矩阵变换器应用于电机系统的研究与进展

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基于新型ADRC控制器和MC变换器的电机DTC控制系统研究

基于新型ADRC控制器和MC变换器的电机DTC控制系统研究程启明;黄伟;程尹曼;郭凯;徐聪;邓亮【摘要】针对传统PID控制器参数鲁棒性和抗干扰性均较差的问题,提出了一种基于简化参数的自抗扰控制器(ADRC)的感应电机(IM)直接转矩控制(DTC)方法,它以给定转速和实际转速作为输入信号,并以给定电磁转矩作为输出信号,从而设计了基于简化参数的ADRC速度控制器. 另外,由于传统DTC系统中采用常规的矩阵变换器( MC ) ,其电压传输比较低,难以满足电机对电压的要求,直接影响了电机的输出特性,依据三相boost斩波器和MC的优势,提出一种新型MC直接转矩控制( DTC)方法,并对其进行建模分析,从理论上证明了该拓扑结构的合理性. 仿真结果表明了提出的电机DTC控制系统的转速和转矩响应快速,转矩脉动大大减小,系统具有良好的动、静态性能.%Because the traditional PID controller parameters robustness and immunity has some defect, di-rect torque control ( DTC) method for induction motor ( IM) based on active disturbance rejection control ( ADRC) of simplified parameter were proposed. The ADRC speed controller were designed with the giv-en speed and actual speed as the input signal and the given electromagnetic torque as the output signal. In addition, matrix converter ( MC) voltage transmission is relatively low in the traditional DTC system, it is difficult to meet the voltage requirements for the motor, so it affects the output characteristics of the mo-tor directly.A novel matrix converter combined the advantages of three-phase boost chopper and matrix converter were proposed and the model analysis prove the rationality of the topology. The simulation re-sults effectivelyprove that the torque and speed of the motor respond quickly, the torque ripple are re-duced greatly, and the system has good dynamic and static performance.【期刊名称】《电机与控制学报》【年(卷),期】2015(019)008【总页数】9页(P53-61)【关键词】直接转矩控制;自抗扰控制器;矩阵变换器;感应电机;PID控制;boost斩波器【作者】程启明;黄伟;程尹曼;郭凯;徐聪;邓亮【作者单位】上海电力学院自动化工程学院,上海200090;上海电力学院自动化工程学院,上海200090;上海电力公司市北供电分公司,上海200041;上海电力学院自动化工程学院,上海200090;上海电力学院自动化工程学院,上海200090;上海电力学院自动化工程学院,上海200090【正文语种】中文【中图分类】TM762;TM343直接转矩控制(Direct Torque Control,DTC)克服了以传统磁场定向的矢量控制(Vector Control,VC)中对参数敏感的缺陷,不需要将感应电机(induction motor,IM)输出转矩转换成等效的电流参考值,也不需要复杂的控制器［1-2］。

基于DSP的矩阵式三相／单相电源研究

基于DSP的矩阵式三相／单相电源研究目前矩阵式变频器因采纳具有输入功率因数可调，输出频率延续，功率双向流淌且无直流母线的矩阵式变换器(MC)而倍受关注。

虽然三相用电设备广泛应用于生产领域，但是在一些行业(如感应加热和感应熔炼)仍需要单相电源，而在这些行业用电对电网产生严峻污染，假如将矩阵式变换器(MC)应用在这些行业中将对新一代“绿色”电源产生深远的影响。

在此综合考虑因不同的控制策略，低频段和高频段对系统的资源占用率不同，故采纳不同的控制策略，CPU采纳和联合控制，实现了具有平安换流和相应的庇护功能的三相-单相调功电源，该电源就很好地应用在相应的场合，充分发挥矩阵式电源的优良特性。

1 主结构和换流策略1．1 主电路结构系统电路采纳的是三相-单相变换电路的其中一种较为容易的拓扑结构(带中线)1所示。

将S1+和S1-均导通的状态称为S1状态。

为了尽可能多地滤除输入中的由开关动作产生的高频谐波中高频谐波成分，削减对电网侧的高频污染，并提高输入功率因数，因此引入，阻尼Rd有利于在转折频率点后高频电流的衰减，并入有利于减小开关器件间的耦合。

电路采纳反向并联构成双向开关，通过控制各个开关状态的时光，实现目标。

1．2 换流策略由主电路的基本特征和应用在感应加热行业就打算了矩阵式变换器在工作过程中必需遵循两个原则：矩阵式变换器的三相输入中的随意两相之间不能短路，避开用法电压源短路造成过流。

矩阵式变换器的输出不能断路，避开感性负载骤然断路而产生的过电压。

由此可见在换流的过程中必需挑选牢靠的换流策略，为了解决这一问题采纳传统的基于电流检测的四步换流策略较为合适。

该办法必需加以电流检测元件(电流互感器、霍尔等)，为了保证IGBT的牢靠开通与关断，将控制第1页共4页。

基于矩阵式变换器的无刷双馈电机控制

ｆｃｒａｅｆｓａｊｓｄａｔｎｂｔｄｕｔ．ｏＣａｅ
Ｋｅｒｓ：ｒｓｌｓｏｂｙ—ｆｄｍａｈｎｓｍａｒｘｃｎｅｅ；ｏｅａｔｒｃｎｒｌｙｗｏｄｂｕｈｅｓｄｕｌｅｃｉｅ；ｔｏｖｒｒｐｗｒｆｃｏｏｔ之间发生传递转换，维持电机稳定运行。
无刷双馈电机稳态运行时，转速为：其
关的定子绕组和转子绕组，制绕组由变频电源供控电，功率绕组直接由电网供电，变控制绕组的供电改频率就可以调节系统的
ＡｓａｔＴｅｄｎｍｃｒｓｏｓｎｔａｙｓｔｐｒｒｎｅｏｒｓｌｓｄｕｌｅａｈｎ（ＤＭ）ｗｓｆｂｔｃ：ｈｙａｉｅｐｎｅａｄｓｄｔｅｅｏｍａｃｆｕｈｅｏｂｙ—ｆｍｃｉＢＦｒｅａｆｂｓｄｅａｒａ
１引言
无刷双馈电机是在级联式双馈拖动系统的基础上发展而来的。级联式双馈电机是由两台普通绕线
式感应电机的转子同轴连接，有两套磁路彼此无具
将会在定子上产生两个不同旋转速度的定子磁场，由于电机特殊的结构设计，两个旋转磁场并不直接交链，是通过转子的 “ 调制 ” 用发生磁耦合，而极作
中图分类号；Ｍ３Ｔ４文献标识码：Ａ文章编号：０４— ０８２０００３ —０１０７１（０７）３— ０１４

基于矩阵式变换器的异步电机直接转矩控制策略研究

明：采用这一控制策略的调速系统具有良好的静、动态性能，并且保持了单位功率因素。关键词：矩阵式变换器；异步电动机；直接转矩控制；空间矢量调制
中图分类号：Ｔ４Ｍ３３文献标志码：Ａ文章编号：１０．８８２１）４０３ —３０１６４（０００．０９０
ＳｔｙｏＡｓｎｃｒｎｓＥｌｃｒｍｏｔｒＤｉｅｔｔｒｕｅＣｏｒｌｕｄｎｙｈｏｏｕｅｔｏｏｒｃ－ｏｑｎｔｏＳｒｔｇｓｄｏＭａｒｘＣｏｅｔｒｔａｅｙＢａｅｎｔｉｎｖｒｅｓＺＨＡＮＧ．ｎ，ＺＨＯＮＧｏＧｉＴＡＯ．ｉＹｕｍｉｇＧｕ．，Ｙｉｂｎ
摘
要：文章研究了一种基于矩阵式变换器的异步电机控制策略，分析了异步电机的直接转矩控制方
法和矩阵式变换器的空间矢量调制，研究了直接转矩控制方案中，矩阵式变换器矢量电压的选择。这
一
控制策略同时实现了矩阵式变换器的空间矢量调制和异步电机的直接转矩控制。仿真和实验结果表
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
组合，两者通过一个 “ 拟直流 ” 节来连接，利虚环用传统交直交变换器的方法实施控制。在整流部分中对输入线电流进行空间矢量ＰＷＭ调制，在逆变部分中对输出线电压进行空间矢量ＰＷＭ调制，最后根据开关函数的对应关系综合出矩阵式变换器的交一交直接变换控制方式。分别得到输出电压及输人电流的矢量图，如图１。

三相单相矩阵变换器

三相单相矩阵变换器在现代电力系统中，电能的传输和分配是至关重要的。

为了满足不同的需求，电力系统中使用了各种类型的变压器来实现电能的转换和传输。

其中，三相、单相和矩阵变换器是常用的类型之一。

三相变换器是一种用于将三相电能转换为单相电能或反之的设备。

它由三个相互连接的线圈组成，每个线圈都与电源相连。

当三相电源输入到变压器时，它会将三相电能转化为单相电能，并输出到负载中。

三相变压器通常用于工业和商业领域，因为它们能够提供大量的功率，并且可以满足大型设备的需求。

相比之下，单相变压器是一种用于将单相电能转换为三相电能或反之的设备。

它由一个主要线圈和若干个次级线圈组成。

当单相电源输入到变压器时，它会将单相电能转化为三相电能，并输出到负载中。

单相变压器通常用于家庭和小型商业领域，因为它们能够提供适量的功率，并且可以满足一般家用电器的需求。

另一种常见的变压器类型是矩阵变换器。

矩阵变换器是一种使用多个可控开关来实现电能转换的设备。

它由多个矩阵模块组成，每个模块都包含若干个开关和线圈。

当电源输入到矩阵变换器时，开关会根据控制信号的变化，将电能转换为所需的相位和电压形式，并输出到负载中。

矩阵变换器通常用于高精度电力转换和电力质量控制领域，因为它们能够提供高度可控的电能转换，并且可以满足特定的电力要求。

无论是三相变换器、单相变换器还是矩阵变换器，它们都在电力系统中扮演着重要的角色。

它们能够实现电能的转换和传输，满足不同负载的需求。

同时，它们还能够提供高效、稳定的电力供应，确保电力系统的正常运行。

三相、单相和矩阵变换器是电力系统中常用的变压器类型。

它们能够实现电能的转换和传输，满足不同负载的需求。

无论是在工业、商业还是家庭领域，它们都发挥着重要的作用。

通过合理选择和使用变压器，我们可以确保电力系统的稳定运行，为人们的生活和工作提供可靠的电力供应。

双级矩阵变换器变频调速系统特性研究与仿真

电札再栏制应用２１３（）０￣７３
变频与调速；硼Ｅ
双级矩阵变换器变频调速系统特性研究与仿真
潘湘高，李丹云。申群太。，（．南文理学院电气与信息工程学院，南常德１湖湖４５０；１００２中山大学数学与计算科学学院，东广州５００．广１００；３中南大学信息科学与工程学院，南长沙４０８）．湖１０２
Ｇｕａｇｈｕ５１００，Ｃｈｎｎｚｏ００ｉａ；３．ＥｌｃｒｃｎｏａｉｎＳｉｎｅａｄＥｎｉｅｒｎｌｇｅｔａＩｒｔｏｃｅｃｎｇｎｅｇＣｏｌｅ，ｉｌｆｍｉｅ
ＣｎｒｌｎｏｔｎｅｓｙＣａｇｈ１ｏ２ＣｉａｅｔｄＳｕｈＵｉｒｔ，ｈｎｓａ０８，ｈｎ）ａａｖｉ４
ｍｒｘｃｎｅｔｄａｙｃｒｎｕｔｒ￣ｕｔｌｓｅｄｓｓｍａｅｅｒｈｄｈｙｔｍｈｓｎｔｏｌｓｌａｏｖｒｒｅｓｎｈｏｏｓｍｏｓｂｅｐｅｙｔｗｓｒｓａｃｅ．Ｔｅｓｓａｏｎｉａｅｆｏａａｅｅｙｍｉｒ
ＰＮＸａｇｇｏ’，ＬＤｎｙｎ，ＳＥｕ－ｉＡｉ－ａｎＩａ —ｕＨＮＱｎｔａ
（．ＤｐｒｅｔｆｌｃｉｌｎｏｍａｏｎｉｅｒｇＨｎｎＵｉｒｔｏｒｎｃｅｃ，１ｅａｍｎｏｅｔｃｆｒｔｎＥｇｅｎ，ｕａｎｖｓｙｆｔａｄＳｉｅｔＥｒａＩｉｎｉｅｉＡｓｎ

基于矩阵变换器双馈风力发电系统矢量解耦控制

＝ｎ × 盖± 厂２
频率的变化当发电机的转速ｎ变化时，若控制转子的供电
３定子磁场定向矢量控制
３．１两相同步旋转坐标系下ＤＦＩＧ数学模型双馈电机定子侧采用发电机惯例，转子侧采用电动机惯例。其同步旋转ｄ－ｑ轴坐标系下定子电压方程、转子电压方程、定子磁链方程、转子磁链方程、运动方程分别为剖：
研究，主要集中于双ＰＷＭ变流器的交流励磁系统，
２交流励磁风力发电系统基本原理
变速恒频的基本原理是控制双馈电机转子励磁
电流频率使电机定子并网侧输出频率恒定，消
除由于风力变化引起的电机定子输出的频率变化。
变速恒频运行。实验结果表明，基于矩阵变换器交
』 “ ｓａ＝一Ｒ￣ｉ．ｄ一－砂ｅ＋Ｄｓａ
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作者简介：陈才学（１９７９・），男，湖南籍，讲师，博士研究生，主要从事电力电子技术的教学与研究工作；
谢运祥（１９６５一），男，湖南籍，教授／博导，主要从事电力电子与电力传动，及智能电网的教学与研究工作。

变速恒频风力发电系统中矩阵变换器的仿真研究

变速恒频风力发电系统中矩阵变换器的仿真研究作者：刘晓宇,张润和,武海涛来源：《现代电子技术》2009年第19期摘要:双级矩阵变换器是在传统9开关矩阵变换器的基础上发展起来的一种新型矩阵式变换器,其自身的优点更适宜作为变速恒频风力发电系统中双馈电机的励磁装置。

分析了双级矩阵变换器的拓朴结构和基本原理,根据其特点采用PWM控制与空间矢量调制法相结合并应用零电流换流法进行控制,并基于Matlab/Simulink对双级矩阵变换器进行了建模与仿真。

仿真结果验证了控制方案的可行性和正确性。

关键词:风力发电系统;双级矩阵变换器;零电流换流;PWM 控制;空间矢量调制;建模与仿真中图分类号:TP23文献标识码:A文章编号:1004-373X(2009)19-176-05Simulation Research on Matrix Converter in Variable Speed Constant Frequency Wind Power Generation SystemLIU Xiaoyu,ZHANG Runhe,WU Haitao(College of Information Engineering,Inner Mongolia University ofTechnology,Hohhot,010062,China)Abstract:Two-Stage Matrix Converter (TSMC) is a kind of new matrix converter developed on the basis of the conventional nine-switch matrix converter,by virtue of its advantages,more suitable for serving as the exciter of variable speed constant frequency doubly-fed wind power generation system.The topology structure and principle of TSMC are analysed,and taking accordingly the PWM space vector modulation and zero current commutation to research its features.A simulation mo-del based on Matlab/Simulink is built for the TSMC,and the simulation confirmed the feasibility and validity of control scheme.Keywords:wind power generation system;TSMC;zero current commutation;PWM control;space vector modulation;modeling and simulation0 引言能源危机和环境危机使人们越来越意识到开发可再生能源的重要性,必须采取可持续化发展战略,利用科技手段开发可再生能源[1-4]。

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矩阵变换器应用于电机系统的研究与进展
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周波秦显慧雷家兴梁莹卞金梁韩娜
（江苏省新能源发电与电能变换重点实验室，南京航空航天大学，南京，２１００１６）
ＺｈｏｕＢｏ，ＱｉｎＸｉａｎｈｕｉ，ＬｅｉＪｉａｘｉｎｇ，ＬｉａｎｇＹｉｎｇ，ＢｉａｎＪｉｎｌｉａｎｇ，ＨａｎＮａ
（ＪｉａｎｇｓｕＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＮｅｗＥｎｅｒｇｙＧｅｎｅｒａｔｉｏｎａｎｄＰｏｗｅｒＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
中图分类号：ＴＭ３４１；ＴＭ３５
文献标志码：Ａ
文章编号：１００５ — ２６１５（２０１４）０１ — ０００１００１０
ＲｅｖｉｅｗｏｆＭａｔｒｉｘ — ＣｏｎｖｅｒｔｅｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎＥｌｅｃｔｒｉｃＭａｃｈｉｎｅＳｙｓｔｅｍｓ
ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ＭＣｈａｓｂｅｅｎａｈｏｔｔｏｐｉｃｏｆｒｅｓｅａｒｃｈｆｏｒｌａｓｔｄｅｃａｄｅｓ．ＴｈｅｓｔａｔｅｏｆｔｈｅａｒｔｉｎｔｈｅＭＣＳａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｅｌｅｃｔｒｉｃｍａｃｈｉｎｅｓｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓｏｆＭＣ— ｂａｓｅｄｄｒｉｖｅｒｆｏｒｉｎｄｕｃｔｉｏｎｍｏｔｏｒｓ，ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒｓａｎｄａｉｒｃｒａｆｔａｃｔｕａｔｏｒｓｉｓｒｅｖｉｅｗｅｄ；ｔｈｅｎ，ｔｈｅａｐ— ｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＭＣｉｎｇａｓ — — ｔｕｒｂｉｎｅ — — ｂａｓｅｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓａｎｄｈｉｇｈ— — ｐｏｗｅｒｗｉｎｄｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓ — — ｔｅｎｓｒｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ；ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＭＣｉｎｉｎｄｕｓｔｒｙｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｗｉｌｌｂｅａｖａｌｕａ — ｂｌｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｆｕｒｔｈｅｒｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｉｎｄｕｓｔｒｉａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍａｔｒｉｘｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；ｍｏｔｏｒｄｒｉｖｅｒ；ａｉｒｃｒａｆｔａｃｔｕａｔｉｏｎ；ｗｉｎｄｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ
分布式发电系统和大功率风力发电中的发展现状，最后对ＭＣ在工业界的发展情况进行介绍。本文的内容对矩
阵变换器的进一步研究及其推广应用具有参考价值。
关键词：矩阵变换器；电机驱动；航空作动器；风力发电
ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｍａｋｅｉｔｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｍｏｔｏｒｄｒｉｖｅ，ｍｏｂｉｌｅｐｏｗｅｒｕｔｉｌｉｔｙａｎｄｗｉｎｄｐｏｗｅｒ
ｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ＆Ａｓｔｒｏｎａｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ，２１００１６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍａｔｒｉｘｃｏｎｖｅｒｔｅｒ（ＭＣ）ｉｓａｄｉｒｅｃｔＡＣ— ＡＣｐｏｗｅｒｃｏｎｖｅｒｔｅｒｗｉｔｈｏｕｔａｎｙｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃｃａｐａｃｉｔｏｒｓ．ＴｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆＭＣ，ｓｕｃｈａｓｃｏｍｐａｃｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｈｉｇｈｐｏｗｅｒ — ｄｅｎｓｉｔｙａｎｄｈｉｇｈａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙｉｎｓｅｖｅｒｅ
南Ｏ
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摘要：矩阵变换器（Ｍａｔｒｉｘｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ＭＣ）是一种直接变换型的交流～交流电力变换装置，具有无电解电容、结构紧凑、功率密度高和恶劣环境条件下适应性强等优点，适用于电机驱动、移动电源和风力发电等场合，因此得到了国内外众多学者的关注。本文主要对ＭＣ在电机系统中应用的研究现状进行综述。首先对ＭＣ在异步电机、同步电机以及在航空作动器等电机驱动系统中的研究现状进行了评述，然后介绍了ＭＣ应用于基于燃气轮机的
第４６卷第１期
２Ｏ１４年２月
京航空航天来自大学学报
Ｖｏ１．４６Ｎｏ．１Ｆｅｂ．２０１４
ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ
Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ