关键字 |
| Z源逆变器,电压应力降低,软启动策略,感应电动机。 |
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介绍 |
| Z源逆变器[2]是一个单级转换器,可以推卸责任或者提高直流供电的交流输出电压。这种拓扑结构克服了传统的缺点电压源和电流源逆变器,输出交流电压的分别少或多输入直流电压。这个组合操作的z源逆变器消除了需要一个单独的电源转换器,从而减少成本和增加电路的效率。 |
| Z源逆变器还允许两个开关电路中相同的腿是封闭的,因此消除了拍摄通过故障发生在传统的转换器。这个特性的逆变电路提供了消除死时间,从而提高可靠性和降低逆变器的输出失真。说不自由的Z源逆变器的操作问题,通过电容器的电压在传统Z源逆变器等于输入电压也增加使用的电容器的体积和成本;以及启动电路中电流和电压非常高,可能破坏设备一次。 |
| 为了克服借贷的问题,一个新的Z源逆变器的拓扑结构,可用于驱动一个感应电动机和控制其操作速度。 |
二世。Z源逆变器 |
| 一个独特的阻抗网络用于Z源逆变器,由两个相同的电感L1和L2见到两个相同的电容C1和C2,夫妻逆变电路的电源电路。通过周期即拍摄。,the time period when two switches of the same leg are gated allows the voltage to be boosted to the required value when the input dc voltage is not upto the required level. Else otherwise, the shoot through state is not used thus enabling the ZSI to operate as both a buck-boost inverter unlike the traditional voltage source and the current source inverters. |
| 上面的图中显示的z源阻抗网络前逆变主电路。二极管用于防止反向电路中流动的电流。图2 a&2b代表Z源网络的等效电路分别拍摄通过拍摄和非州。能量存储在电感在拍摄时通过状态开关逆变器在同一回合是封闭的。这种能量然后除了电源电压转移到负载端逆变器开关的正常浇注时发生。 |
| 下图显示了拟议的Z源逆变器[1]中逆变器电路的阻抗网络成功。 |
| 新拓扑的优点: |
| 1。电容器的电压极性年代保持不变提供类似的电压提升能力,但随着电压降低压力在他们如图4所示(一个)。 |
| 2。涌流在启动时是有效减少由于没有当前在启动路径。 |
| 电流和电压波动的拓扑保持不变,而当前在电感器在现有的拓扑减少非拍摄状态。在现有的拓扑结构,通过电容器的电压是由 |
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| 在新的拓扑,给出 |
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| 在Vc =电容器电压;D =责任比拍摄的状态;和Vs =电源电压。 |
| 上述方程表明,电容电压等于电源电压在现有电路D = 0时,和在新模型时减少到0 D = 0。这证明了电容器电压大大降低和提供了一个软启动策略在新拓扑。 |
| Z源逆变器的脉宽调制[3]产生的交流电压提高通过控制责任周期中使用的开关电路。Z源系统的能力产生期望的交流输出电压, |
| 通过条件提供骑在电压跌落和尽量减少电动机评级产生所需的力量使它用于调速驱动系统[4]。 |
三世。感应电动机 |
| 三相感应电动机是最广泛应用于各种工业应用,因为以下属性——自我开始财产;消除起动装置;健壮的建设;高功率因数和良好的调速。但感应电动机是一个恒定的速度机器使其应用非常有限。提高感应电动机的应用领域,它的速度是通过改变电源频率控制的。感应电机的速度控制的优点是它可以节省花费的能量的机器。例如,约20%的减速可以提高离心泵的节能高达50%。这意味着一个能源效率低下的马达可以取而代之的是变速机给出一个有效的控制系统。 |
| 感应电动机的基本速度成正比的电源频率和极数。现在由于两极的数量是固定在电机设计中,最好的方式来控制电机的速度是改变电源频率。开发的转矩电动机成正比的比例外加电压和电源频率。扭矩保持不变,不同外加电压和电源频率和通过保持他们的比例常数的值。 |
| 转矩速度特性也表示: |
| 1。起动电流的要求较低。 |
| 2。电动机的稳定操作点是增加。电机可以运行在5%同步转速到基地的速度而不是从基地运行电机速度本身。 |
| 3所示。的加速和减速电机可以控制通过控制电机的供电频率的变化对时间。 |
| 的开环伏特/ Hz控制感应电动机的速度控制是目前最受欢迎的方法由于其简单性和这些类型的电机在工业上被广泛使用。传统上,感应电动机已经使用开环60 hz电源为恒速应用程序。调速应用,频率控制自然。然而,所需电压与频率成正比,这样定子磁通保持不变,如果定子电阻是被忽视的。 |
| 在一个外循环控制的感应电动机驱动,实际转子转速与吩咐价值相比,通常和错误处理通过控制器PI控制器和限幅器是用于获得slip-speed命令。限幅器确保slip-speed命令的最大允许slip-speed感应电动机。slip-speed命令添加到电机转子速度得到定子频率命令。此后定子频率在一个开环驱动命令处理。在闭环感应电动机驱动滑移速度的限制,提高电压和参考速度是外部可调变量。外部调整允许感应电动机的优化和匹配变换器和逆变器和裁剪的特征匹配负载的要求。 |
四、电路和仿真 |
| 三相感应电动机的连接到6的三逆变桥开关控制的三相交流输出直流总线。从单片机产生PWM信号用于控制6开关。直流母线电压在这种情况下是增加或减少所需的值z源逆变器的改进版本。获得较高的直流电压值,当电路中电感的值增加。同样,直流电压却降低了通过增加电路中电容的值,从而提供巴克/提高功能电路。和Z源逆变器允许两开关在同一阶段腿的同时不产生任何损坏开关。这种否定任何电路中死时间的存在,实际上有助于巴克/提高性能的改善ZSI通过控制拍摄的工作周期状态。 |
| 相电压的幅值取决于占空比的PWM信号给变频器的开关。在任何瞬间的时间,3开关(2上把你下或1上和2下)是封闭的,其余3是关机。转换产生一个矩形形状的输出波形的谐波丰富。提供的电流与谐波是由三相正弦波与微不足道的谐波的感应电动机的定子绕组的性质。绕组的感应自然反对任何反方向的突然改变电流流动,直到所有的能量存储在绕组消散,当开关关闭,使用快速恢复二极管,称为随心所欲的二极管在每一个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)开关。 |
| 图5(一个)显示的开环运行的模拟感应电动机使用MATLAB程序。仿真结果证明该电机起动转矩高和不需要任何单独的起动电路与其他一些汽车。仿真中使用的电动机块是鼠笼式感应电动机块是一种常用的感应电动机的类型。这个电机的转子酒吧永久性卖空,从而抵消添加任何外部阻力马达电路。 |
| 因此,转子铜损失减少,从而提供更高的效率。图5 (b)显示了感应电动机的闭环运行的模拟电机的实际运行速度与基地的速度相比,在这种情况下1200 rpm。 |
| 电路中使用的各种组件的值是:电感L1 = L2 = 1 mh;电容C1和C2使用13300μf;感应电动机参数给出6杆,1200 rpm, 50 60 hz,惠普的机器。 |
| 电机的实际运行速度之间的误差计算的参考价值和执行控制机制通过使用PI控制器。 |
| 然后给一个PWM控制信号发生器然后产生所需的控制信号,要考虑到6 IGBT开关。根据门脉冲开关法给他们和电动机的速度控制到所需的值。比例的PI控制器的功能是只考虑当前错误值的大小的控制器计算,积分项的PI控制器消除抵消并总结完整的控制器错误历史到现在,从控制器时第一个自动切换。 |
| 正弦脉冲宽度调制如图6所示。电路中采用打开开关。的程度上,直流电压通过Z源网络即推动促进因素,取决于所使用的脉冲宽度调制的调制指数。 |
| 同时开关1,4是封闭在下图中(图7)提供逆变器拍摄的条件。这使得电压增加到所需的值没有额外需要的开关,如传统的巴克/提高转换器。通过条件还用于拍摄巴克给负载侧电压通过适当的控制信号提供双buck /提高函数使用相同的Z源逆变器电路。 |
| 230 v的输入直流电压提高到更高价值的393 v电路,然后转换成同等价值的交流电压通过逆变器已分别图8和图9中所示。 |
| 现在的逆变器输出电压是用于驱动的三相感应电动机速度调整根据所需的预设值。图10显示了模拟闭环控制的感应电动机速度运行在一个恒定的预设值。 |
诉程序 |
| 改进的ZSI可以应用于区域输入直流电压不可靠的或者它在本质上是高度不同,从而使它有用的非等传统能源在光伏系统和燃料电池应用的直流电压可以提高到所需的值。感应电动机的速度控制特性是高效的,可调速的应用程序使用。 |
六。结论 |
| 本文提出了一种新的Z源逆变器的拓扑控制三相感应电动机的速度。拓扑具有以下优点。 |
| 1。Z源电容电压应力大大降低执行相同的电压增加,从而使lowvoltage电容器用于降低系统的成本和体积。 |
| 2。涌流抑制和传统拓扑可以开始软启动功能。 |
| 3所示。PI控制器实现控制的感应电动机的速度,从而提供与恒速应用程序,可用于各种形态。 |
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数据乍一看 |
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引用 |
- 谢Shaojun,于唐,会员,IEEE会员,IEEE, Chaohua张”一种改进的Z源逆变器”,IEEE反式。战俘。加热器,26卷,不。2011年12月12日,页。3865 - 3868年。
- f . z彭”,Z-source逆变器”,IEEE反式。印第安纳州,达成。,vol. 39, no. 2, pp. 504–510, Mar./Apr. 2003.
- p c . Loh, d . m . Vilathgamuwa y s .赖g·t·蔡,李y。”脉冲宽度调制的Z-source逆变器,“IEEE反式。电力电子。,20卷,不。6日,第1355 - 1346页,2005年11月. .
- a . f . z Peng约瑟夫,j . Wang m .沈l . Chen z, e·o·里维拉,,y黄。”Z-source变频器对电动机驱动器”,IEEE反式。电力电子。,20卷,不。4,第863 - 857页,2005年7月。
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