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中国电机工程学报 2008年第27期杂志 文档列表

中国电机工程学报杂志电力电子与电力传动

一种兆赫兹级频率范围多相谐振电压整流模块的新颖控制策略1-6

摘要：采用交错并联结构多相谐振型拓扑的DC—DC变流器具有更快的瞬态响应和更高的功率密度，因而非常适合作为电压整流模块（voltage regulator module，VRM）而为新一代微处理器提供电源，从而满足其飞速增长的高动态和高效率要求。为了解决交错并联结构多相谐振型VRM变流器在实际运用中遇到的控制难题，该文提出了一种新颖的控制策略思路。在任意情况下，该策略均能实现每一相驱动信号的频率自动跟踪一个中心频率而变化，并保持和该中心频率的相位角固定不变，从而在电路构造简单和低成本的优势下实现多相信号的调制。同时，该控制策略还具有极佳的可扩展性，易于构造成为任意相数从而配合主电路拓扑的需要。该文在给出了详细分析设计思路后，用频率高达1．1MHz的实验结果和实际样机数据及波形验证了所提控制策略的有效性和实用性。因此，该新颖的控制策略非常有利于多相交错并联结构的谐振型VRM在新一代微处理器架构中的实际应用。

一种隔离型有源箝位交错并联Boost软开关变换器7-11

摘要：采用原边并联/副边并联的交错结构，提出了一种新型的隔离型有源箝位交错并联Boost软开关变换器。耦合电感的漏感限制了输出二极管关断电流的下降速率，抑止了输出二极管的反向恢复，大大减小了反向恢复电流引起的损耗。由有源开关和箝位电容组成的筘位电路吸收并无损的转移了漏感能量，消除了主开关管上的电压尖峰，而两相交错并联电路只需要一组箝位电路，大大简化了电路结构。在整个开关周期内，主开关管和辅助开关管都是零电压软开关动作，大大减小了开关损耗。最后，设计了一台40V输入、380V输出的1kW试验样机。试验结果表明，所有的功率器件均为软开关工作。

带有源浮充平台的新型电压调整模块12-17

摘要：多相交错型同步整流降压式变换器广泛地应用于微处理器电压调整模块（voltage regulator module，VRM）设计中。针对基本Buck变换器在输入、输出电压相差悬殊时，占空比过小问题，提出了一种新型电压调整模块——带有源浮充平台Buck变换器。该文对新拓扑进行了稳态和动态分析，并对拓扑结构进行了探讨。与传统两相交错型同步整流Buck变换器实验结果对比表明，由于新拓扑在基本Buck变换器中加入了有源浮充平台单元，不仅具有大变化的电压转换能力和实现电感电流的交错并联，而且无需采取任何均流措施实施自动均衡各相电感电流，简化了控制电路。同时新拓扑具有开关应力小，效率高的特点。

基于直流侧电流检测的逆变器开路故障诊断方法18-22

摘要：针对变频驱动系统中的逆变器开关管开路故障，应用开关函数的双傅里叶变换技术，分析逆变器的直流侧电流在正常运行、单管开路故障及一相开路故障时的频谱：逆变器正常运行时，其直流侧电流频谱的低频部分只包含直流成分；逆变器单管开路故障时，其直流侧电流频谱的低频部分会出现调制信号的频率成分；逆变器一相开路故障时，其直流侧电流频谱的低频部分除了直流成分外，还会出现调制信号的二次谐波成分。通过检测直流侧电流的频率成分就可实现逆变器单管开路故障及一相开路故障的故障诊断。实验结果验证了该方法的正确性和有效性。

串联谐振高频链逆变电源数学模型分析23-28

摘要：首先从串联谐振高频链逆变电源的工作原理及相应的控制策略出发，得到各谐振模式下的状态方程；通过整合谐振模式控制信号、象限判断信号及谐振电流极性判别信号，得到所有谐振模式统一的状态方程；利用谐振槽等效的方法，进一步简化系统的数学模型，得到逆变器的降阶状态方程；在此基础上，文章利用Matlab软件分析和比较了原逆变电源和降阶等效系统的在随机控制信号及阶跃信号下的响应，验证了等效模型的正确性；同时还将基于降阶系统构建的控制器应用于实验样机，其优良的负载突变响应也验证了等效模型的正确性。

高精度逆变电源输出电压直流漂移的调偏控制29-34

摘要：逆变器中的隔离环节、各功率器件等存在漂移和特性不对称以及正弦脉宽调制（sinusoidal pulse width modulation，SPWM）都会引起逆变电源输出电压的直流漂移。该文提出了一种高精度逆变电源输出电压直流漂移的调偏控制方案，系统采用基于现场可编程门阵列（field programmable gate array，FPGA）的全数字控制。给出了直流调偏控制的基本原理及其闭环控制系统。分析了模数转换器（analogue—to—digital converters，ADC）精度与数字脉宽调制（digital PWM，DPWM）精度之间的关系，并给出了抑制极限环振荡的必要条件。提出一种提高DPWM精度的新方法，可以进一步提高直流调偏控制的精度。最后，在一台单相8重化9电平电压型逆变器的实验平台上进行实验验证，实验结果表明了该控制方案的有效性。

高压大功率三电平逆变器的SPWM数字化技术研究35-41

摘要：数字化的正弦脉宽调制（digital sinusoidal pulse width modulation，SPWM），能够提高脉宽控制信号输出精度，缩短控制响应时间，增加系统安全稳定性。结合高压大功率中性点箝位（neutral point clamped，NPC）三电平逆变电路的特点，对其SPWM数字化过程中三角载波形成、正弦调制波发生、器件开关时间计算、开关状态组合配置以及脉宽信号故障诊断的数字化原理进行了研究。提出了简化的开关时间计算方法、完善的死区设置、通用的超调制原则以及故障信号高速闭锁的实现方法。最后利用DSP＋FPGA＋CPLD的新型结构实现了三电平逆变器的高性能数字化控制，仿真和试验结果证明了该文数字化构想的正确性和可行性。

一种新的双幅控制有源箝位谐振直流环节逆变器42-47

摘要：针对有源箝位谐振直流环节逆变器提出了一种新的双幅控制策略。通过直流环节采用母线电压双幅控制和逆变桥采用带有三态滞环电流调节器的电压电流双闭环控制相结合的策略，可以降低直流环节的损耗，改善逆变器的输出特性。它具有控制简单，输出电流脉动小，输出电压谐波含量小等优点。详细分析了电路的工作原理和控制策略，并给出了仿真和实验结果。

并联混合型有源电力滤波器的最优安装点48-55

摘要：着重探讨混合型有源电力滤波器最优安装点的问题。建立配电网及混合型滤波器（hybrid active power filter，HAPF）的简化模型，定义以配电网各节点母线电压总畸变量为参考量的配电网谐波治理目标函数（network objective function，NOF）。通过对配电网节点导纳矩阵的分析得到配电网的电压及电流转移矩阵，并以此研究配电网的频率响应特性，为混合型有源电力滤波器无源支路的谐振频率及参数选择提供设计参考；同时以获得最优目标函数为目的阐述HAPF最优安装点的选择方法，并着重探讨电网参数变化的影响。所述方法可推广应用于各种配电网的谐波治理与无功补偿当中，工程应用结果验证了该文理论分析的正确性。

一种新的采用低自感串联变压器的串联混合型有源电力滤波器56-62

摘要：为降低逆变器容量和提高系统可靠性，该文提出一种新的采用低自感（或自阻抗）串联变压器的串联混合型有源电力滤波器。不同于传统结构，该混合滤波系统中的串联变压器自感很小，其标幺值仅为0．01-0．10，且串联有源滤波器不再控制为谐波电压源或基波电流源，而是控制为谐波电流源。在该方案中，逆变器和串联变压器二次侧绕组均无须承受很大的系统基波电流，而只承受一定倍数的滤波后系统谐波电流，其代价是逆变器在原来承受谐波电压的基础上叠加承受l一10％的系统基波电压。另外，该拓扑无须谐振于基波频率的LC旁路，降低了整个滤波装置的成本、损耗。仿真和实验结果表明，该新型滤波器具有良好的滤波效果。

基于粒子群优化算法的混合有源滤波器中无源滤波器的多目标优化设计63-69

摘要：混合有源滤波器是非常有应用前景的滤波装置，但其综合性能受无源滤波器参数优化程度的影响很大。该文基于课题项目中谐波源的特点，针对已有优化设计方法的各种缺点，提出了基于改进粒子群优化算法的混合滤波装置中无源滤波器的多目标优化设计方法。通过将无源滤波器的无功补偿容量、初期投资及补偿后滤波效果作为优化目标，利用简便、有效的粒子群优化算法对其参数进行了优化设计，大大减少了人工的计算量，而且明显提高了算法的寻优速度。最后仿真及现场模拟实验表明，此优化设计无源滤波器的成本比经验设计方法有所降低，滤波效果有明显的提高。

一种用于配电系统谐振抑制及谐波治理的新型PAPF控制方法70-77

摘要：针对配电系统中时有发生的并联电容器与电网阻抗之间谐振的现象，该文首先分析了传统的负载电流检测方式下并联型有源电力滤波器（parallel active power filter，PAPF）对系统谐振的抑制情况。分析表明，由于无功补偿电容器的影响，传统控制策略下的PAPF对系统谐振的抑制效果不理想，同时当检测的负载电流中包括无功补偿电容器电流时，系统还有可能出现不稳定的现象。针对这种情况该文提出了一种新的PAPF控制策略，该控制策略可以在进行谐波治理的同时有效抑制负载谐波电流或者系统谐波电压造成的并联电容器与电网阻抗之间的谐振。最后给出了实验验证结果。

无锁相环同步坐标变换检测法的硬件延时补偿78-83

摘要：针对谐波检测电路遇到的硬件电路延时和锁相环检测误差问题，分析了无锁相环同步坐标变换检测方法对结果的影响，并引入通用瞬时无功理论中的波形相关系数概念，分析了硬件延时对补偿效果的影响，最终提出了一种无锁相环的、考虑硬件延时补偿的改进型同步坐标变换检测法。该方法通过预设同步坐标旋转角速度，避免了锁相环的检测误差，同时在同步坐标逆变换矩阵中引入相位补偿角对硬件延时进行补偿，具有实施简单、适合数字控制、测量准确，且不受电网电压畸变影响的特点。

损耗最小化输出滤波电感的设计84-88

摘要：在开关电源中，输出滤波电感有储能和平滑滤波输出电压的重要作用。传统设计方法是以临界连续电流为依据根据经验选取输出滤波电感值。这种方法的缺点是没有严格考虑输出电感上电流脉动对变换器的影响，而电感电流脉动量直接影响输出电压的质量、输出电感的制作及电源整体工作的可靠性。该文基于电感电流脉动对变换器的影响，提出了一种损耗最小化的输出电感设计方法，并以Buck变换器为例进行了实验验证。

中国电机工程学报杂志电机与电器

高速长定子直线感应电动机的建模与仿真89-94

摘要：从高速长定子双边直线感应电动机（double—sided linear induction motor，DSLIM）的基本原理出发，利用直线电动机的发射曲线和数学模型，采用动子磁场定向的控制原理，在Simulink环境下，建立了电机的数字仿真模型。用该模型分析电机的动态性能，得到了该类型电机的发射曲线以及电机电压、电流、压频比、功率因数、功率效率、能量效率等参数的变化规律，为脉冲供电系统和驱动系统的设计提供了重要的参考依据；利用该类型电机可以实现对大质量物体的发射。仿真结果与基于ANSOFT二维瞬态场计算的结果吻合较好，验证了该模型的正确性。仿真模型具有运算速度快、简单易行等优点，为该类电机控制策略的研究及具体实现提供了新的途径。

基于三相半桥功率变换器的无轴承开关磁阻电机绕组结构分析95-103

摘要：无轴承开关磁阻电机兼有开关磁阻电机和磁轴承的优点。功率变换器是无轴承开关磁阻电机的重要组成部分，其控制绕组电流，对电机旋转和悬浮性能有重要影响。悬浮绕组功率变换器采用三相半桥结构时，由于负载的不对称，存在中点电压漂移问题。该文简要介绍了电机悬浮原理和数学模型，将功率变换器和电机作为一个整体，分析了中点电压漂移的原因及绕组配置对中点电压的影响。给出了5种绕组结构形式下，各相悬浮力之和及其对中点电压的影响。通过合理配置绕组结构，使电机在恒定径向负载的情况下，中点电压波动大为减小。给出了4种优化的无轴承开关磁阻电机绕组结构。实验结果证明了理论分析的正确性。

双凸极电机励磁回路控制模式的研究104-108

摘要：电励磁双凸极起动／发电机在恒转矩起动阶段为使输出转矩最大，通常将恒定电压直接加在励磁绕组上，使励磁电流工作在最大饱和值，并认为维持不变。但在实际过程中由于励磁磁场与相绕组磁场的耦合，导致励磁电流受相电流、转速影响而被削弱，引起输出转矩的降低。该文通过理论与仿真分析了起动过程恒励磁电压控制模式下励磁电流的变化规律，并通过实验验证了起动过程相电流、转速对励磁电流的影响，在此基础上对电励磁双凸极电机恒转矩起动阶段提出励磁电流控制的方法，仿真与实验结果均表明电励磁双凸极起动／发电机励磁回路在恒转矩起动阶段必须在恒励磁流控制模式下以保证输出转矩恒定。

永磁同步伺服系统初始位置修正算法109-113

摘要：使用增量式光电编码器的伺服系统中，如何准确测定转子的初始位置是一个难点。根据初始定位的原理、Z信号的作用以及电磁力矩的计算，提出一种转子初始位置修正算法，给出目标位置的定子电流以探测转子实际位置，实时做转子回初始位置的操作，并通过叠代功能不断减小探测的范围。此外，传动结构中的齿槽间隙可以淹没转子振动幅度，以减小负载的抖动。实验结果证明该初始位置修正算法可以减小初始定位中的转子振动幅度，且提高系统初始定位精度。