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电工技术学报 2021年第1期36卷 68-76页

作者：寇佳宝高强滕咏哮徐殿国哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院哈尔滨150001

负载换流逆变器(LCI)驱动电励磁同步电机控制系统广泛应用于中高压场合,在应对干扰和负载变化上,较大的系统惯性系数和较低的开关频率导致其动态响应性能欠佳。该文提出一种基于LCI驱动电励磁同步电机的无速度传感器模型预测控制方法。... 详细信息

负载换流逆变器(LCI)驱动电励磁同步电机控制系统广泛应用于中高压场合,在应对干扰和负载变化上,较大的系统惯性系数和较低的开关频率导致其动态响应性能欠佳。该文提出一种基于LCI驱动电励磁同步电机的无速度传感器模型预测控制方法。首先根据LCI的数学模型建立预测状态方程,同时给出合适的代价函数和约束条件;然后分析负载换相模式下的控制矢量模型,给出速度观测器的设计方法和参数选择依据,并针对负载变化对速度观测产生的影响进行分析和补偿。同时该观测器还能够同时实现逆变桥输入电压和端电压相位的观测;最后,通过3.75kW的LCI驱动电励磁同步电机实验平台对提出的无速度传感器模型预测控制方法进行实验验证。结果表明所提出的控制方法能够有效提升系统的动态响应性能,所设计的观测器具有可行性,速度观测结果在额定阶跃负载下误差小于13°。

关键词：负载换流逆变器电励磁同步电机无速度传感器模型预测控制

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负载换流逆变器驱动同步电机能量回馈的研究

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电气传动 2018年第1期48卷 13-18页

作者：韩啸高强寇佳宝徐殿国哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院黑龙江哈尔滨150001

提出了一种基于锁相环的调节整流角与调节励磁相结合的控制方法,实现了负载换流逆变器驱动同步电机的回馈制动运行。首先分析了负载换流逆变器驱动同步电机回馈制动的运行状态,说明了逆变角调节在控制回馈制动时产生的问题,提出通过整... 详细信息

提出了一种基于锁相环的调节整流角与调节励磁相结合的控制方法,实现了负载换流逆变器驱动同步电机的回馈制动运行。首先分析了负载换流逆变器驱动同步电机回馈制动的运行状态,说明了逆变角调节在控制回馈制动时产生的问题,提出通过整流角和励磁电流控制实现回馈制动的方法。最后对提出的方法进行了仿真和实验验证,结果证明该方法具有可行性。

关键词：励磁锁相环负载换流逆变器同步电机能量回馈

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负载换流逆变器驱动同步电机惯量辨识策略研究

负载换流逆变器驱动同步电机惯量辨识策略研究

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作者：李晓璐哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

电励磁同步电机作为抽水蓄能电站、电网同步调相机等大功率交流传动领域的重要装备,其可靠软起动与调速技术越来越被关注。负载换流逆变器(Load Commutated Inverter,LCI)因其在驱动装置容量、性价比、可靠性等方面的优势,特别适合于大... 详细信息

电励磁同步电机作为抽水蓄能电站、电网同步调相机等大功率交流传动领域的重要装备,其可靠软起动与调速技术越来越被关注。负载换流逆变器(Load Commutated Inverter,LCI)因其在驱动装置容量、性价比、可靠性等方面的优势,特别适合于大功率同步电机起动控制。以往在LCI驱动同步电机调试过程中,由于缺乏对被控对象数学模型参数的准确了解,通常依据经验或试凑法对LCI的转速/电流双闭环系统控制器参数进行调整,控制性能无法实现优化。转动惯量作为被控对象数学模型中的重要参数之一,对控制性能的优化具有重要作用。通过准确获取系统转动惯量,可以为建立系统准确的数学模型奠定基础,进而实现电流/转速双闭环控制器的参数在线自调整,从而达到优化控制的目的。因此,研究LCI驱动电励磁同步电机的系统惯量辨识具有重要意义与应用价值。本文首先对用于转动惯量辨识的递推最小二乘法进行理论分析与递推公式推导。结合电励磁同步电机的机械运动方程和递推最小二乘法原理,提出了适用于LCI驱动电励磁同步电机的转动惯量辨识方案,并明确辨识惯量过程中所需要的参数。在Matlab/Simulink中搭建了LCI驱动电励磁同步电机的软起动系统模型以及惯量辨识模块,对提出的惯量辨识方案进行仿真分析与验证。其次,针对惯量辨识过程中需对转速实时检测的问题,本文提出了一种基于励磁电流脉动信号响应的转子检测方法,对这种方法的原理和可行性进行了推导分析,并在Matlab/Simulink中搭建相应的仿真模型进行了验证。在验证其可行性基础上,给出了具体的检测方案与硬件电路实现方法,实现了对电机转子位置、电机转速的全程无传感器实时检测。该方法相较于其它无传感器检测方案具有与实际转速无关、低速运行时检测精度高、简单可靠等优点。最后,搭建了满足多种拓扑结构LCI驱动15kW/380V电励磁同步电机要求的实验测试平台,对提出的转动惯量辨识方案和转子位置无传感器检测策略进行了实验分析与验证。设计了基于TMS320F2018的控制系统,详细说明了惯量辨识和转子位置检测的软件算法流程,完成了相应的硬件电路设计,其中包括提取脉动信号的带通滤波电路、高精度包络线提取电路等,对电机转动惯量的辨识算法和转子位置检测进行多种条件下的实验测试。实验结果验证了所提方法的有效性与一致性,实现了对系统惯量的准确辨识。

关键词：递推最小二乘法转动惯量辨识转子位置电励磁同步电机负载换流逆变器

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多脉波升压式负载换流逆变器控制策略研究

多脉波升压式负载换流逆变器控制策略研究

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作者：韩啸哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

负载换流逆变器(Load Commutated Inverter,LCI)具有高功率因数,容量大等优点,尤其适用于抽水蓄能电站、同步调相机、大型空气压缩机、大功率水泵风机等兆瓦级电气传动场合。在这些电气传动场合,采用多脉波结构可以有效的降低网侧和电... 详细信息

负载换流逆变器(Load Commutated Inverter,LCI)具有高功率因数,容量大等优点,尤其适用于抽水蓄能电站、同步调相机、大型空气压缩机、大功率水泵风机等兆瓦级电气传动场合。在这些电气传动场合,采用多脉波结构可以有效的降低网侧和电机侧的谐波含量,提高网侧功率因数。驱动器采用高压-低压-高压结构可以降低器件耐压值,提高装置可靠性。另外,LCI装置具有能量回馈功能可以有效的提高系统效率。研究多脉波升压式LCI驱动装置的控制策略具有十分重要的理论意义和实际应用价值。本文首先推导了多脉波LCI驱动装置的基本方程。针对于12脉动情况下LCI驱动装置,本文分析了其驱动信号的工作状态,提出了一种4脉冲触发方法,提高了装置运行的可靠性。并针对几种常见的多脉波LCI驱动装置,从谐波、功率因数、转矩脉动等方面进行了对比分析,得出了LCI装置采用多脉动结构谐波含量更低,转矩脉动更小的结论。其次,对于高压-低压-高压结构的LCI驱动装置,其输出侧升压变压器工作在不同的输出频率下,因此建立了变压器低频运行时的基本方程,分析了其工作在较低频率时的运行状态,以及对输出容量、损耗等的影响。由于实际使用中,极低频率时通常将变压器旁路,因此分析了LCI驱动装置的数学模型以及切换时电流冲击产生的原因。提出了一种前馈控制策略,解决了驱动系统在变压器切换时和断续换流到负载换流切换时电流的冲击问题。再次,针对于LCI驱动装置能量回馈控制策略进行了研究。分析了装置运行在能量回馈状态下的工作状态,给出了LCI驱动装置由电动运行切换到能量回馈状态时的控制方法。提出了一种通过调节励磁电流控制电机端电压,从而控制能量回馈时的制动电流的控制策略,建立了数学模型。通过仿真分析,验证了LCI能量回馈控制策略的可行性。最后搭建了15k W的多脉波LCI驱动同步电机实验平台,进行了相应的硬件电路设计,其中包括多脉波触发信号电路等。设计了基于TMS320F2812的多脉波LCI控制系统,对所提出的多脉波负载换流逆变器控制、变压器低频穿越控制策略进行实验验证。实验结果验证了多脉波LCI控制策略和变压器切换控制的可行性。

关键词：负载换流逆变器多脉波变压器穿越能量回馈

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笼型转子永磁同步电机VSI/LCI组合供电软启动技术研究

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电气传动 2013年第S1期43卷 57-60页

作者：许家群阎宝光北京工业大学电子信息与控制工程学院北京100124 迅捷卓越传动系统科技(北京)有限公司北京100102

为解决笼形转子永磁同步电机直接起动存在的问题,应用电压源逆变器和负载换流逆变器组合供电实现其软启动。应用霍耳元件检测转子粗略位置,通过一阶算法估算转子精确位置,实现低速电压源逆变器矢量控制启动,之后依靠负载换流逆变器完成... 详细信息

为解决笼形转子永磁同步电机直接起动存在的问题,应用电压源逆变器和负载换流逆变器组合供电实现其软启动。应用霍耳元件检测转子粗略位置,通过一阶算法估算转子精确位置,实现低速电压源逆变器矢量控制启动,之后依靠负载换流逆变器完成启动过程。构建了仿真模型,仿真结果表明系统具有启动转矩大、转矩和转速波动小等优点,是以较低成本解决笼形转子永磁同步电机软启动问题的有效方案。

关键词：笼形转子永磁同步电机负载换流逆变器软启动

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LCI驱动同步电机转矩提升控制策略研究

LCI驱动同步电机转矩提升控制策略研究

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作者：张婉莹哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

在抽水蓄能电站等大功率电气传动应用中,电励磁同步电机相比其他电机具有带载能力强、可弱磁调速和单机容量大等突出优势。目前电励磁同步电机一般采用变频起动方式以降低直接起动电机对电网的冲击,负载换流逆变器(Load Commutated Inve... 详细信息

在抽水蓄能电站等大功率电气传动应用中,电励磁同步电机相比其他电机具有带载能力强、可弱磁调速和单机容量大等突出优势。目前电励磁同步电机一般采用变频起动方式以降低直接起动电机对电网的冲击,负载换流逆变器(Load Commutated Inverter,LCI)由于采用晶闸管作为开关器件具有高性价比、功率容量大的特点,尤其适用于大功率交流传动调速系统。六脉动LCI拓扑是最为常见的结构,在这种拓扑结构下,LCI驱动装置中含有丰富的谐波成分,且电机转矩脉动也较大,采用多脉波LCI拓扑可有效改善上述问题。此外,在很多传动场合电机需要带负载起动,电机必须具有一定的带载能力,因此研究在电机启动过程中提高转矩输出十分具有意义和价值。本文首先分析了LCI驱动电机时产生电磁转矩的原理,给出了不同LCI拓扑下的电机转矩特性,并进行了比较分析。在Matlab/Simulink中建立了不同拓扑LCI驱动电励磁同步电机的模型,比较了电机的转矩特性及谐波等其他性能,充分证明理论分析的正确性,得出了采用多脉波LCI驱动控制策略可以提高电机平均电磁转矩,并减小转矩脉动率和网侧谐波含量的结论。其次,从LCI的逆变桥换流控制层面研究了改善电机转矩特性的控制策略。分析了负载换流逆变器的换流原理,推导了换相重叠角与电机功角数学模型,并提出了一种恒定换流剩余角控制方式,对恒e?控制下电机的电磁转矩特性进行了理论分析,与恒定换相超前角控制进行比较分析。为了分析验证该控制策略的可行性,在Matlab/Simulink中搭建相应的仿真模型。在恒定换流剩余角控制下,保证了LCI逆变桥换相可靠性,且改善了电机的转矩特性。最后,搭建了可变换多种拓扑结构的15KW电励磁同步电机驱动装置平台,进行了实验相关的硬件电路设计,包括直流母线电流检测电路、反电势深度滤波电路等。并基于DSP(TMS320F2812)控制平台设计了相关的软件控制算法。以此为基础,在多脉波LCI拓扑下对提出的LCI换流控制策略进行不同负载条件下的实验分析。实验结果验证了提出的控制策略的可行性与控制效果,改善了电机转矩特性。

关键词：恒定换流剩余角多脉波LCI控制转矩提升负载换流逆变器

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