流电机转矩脉动传统容错诊断准z源网络三相四开关逆变器容错拓扑

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一种准z源升压型DC-DC变换器

工矿自动化 2017年第4期43卷 68-71页

作者：房绪鹏马伯龙董召龙郭久红高冠中山东科技大学电气与自动化工程学院山东青岛266590

针对传统升压变换器存在升压能力有限、电容电压应力大等问题,提出了一种采用2个准z源网络级联的升压型DC-DC变换器,分析了该变换器的工作原理,推导了该变换器升压比、电容电压应力的表达式。与传统z源升压变换器相比,该变换器可在占空... 详细信息

针对传统升压变换器存在升压能力有限、电容电压应力大等问题,提出了一种采用2个准z源网络级联的升压型DC-DC变换器,分析了该变换器的工作原理,推导了该变换器升压比、电容电压应力的表达式。与传统z源升压变换器相比,该变换器可在占空比小的情况下实现更大的升压比,且在升压比相同的情况下具有更小的电容电压应力。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。

关键词： DC-DC变换器升压变换器准z源网络级联升压比电容电压应力

基于准z源直流变换器的无刷直流电机换相转矩脉动抑制控制策略研究

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基于准Z源直流变换器的无刷直流电机换相转矩脉动抑制控制策略研究

作者：杨益华上海理工大学

学位级别：硕士

无刷直流电机因为其控制简单、可靠性高、惯量小、动态响应快、输出转矩大，所以应用日益广泛。评价无刷直流电机一个重要性能指标就是转矩脉动，特别对于高精度伺服系统。转矩脉动产生原因主要有齿槽转矩、反电动势非理想梯形和换相转... 详细信息

无刷直流电机因为其控制简单、可靠性高、惯量小、动态响应快、输出转矩大，所以应用日益广泛。评价无刷直流电机一个重要性能指标就是转矩脉动，特别对于高精度伺服系统。转矩脉动产生原因主要有齿槽转矩、反电动势非理想梯形和换相转矩影响。对于一台设计制作精良的无刷直流电机，换相转矩是转矩脉动的主要组成部分，有时换相转矩脉动会占到平均转矩的50%。因此，本文针对换相转矩脉动提出了一种新的控制电路拓扑，使用准z源直流变换器，在换相时调整逆变器母线电压来抑制转矩脉动，通过开关选择电路决定电源电压或者准z源直流变换器输出电压作为电机逆变器直流母线的输入电压。本文首先简要分析了换相转矩脉动产生的原因，提出通过增加前级直流变换器抑制换相转矩脉动的新方法。介绍了z源逆变器和四种准z源逆变器的优缺点，推导准z源网络工作原理及其参数计算，提出使用电流连续的电压源准z源网络作为前级直流变换器。在MATLAB/Simulink环境下构建了无刷直流电机换相转矩脉动抑制仿真模型，对提出的电路拓扑进行了仿真和分析。仿真实验表明，该电路转矩脉动抑制效果较为显著，转矩脉动可减少到平均转矩的2%以下，并且能适当提高电机平均输出转矩。完成了基于准z源网络的电机控制器样机，详细说明了电机控制器各个硬件模块包括电路设计和参数计算。结合硬件说明控制器MCU程序运行过程。最后通过实验对比不采取抑制策略的相电流波形，验证了本文提出的新电路拓扑抑制换相转矩脉动效果明显。

关键词：无刷直流电机准z源网络转矩脉动

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准z源H桥级联型多电平逆变器研究与设计

准Z源H桥级联型多电平逆变器研究与设计

作者：郭文君山东大学

学位级别：硕士

随着社会发展,我国面临着越来越严峻的能源与环境压力,然而人们对更高物质生活水平以及良好生活环境的要求日益迫切,这就要求我们在能源环境领域进行变革,寻找新的突破点。发展清洁能源,提高清洁能源领域的技术创新是缓解我国能源危机,... 详细信息

随着社会发展,我国面临着越来越严峻的能源与环境压力,然而人们对更高物质生活水平以及良好生活环境的要求日益迫切,这就要求我们在能源环境领域进行变革,寻找新的突破点。发展清洁能源,提高清洁能源领域的技术创新是缓解我国能源危机,减轻环境污染的关键。从清洁能源发展近况看,近几年,风电、水电、光伏、核能等都有较快发展。这些产业的发展与电力电子领域的技术进步息息相关,尤其是电力电子逆变器技术的提高与完善对风电、光伏产业的推动功不可没。本文研究了一种拓扑较为新颖的H桥级联型多电平逆变器,该种逆变器在光伏发电、高压逆变等场合具有较好的应用前景。准z源H桥级联型多电平逆变器由我国学者葛宝明提出,其融合了准z源网络与级联型拓扑的优势,既可以实现直流侧升压功能,又可获得良好的并网电流质量。针对准z源H桥级联型多电平逆变器,本文从以下几个方面进行研究分析与系统设计。首先,建立了该系统的小信号以及稳态数学模型。在小信号数学模型基础上,运用参量扫描法绘制了电容电感值以及直通占空比因子对准z源网络电容电压的零极点分布图,并分析了各参量对系统性能的影响,为控制器的设计奠定了基础。其次,分析了级联型逆变器功率不平衡工况下的运行机理,提出了相内和相间功率平衡控制方法,分别解决了直流母线电压漂移问题和三相输出电流对称控制问题。在此基础上,设计了单相、三相准z源H桥级联型多电平逆变器系统整体控制策略,主要包括并网电流控制、功率平衡控制、直流母线电压控制和滤波电容电压控制。采用MATLAB软件,构建了系统SMULINK仿真模型,通过仿真验证了所提功率平衡控制方法以及整体控制策略的有效性。再次,分析了系统软硬件设计中存在的问题,着重解决了多模拟量数据采集、DSP与FPGA并行通讯、改进的CPS-SPWM逻辑电路设计方法、系统运行时序等系列难点,设计了基于DSP与FPGA的主从控制系统。给出了功率器件选型方案,并搭建了10kW三相准z源H桥级联型逆变器样机。最后,在样机平台上,分别进行了单相与三相准z源H桥级联型逆变器实验,人为设置功率不平衡实验条件,验证了系统功率平衡控制方法的可行性以及系统整体控制策略的正确性。

关键词：准z源网络级联型多电平逆变器功率平衡控制母线电压漂移载波移相正弦脉宽调制 DSP与FPGA控制系统