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工程科学与技术,国际期刊20(2017)649完整文章异步发电机矩阵变换器Sumedha Mahajana,Senthil Kumar Subramaniama,Kumaresan Natarajana,Ammasai Gounden Nanjappa Goundera,Devendra Varma Borruba印度泰米尔纳德邦Tiruchirappalli国立技术学院,邮编620 015b印度安得拉邦贡图尔维格南阿提奇莱因福奥文章历史记录:2016年6月17日收到2017年1月17日修订2017年2月23日接受2017年3月11日在线提供保留字:电容励磁感应发电机(CEIG)矩阵变换器(MC)粒子群优化空间矢量调制稳态分析风能A B S T R A C T提出了一种电容励磁感应发电机(CEIG)-矩阵变换器(MC)系统,用于为独立交流负载供电。通过采用空间矢量调制(SVM)技术控制MC,将CEIG的可变输出电压幅值和频率转换为负载端的恒定电压幅值和频率。这种单级MC是一个很好的替代所提出的系统对常用的AC/DC/AC两级功率变换器。文中详细介绍了采用dSPACE 1103实时控制器的闭环控制方案的配置和实现。所提出的闭环控制器调节AC负载电压,而不受原动机速度和负载变化的影响。提出了一种预先确定系统稳态性能的方法,并给出了相应的解析表达式。所提出的系统的有效性是通过各种操作条件下的仿真结果的例子。所提出的控制技术进一步验证使用实验室开发的实验装置。©2017 Karabuk University. Elsevier B.V.的出版服务。这是CCBY-NC-ND许可证(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)。1. 介绍独立发电系统被认为是向偏远地区供电的电网供应的可行替代方案这在增长中的经济体中变得至关重要,在这些经济体中,将电力线安装到这些位置已经变得不经济。开发当地可获得的可再生或替代能源,如风能、小水电和生物量,是建立这种独立系统的另一个吸引力。在这些可再生能源中,如果风能安装在中等/高风力潜力地区,风能将有助于产生相当大的发电量。由于转子结构简单坚固、成本低、几乎无需维护以及发电机运行无需直流电源,鼠笼式感应电机被广泛用于风能发电[1为了将鼠笼式IM作为发电机运行,*通讯作者:印度泰米尔纳德邦Tiruchirappalli国家理工学院电气和电子工程系,邮编:电子邮件地址:sumedha3008@gmail.com(S. Mahajan),skumar@nitt.edu(S. Subramaniam ),nkumar@nitt.edu (K. Natarajan ),amms@nitt.edu (A.G.Nanjappa Gounder),bdevendravarma@gmail.com(D.V. Borru)。由Karabuk大学负责进行同行审查电容器必须连接在定子端子[3这种将IM作为发电机运行的配置称为电容励磁感应发电机(CEIG)。对于一个给定的励磁电容器组,输出电压的幅度和频率的CEIG的变化取决于转子速度和负载在定子端子。某些对频率不敏感的负载可以在可变电压下安全工作,因此可以使用这种交流对于需要可控直流电源的应用,在开发的初始阶段,使用传统的三相可控整流器[5]。对于需要可控交流电源的应用,文献[6在这种情况下,Ahmed等人开发了用于电压源转换器和矢量控制变速三相鼠笼感应发电机的无差拍电流控制器,该三相鼠笼感应发电机具有用于调节AC和DC电压的锁相环。在该方案中,DSP用于实现闭环控制,以操作转换器以保持恒定的AC和DC电压[9]。Senthilkumar等人开发了采用二极管桥式整流器-逆变器为独立交流负载供电的风力感应发电机系统的闭环控制方案。该方案要求将蓄电池组连接在三相二极管桥式整流器(DBR)和逆变器之间进行维护http://dx.doi.org/10.1016/j.jestch.2017.02.0062215-0986/©2017 Karabuk University.出版社:Elsevier B.V.这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)。可在ScienceDirect上获得目录列表工程科学与技术国际期刊杂志主页:www.elsevier.com/locate/jestch××命名法aBCQ单位频率= fg/fr单位速度=N/Ns每相励磁电容,F电压传输比每相气隙电压,VR1、X1vAB,vBC,vCAInstantaneouslinevoltagesattheinputterminalsofMC,Vvab,vbc,vca是MC输出端的瞬时线电压XmReVgL,VVML,VMPIsPgPL矩阵转换器输出端子处的均方根线电压和相电压,分别为V定子线电流,A发电机输出功率,W交流负载功率,WZfgfrRL定子的每相电阻和每相漏抗,X转子每相电阻和每相漏电电抗(相对于定子),X每相磁化电抗,X发电机端每相等效电阻对应于交流负载,X发电机端子处的线电压和相电压分别,V每相等效电路回路阻抗,X发电机频率,Hz额定频率,Hz每相负载电阻,X南纬650度Mahajan等人/工程科学与技术,国际期刊20(2017)649能量平衡[10]。Jayaramaiah和Fernandes提出了一个滞环电流控制器和两个PI控制器的SEIG电压和频率控制器。电流控制电压源逆变器用于该方案,并且该方案需要启动电池[11]。在所有这些用于从CEIG供应独立AC负载的方案中,采用两个/三个功率转换器级以及诸如电感器和电解电容器的能量存储元件。随着电力电子技术和快速数字控制器的出现,研究人员对开发新的电力电子拓扑以提高性能表现出极大的兴趣[15在这种情况下,MC提出在能量转换系统中,由于紧凑的设计和消除笨重的电容器和电感器。考虑到这些优点,本文尝试采用MC从可变电压源(即CEIG的输出)向独立交流负载供电。MC是一个很好的替代所提出的系统对常用的AC/DC/AC两级功率变换器。独立控制的输出电压的大小,频率和相位角以及输入功率因数是额外的优势,采用MC的建议风能转换系统。闭环控制方案用于保持所需的负载电压幅值和频率已开发的拟议系统和实施使用dSPACE 1103实时控制器板。采用空间矢量脉宽调制技术产生调制函数和门控信号给MC中的功率开关所提出的控制器的另一个这通过仅提供CEIG所需的无功功率来减少励磁电容器的负担。采用粒子群优化(PSO)技术的CEIG-MC系统的性能的预先确定的程序已经开发使用Matlab/Simulink模型的CEIG-MC系统的仿真结果,以及在各种操作条件下的实验的文件,以支持本建议的有用性。建议的系统的详细配置,它的分析,推导等效电阻代表MC供应交流负载在CEIG终端在随后的小节。2. 建议的CEIG-MC系统所提出的系统的完整结构在图中给出。1.一、它由一个原动机驱动的CEIG,MC和直接空间矢量调制(SVM)为基础的控制方案。这里CEIG的输出连接到MC输入端子,AC负载跨接在MC输出端子上独立AC负载的线电压和线电流以及CEIG的电压通过合适的传感器被馈送到基于SVM的闭环控制器在闭环中调节MC的调制指数,以保持负载端子处的期望电压幅值。负载电压被适当地按比例缩小和滤波,以向控制器提供反馈信号。采用基于dSPACE 1103的实时数字控制器板开发了整个闭环控制策略。参考文献[10]中给出了计算电压均方根值的步骤。误差即加法器的输出被提供给数字PI控制器,该数字PI控制器提供调制指数(q),通过该调制指数,MC输出端子处的电压保持恒定。虚拟产生的单位峰值正弦信号(50 Hz)乘以控制信号(即,调制指数)以产生调制信号。该调制信号被提供给SVM,以产生用于MC中来自dSPACE 1103板的PWM信号由ULN 2003 IC放大并提供给MC栅极驱动器电路。3. 矩阵变换器的控制策略矩阵变换器(MC)由m n个双向开关组成,将“m”相电源直接连接对于建议的系统,MC由3 3双向开关(BDS)。任何输入相(A、B和C)与任何输出相(a、b和c)的连接可以通过适当控制这些开关来实现,如图所示。1.一、九个BDS,512(29)对于MC,不同的切换状态是可能的。这些通过考虑约束条件,即(i)输入相不应被短路,以及(ii)输出相不应被断开,开关状态被减少到27(3 ×3)在文献中有各种控制策略可用于操作以恒定AC电压源馈电的MC[21在各种控制技术中,SVM算法与其他调制技术相比具有以下优点:(i)它提供0.866的最大电压比;(ii)它减少了每个周期中开关换向的次数;(iii)它易于实现;(iv)它易于在不平衡条件下操作此外,SVM算法能够独立控制输入电流矢量和输出电压矢量[23]。因此,支持向量机技术已被选择在控制MC的工作在支持向量机技术中,需要选择有效的MC开关状态并计算相应的导通持续时间,以控制MC开关状态。31kvkiqj2p=3bcj2p= 3jo jjao3d-1kvki12q31 kvki1 2Q33S. Mahajan等人 /工程科学与技术,国际期刊20(2017)649-661651Fig. 1.建议的独立CEIG-MC系统的示意图。构造所需的三相输出电压。为此,使用了以下瞬时空间矢量表示[23]:在每个切换周期Tp内。开关周期是通过将零状态应用于剩余的持续时间来完成的。的获得用于切换状态的所需调制占空比Vi1/2。vAB电压j2p=3vBCej2p=3CAjvijejai1使用[24]如下:V2.veve2vve2CA公司a~o-ppastorcos.b~i-p3其中αi、αo是所需的输入和输出电压角。因为我使用(1)和(2),对有效的27个开关状态进行分类公司a~o-ppastorcos.b~ip1kvkiq分成三组。 第一组形成六个旋转矢量,固定大小和可变角度。 这六种转换状态在实现SVM技术时不使用第二组形式DII22019- 04- 2310:00:003 3因为我ð4Þ十八个旋转矢量,具有固定的角度和可变的大小。cos. 我也是。b~i-p这些开关状态的大小取决于瞬时输出线电流和输入线电压的值。第三组由三个零输出向量组成,它们确定dIII22019- 04-2310:00:003 3因为我ð5Þ零输出电压和输入电流矢量。 总而言之,使用27个有效开关状态中的21个有效开关状态公司a~opuzzopuzzos.b~ip用于实现SVM技术。四、第3页因为我支持向量机算法的工作是基于四个活跃状态的选择和适当的时间持续时间,他们被应用d0¼1-1dII dIIdIIIdIVd 7 d矩阵变换器S11S12下午原动电容励磁感应发电机一IGBCS13S21S22230V RMS值常数f=50Hz的三相交流负载机械耦合CCiCB我IA的31的vbcvabCvABS33电压传感器输入电流传感器SKY PER 32 PRO R栅极驱动器电路相电压估计发电机频率估计SVM0我输入电流矢量角和扇区估计矩阵变换器控制信号活跃状态顺序测定4 Active和1个零开关状态选择Vrms计算Voact(RMS)–Voref230VPI控制器电压控制器三角波工作状态输出电压矢量角和扇区估计vabvbcforef=50HzqdSPACE 1103电压传感器定时计算数字LPFADCDSPACE闭环控制器o¼阿卜ð3ÞDð6ÞX一R 一12C一e一一a-BR2 X2啪啪啪啪南652号Mahajan等人/工程科学与技术,国际期刊20(2017)649输出电压扇区由k v= 1,2,.. . ,6,并且输入电流扇区由Ki=1,2,. . . ,6. a~0和b~1是相对于相应扇区的平分线测量的输出电压和输入电流相位角,并且它们根据输出电压和输入电流扇区而不同于a ~0和b~ 1。在这些等式中,以下角度限制适用:-66a~066和-66b~i66在任何采样时刻,参考量,即要定义输入电流位移角(μi)和输出电压矢量。在所提出的控制方案中,输入电流位移角为零(ui=0),使单位位移功率因数保持在MC输入端子。4. 拟议系统的稳态分析在CEIG独立运行时,定子电压的幅值和频率将随原动机转速、电容值和负载参数而变化。因此,三相感应电机的稳态等效电路已被适当修改,以包括频率的这种可变性质,所得等效电路如图2[25在该电路中,所有参数均除以a,以便在额定频率下获得的电机、电容和负载的磁化特性(E/avs Xm)和电抗值可用于稳态分析。对于图2所示的电路,环路阻抗Z可以写为:Z¼。你知道吗?R1jX。jXmllelR2jX8由于没有电压施加到定子,只有转子残余即对于给定的b值,激励电容器和负载参数以及电机参数。为了确定这些未知变量,(8)的实部和无功部分分别等于零,然后进行冗长的推导,即p.u.当p.u.速度(b)被视为已知参数[25 然后,采用一些数值方法求解该多项式,得到a和Xm。最近,有人提出了更简单的方法,一些作者利用优化技术对CEIG进行了分析[26这种方法的优点是,(8)中给出的回路阻抗可以直接采用并求解,无需任何冗长的推导或简化[26本文采用粒子群优化技术,以回路阻抗为目标函数,对给定的b值、电机参数、励磁参数和负载参数,求出a和Xm的值。fa;Xm1/2 absZ 9其中Z在(8)中给出图10的流程图中给出了使用(9)中给出的目标函数确定a和Xm所涉及的步骤顺序。3.第三章。应该注意的是,通过PSO技术,目标函数的最终值将因此,对于使用该技术的任何操作条件,获得的值,即a和Xm通过粒子群优化算法得到给定b值时的a值和 Xm 值,再由CEIG的E/aVsXm然后,使用图2所示的等效电路,CEIG的负载电压和功率输出可以计算为[26]()下一页VgPLL2E102磁力导致CEIG中产生电动势。因此,参考图2,对于任何操作点,将存在负载电压和伏特。fR1=a RLgX1- XL老化,但净回路电压将为零。因此,如果Z是净复回路阻抗,如并且I是图2中所示的回路电流,则I和Z的乘积可以等于零,即,IZ =0。从现在起,我必须是有限的IP¼ VgP=Re和Pe¼ 3VgP IP11V哪里值在任何稳态工作点,只有Z的值必须是零。这是可能的,因为Z包含电感和RL¼ReX22和XL¼R2 XC容性电抗及正负等值a½a2ReXC]1/2a2R2XC]{i.e.、R2/(a-b)}。对于图2所示的电路,a、b和Xm的值是未知的,其余参数是已知的,并且假定为常数,以进行CEIG的稳态分析。因此,CEIG稳态分析的第一步是确定给定操作条件下的这些未知参数,从(8)、(10)和(11)中可以看出,进行稳态分析需要发电机端的有效电阻值Re。因此,通过MC提供给独立交流负载的功率应在发电机的输出端子处得到适当的反映,下一小节将描述获得这种等效1jX2jX1R1/a23R2ajXmE/a我 JC2e/VgP一图二.带负载CEIG的等效电路。所有参数均参考定子侧和额定频率下的电抗I:回路电流、①感应发电机、②励磁电容和③等效负载电阻。1个= 2个1/4eReffiffiffiffiffiffiS. Mahajan等人 /工程科学与技术,国际期刊20(2017)649-661653图3.第三章。用于计算所提出的系统在MC输出端子处维持恒定AC负载电压的性能的流程图VMr:MC输出端子所需的线电压,Pbest:单个最佳位置。5. CEIG端子在所提出的CEIG-MC系统中,通过闭环控制器在MC输入端子处保持单位位移因此,CEIG端子处的交流负载的等效性可以用等效电阻Re表示RVgPIp1发电机向MC输送的功率为V2PG Ip1/3gPð14Þð15Þ并且该估计的过程如下所示:设MC输入端的电压和电流的基波同相分量为:vgP ¼p2VgP sinxt12 Ω和ip1¼p2Ip1 sinx t13然后,发电机端每相的等效电阻为MC输出端的每相负载电压为VMP¼qVgP16V其中q是电压传输比假设MC中有10%的损耗,发电机端的功率可写为:Pg¼1: 1PL17mm其中,负载功率PL<$3VMP Io1 cosuLRL-MMMPL= 1 kWP L=1.5kW PL= 2kW PL= 2.5kW计算PL=1kW PL=1.5kW PL=2kW PL=2.5kW定子线电压,V矩阵转换器输入电流,A南654号Mahajan等人/工程科学与技术,国际期刊20(2017)6493V2对于电阻性负载;PL<$3VMP Io1<$4MPð18Þ然后利用曲线拟合的方法,得到了实验机的(E/a)与Xm替代Pg从(15)和PL从(18)到(17),表示为以下多项式:CEIG输出端的电阻可以表示为E=a¼-296: 35× 10-10 X6 759: 97× 10-8 X5- 784: 84× 10-6 X4RRL2019年12月20日星期四上午10:00× 10-3 X3- 111:07× 10-2 X2小时 12: 94X米 245: 92e¼1: 1q2从(19)式可以看出,给出所需恒定负载电压(VMr)的电压传递比q在预定过程开始时将是未知量。因此,采用迭代过程,直到预定负载电压V_ML变得等于如图1所示的所需电压V_Mr。3.第三章。在此,假设q的初始值用于计算。拉廷河然后用粒子群算法计算a、 Xm和 VgP。然后,确定VML(=p3VMP)并验证其是否为等于V先生。如果不相等,则在外环中,电压传递比被适当地递增或递减,并且重复内环计算。因此,在计算的嵌套循环中,|V先生VM L|收敛到0.1时,计算了给定速度和负载的CEIG-MC系统的系统性能。6. 实验研究为了演示所提出的系统的工作,使用三相、4极、230 V、50 Hz(1 p.u.频率),3.7千瓦,三角形连接的鼠笼式感应电机与励磁电容器的100米 F每相已被认为是。这个的参数电机在额定频率为50 Hz时,R1= 1.30X,R2= 1.75X,X1=X2= 2.6X。 为了获得的磁化特性的在CEIG中,以1500 rpm(b= 1 p.u.对于该速度下的4极电机),并且电机从额定频率为50 Hz(a= 1 p.u.)[28].针对每个输入电压测量输入电流。在这种情况下,感应电机的等效电路将只有定子绕组元件(即R1+jX1)与Xm串联。然后,感应电动势、E和Xm计算为:E¼Vin-Iin100000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000式中,Vin– per phase statorXm¼ E= I(单位:μ 21μ m)M mð22Þ6.1. CEIG自激过程已知的是,对于给定的负载和速度,发电机将仅在给定的终端电容范围最小值和最大值(Cmin和Cmax)之间[30在这两个边界值处,发电机的磁化电抗将达到称为临界磁化电抗(Xmc)的最高值对于给定的机器,对于给定的单位频率a,可以获得对应于Cmin和Cmax的两个XC值然后,使用基频(即,在当前情况下为50 Hz),可以计算电容值Cmin和Cmax对于所选的230 V,3.7 kW,4极,50 Hz鼠笼式感应电机,计算了Cmin和Cmax分别为941F和5551F。励磁最大值电容,Cmax将导致更高的饱和度,由于励磁电容器导致发电机过载图五、CEIG-MC系统变速运行的性能C = 100mF,VML = 230 V,50 Hz。3001500-150-3000定子线电压,V12345 678 91020100-10-200或123456 7 8 910一t,enRRCue在L不Sta定子线电压,V电压轴:350 V/div定子线电流,A电流轴:50 A/div时间轴:1秒/格时间,秒模拟结果实验结果图四、CEIG的电压建立过程。 N=1500rpm,C=100lF/阶段。S. Mahajan等人 /工程科学与技术,国际期刊20(2017)649-661655目前独自。因此,激励电容将被选择为接近下边界,即,Cmin.在本例中,励磁电容值选择为每相100mF,使电机在额定转速下提供额定功率,这也保证了发电机的电压稳定性。直流电动机被用作原动机,以设置任何所需的操作速度。为了显示CEIG的成功电压建立,使用100mF电容器,发电机使用直流电机以1500 rpm旋转,然后闭合励磁电容器组。利用数字示波器记录定子电压和电流的瞬时值,图4给出了最终结果以及MATLAB仿真结果。6.2. 实验装置一个原型模型已经在实验室中建立,以说明图1所示的拟议系统的闭 环 操 作 。 MC 是 使 用 赛 米 控 制 造 的 IGBT 模 块 ( MD B6 CI800/415- 30 F)以及栅极驱动器电路构建的采用DS1103 PowerPC处理器板,见图6。恒速运行时CEIG-MC系统的性能。N = 1500 rpm,C = 100m F,VML = 230 V(50 Hz)。a)输出功率、等效电阻和定子电压随矩阵变换器输入电流的变化。b)频率、磁化电抗和定子电流相对于矩阵变换器输入电流的变化。南纬656号Mahajan等人/工程科学与技术,国际期刊20(2017)649表1恒速运行(N = 1500 rpm,C = 100m F)。交流负载功率(PL),WVML,VVgP,VIs,Afg,HzRe,XCal.Exp.Cal.Exp.Cal.Exp.Cal.1000250274272151449.3848.39208230274272151449.3848.39208210274272151449.3848.392082500250253251141348.4947.5270230253251141348.4947.5270210253251141348.4947.5270校准-计算,失效–图7.第一次会议。动态响应阶跃变化的负载C = 100米 F,N = 1500转/分。a)tlc:负载从0.88kW开始变化到1.3kW的时刻b)PL= 0.88 kW时负载电流和负载电压的放大波形S. Mahajan等人 /工程科学与技术,国际期刊20(2017)649-661657闭环控制器。DS 1103板的优点是利用Matlab/Simu-link工具箱对功率变换器进行实时控制。此外,dSPACE的Control Desk软件还提供仪表、参数化、测量和闭环控制功能[33]。图1中给出的控制算法首先在Matlab/Simulink工具箱中进行了建模。然后,使用Matlab中提供的实时车间(RTW)进行编译,生成适合操作dSPACE 1103板的适当代码。LEM使电压和电流传感器用于感测图1所示的各个点处的电压和电流。在将这些信号提供给基于dSPACE的闭环控制器之前,会对其进行适当的缩减。控制器的输出是SVPWM脉冲,这些脉冲由ULN 2003 IC放大并提供给MC的栅极驱动电路。6.3. 结果和讨论为了显示所开发的控制器的功效,针对各种操作条件进行了实验,并且在以下子部分中讨论了这些结果以及预定值。6.3.1. 稳态运行实验已经进行了建议CEIG-MC系统提供恒定的负载功率,通过操作发电机与不同的转子速度和结果在图5中给出。负载电压通过基于dSPACE的闭环控制器保持在230 V ± 2%。图中还给出了使用第4节中所述的预定程序计算的值。从图5中可以看出,对于给定的负载,定子电压随着速度而减小,并且工作速度范围随着负载功率的增加而减小。为了保持负载恒定,MC的输入电流随着速度的降低而增加。如果速度降低到某个值以下,发电机将停止励磁,因此,在某个值以下无法提供恒定功率固定激励电容器的速度。实验还进行了拟议的系统,用于提供可变负载功率,通过操作发电机以1500转/分的恒定速度。在该实验中,负载电压也保持不变在230 V和结果提供图。 6与预测值。从该图中可以看出,定子电压随着负载的增加而降低。尽管转子速度恒定,但频率随输出功率的增加而降低。这表明CEIG的发电机频率不仅取决于转子速度,而且还取决于负载、励磁电容和机器参数。该图还给出了负载功率、等效电阻(Re)、励磁电抗和定子线电流随矩阵变换器输入电流的变化规律。所提出的系统的性能已被检查为恒定的负载功率与不同的设定值的交流负载电压的恒速操作。表1显示了系统在三种不同负载电压下的性能,即在1500 rpm时两种不同负载设置下的250 V、230V和210 V有趣的是,对于给定的速度和负载功率,不同的负载电压,系统性能是相同的。这是因为这些设置的等效负载电阻Re是相同的。例如,对于PL= 1 kW,对于任何负载电压设置,Re的预定值为208X6.3.2. 动态性能为了验证所提出的系统和闭环控制器的成功工作,实验和仿真已经进行了一定的负载,速度和参考输出电压的阶跃变化。在每种情况下,实验记录的波形定子线电压,MC输入电流,负载电压(及其基本),负载电流和负载电压的均方根值以及仿真波形。(i) 无过滤器图7示出了从0.88 kW到1.3 kW的负载阶跃变化在这个实验中,图8.第八条。从1300 rpm到1500 rpm的速度阶跃变化的动态响应,C = 100m F,PL= 1.2 kW,tsc:开始速度变化的瞬间C一G Btcr模拟定子线电压,V 500 V/div矩阵转换器输入电流,A 5A/div负载电压及其(基波),V 500 V/div负载电流,A5A/div负载电压(rms),V 150 V/div时间轴:40毫秒/格tcr实验输入滤波输出滤波器下我矩阵变换器三相交流负载MCMC-机械耦合PM-原动机CC控制器南纬658号Mahajan等人/工程科学与技术,国际期刊20(2017)649见图9。 参考电压(VML)从230 V到200 V阶跃变化的动态响应,C = 100m F,N = 1500 rpm,PL = 1.2 kW,tcr:参考电压变化的瞬间电压启动。见图10。建议的带过滤器的独立CEIG-MC系统的示意图。发电机转速为1500 rpm,每相励磁容量为100mF,参考电压和频率分别设定为230 V和50 Hz。从该图中可以观察到,对于阶跃变化,随着MC输入电流从2.4 A增加到3.6 A,定子端电压从234 V降低到229 V在加载中。此外,MC在0.88 kW时提供2.2 A,并且它增加到3.4 A当负载增加到1.3千瓦和闭环控制器保持230 V,50 Hz的负载终端。图8b示出了用于将负载电压和负载电流波形放大的图。负载为0.88 kW。对于1300至1500 rpm的速度阶跃变化进行了实验,以获得恒定的负载:1.2 kW,结果与相应的模拟结果一起在图8在实验装置中,原动机即他激直流电动机的速度通过突然降低其励磁电流来改变。从该图中可以观察到,随着速度的增加,定子端电压从215 V增加到234 V,频率从42.08 Hz增加到49.23 Hz,但是控制器将负载电压和频率保持在设定值,即,230 V,50 Hz。MC输入电流从3.5 A降至3 A,以提供此恒定功率,即,1.2千瓦。为了检验控制器的有效性和鲁棒性,实验已经进行了参考负载电压(rms)的阶跃变化。最初,负载电压基准被设定为230 V,通过保持转速为1500 rpm,负载频率为50 Hz,该值突然变为200 V。从图9中可以注意到,闭环控制器成功地操作用于在一个周期内跟踪负载电压的这些设定值,并且对于两个设定都将频率保持在50 Hz这表明所提出的CEIG-MC系统的电压幅值和频率的独立控制该操作的模拟结果也在图中给出。9.第九条。(ii) 带过滤器的该系统的性能也进行了研究与过滤器,如图所示。 10个。对于仿真,输入滤波器使用L = 2mH和C = 2mF,输出滤波器使用这些值为10mH和5mF 对不同的工作条件进行了模拟,为简洁起见,结果如图所示。 11、负载的阶跃变化从该图中可以注意到,在各个点处的电压和电流是正弦的,S. Mahajan等人 /工程科学与技术,国际期刊20(2017)649-661659图十一岁带滤波器的负载阶跃变化动态响应C = 100mF,N = 1500 rpm,tlc:负载从(a)0.88 kW变化到1.3 kW和(b)1.3 kW变化到0.88 kW的瞬间a B图12个。负载电流波形及其谐波频谱(a)无滤波器和(b)有滤波器。N = 1500 rpm,C = 100m F,PL = 1.2 kW,VML = 230 V,50 Hz。南纬660号Mahajan等人/工程科学与技术,国际期刊20(2017)649图中给出的无过滤器的过滤器。7.第一次会议。 图图12示出了带和不带滤波器的负载电流波形和相应的THD。因此,通过使用非常小的滤波器元件值,THD可以降低到非常低的值,并且根据谐波标准,该值在可接受的限值内。7. 结论研究了CEIG通过矩阵变换器(MC)为交流负载供电的独立系统的工作原理,并采用空间矢量调制(SVM)控制策略通过在感应电机的定子端连接交流电容器,获得了所提出的系统的IG的自励磁采用支持向量机技术设计了一种闭环控制器,使独立负载端的电压和频率设定值不受异步发电机转速和负载值的影响。支持向量机技术可以简单地将MC的输入功率因数设置为任意期望值因此,有减少的负担,对激励电容器组,MC的输入位移功率因数保持在统一的这种技术。这使得有效负载(即, MC 连同负载)作为唯一的电阻(Re)。本文介绍了计算这种等效性的方法基于SVM的闭环控制器已使用dSPACE 1103实时控制器板实现一个系统的方法已经开发的CEIG-MC系统提供独立的交流负载的分析 。 该 方 法 涉 及 到 CEIG 的 稳 态 等 效 电 路 和 PSO 技 术 。 利 用MATLAB/Simulink工具箱对该系统进行了瞬态仿真分析。各种性能量的仿真结果以及预定的perfor- mance特性证实了开发的控制器的成功工作和所提出的系统的实用性。应注意,本独立CEIG-MC系统将具有AC负载端子处的电压谐波和发电机端子处的电流谐波。因此,一个合适的滤波电路是必不可少的,以改善波形的质量。这些方面也在本文中进行了讨论。为了证明所提出的控制策略的有效性和所提出的系统的良好工作,在实验室中组装了完整的实验装置。原型系统已在各种稳态和瞬态操作条件下进行了测试。从具有三相三角形连接的230 V、50 Hz、3.7 kWIG的实验装置获得的结果表明,所提出的系统能够有效地将负载电压调节在设定值,而不管原动机速度和负载的变化。实验和预定的特性之间的密切协议证明了成功的系统工作,并验证了开发的性能预定的方法。确认作者希望感谢印度Tiruchirappalli国家技术研究所当局为编写本文提供的实验和模拟工作所提供的所有设施。引用[1] R.C. 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