机电作动系统双级矩阵变换器驱动性能研究

admin · 发表于 2022-5-15 08:55:50

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双级矩阵变换器驱动开关磁通电机是一种全新的机电作动方案。双级矩阵变换器是一种新型的矩阵变换器拓扑结构，具有高质量输入输出波形、可调输入功率因数和高功率密度的特点；开关磁通电机永磁体位于定子内，具有力能指标和功率密度高、易于散热适合高速运行等特点。本文针对机电作动器中双级矩阵变换器对开关磁通电机的驱动性能进行了深入研究。提出了航空电源下双级矩阵变换器的改进调制策略。建立了双级矩阵变换器由开关函数构成的矩阵数学模型，分析了双级矩阵变换器空间矢量调制策略，提出了基于PLL法的电源相位检测方法以及基于三线DFT的频率检测方法；分析了中频下双级矩阵变换器整流级产生相位滞后的原因及导致的后果，提出了相位滞后的前馈补偿方法；提出了加入四步换流的双级矩阵变换器逆变级新型开关序列，减小每控制周期内空间矢量调制的开关次数。提出了双级矩阵变换器驱动开关磁通电机的伺服作动方案，研究了开关磁通电机的矢量控制方法。研究了开关磁通电机的结构组成和工作原理，进行开关磁通电机的磁通路和电磁力矩分析。开关磁通电机的永磁体和绕组都位于定子，易于散热和冷却，可避免因温升过高导致永磁体的不可逆去磁，适于高速运行。PI控制器的参数直接影响伺服系统驱动性能。提出了加入延时和滤波的具有继电特性的PI自整定算法。该算法的整定原理依据乃奎斯特稳定判据，利用继电实验中测得的震荡周期和幅值信息，将复平面上乃奎斯特曲线上的震荡点移至指定裕度的单位圆上，通过设置延时和相角裕度改变PI整定结果，间接改变系统动态性能。仿真和实验验证了自整定算法性能，分别研究相角裕度变化和延时变化时，系统性能的变化规律；提出了使用震荡点拟合系统乃奎斯特曲线方法，从拟合曲线中分析整定算法的误差来源。研制了两套双级矩阵变换器实验平台，分别实验验证了双级矩阵变换器的调制策略及其对开关磁通电机驱动性能。在实验平台上验证了提出的PI自整定算法，并对双级矩阵变换器驱动下的开关磁通电机空载、带载、变载、变速下的动态和稳态性能进行了实验研究。对机电作动系统的双级矩阵变换器无功调节能力进行了实验研究。

机电作动系统双级矩阵变换器驱动性能研究

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