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中国设备工程 2021.05 (下)
1 前言
电流型trans-准Z 源逆变器是一种具有具有能量双向流动及升-降压功能的单级逆变器。它不仅能降低元器件数量，而且可以通过耦合电感提高输出电压范围，具有更高的可靠性、效率和功率密度等优点。
目前，逆变器的调制方法大致可分为基于载波的规则采样法(PWM)和SVPWM 法，用于电流型逆变器(CSI)调制方法有不连续脉宽调制、SPWM 法和SVPWM 法等。文献[10]分析了在不同SVPWM 开关序列时电流型准Z 源逆变器的损耗，并从中选出输出电流THD 最小的序列，但是，该序列在升压和降压状态时间过于集中，此时，直流电感体积较大，且开路状态时需将所有开关均断开，增加了开关频率。
本文针对电流型trans-准Z 源逆变器对SVPWM 从调制序列和开路状态开关矢量两个方面进行优化，在文献[11]基础上提出了一种优化SVPWM 序列，同时，将开路电流零矢量进行优化，由传统的一个增加至6个，通过选定每个扇区内开路零状态和短路零状态的电流矢量使得降压状态时，每两个不同的状态之间转换时只有一个开关动作，减小直流电感纹波，优化电流型Trans-准Z 源逆变器直流电感纹波，同时，减小
了输出电流降压模式下的THD。2 电流型trans-准ZSI 调制策略
电流型trans-准Z 源逆变器直流侧等效电路如图1，作为车用逆变器时，能实现降压、升压和能量回馈三种模式。当处于升压模式时，D op =0此时二极管D 截止，V pn -0能量正向流动。当处于降压模式时，0＜D op ＜D o ，V pn ＞0时能量由电源经逆变器提供给负载。当处于能量回馈模式时，V pn ＜0负载功率因数COS φ＜0，负载侧等效为发电机，从而实现能量反向流动，电流型Trans-准ZSI 结构图如图1所示。
电流型逆变器的SVPWM 调制通过α-β坐标平面已知基本电流矢量合成来逼近电流空间矢量，具有低开关次数，电流利用率高，较好的谐波抑制效果和易于数字化实现的特点而被广泛运用。传统电流型准Z 源SVPWM 调制总共对应了10种不同的开关状态，各开关状态分别对应不同的电流矢量。
当升压状态时，此时，逆变器只有有效状态和短路状态。主要存在表1所示3种开关序列。
浅析电流型trans-准Z 源逆变器的优化SVPWM 调制策略
唐心柳，翁创业
（武汉地铁集团有限公司，湖北 武汉 430030）
摘要：为减少电流型trans-准Z 源逆变器输出电流波形总谐波畸变率，提出了一种新的优化SVPWM 调制策略。该策略将电流型 trans-Z 源逆变器降压状态一个开关周期分为13个时间块，并对电流矢量进行拓展，增加了6种开路零矢量，通过定义每个扇区内开路零状态和短路零状态的时间，以及将短路零状态、开路零状态、有效状态1、有效状态2这4种状态进行合理分布，减小直流侧电感电流纹波，提升输出电流波形质量，保证降压状态时每两个不同的状态之间转换时只有一个开关动作。仿真结果表明，在开路占空比为 0.25时输出波形总谐波畸变率为3.5%，较传统交替对称序列减少了36%。
关键词：电流源；trans-准Z 源逆变器；SVPWM 调制；优化设计
中图分类号：U231.1 文献标识码：A 文章编号：
1671-0711（2021）05（下）-0116-03
图1 电流型trans-准Z 源逆变器结构图
表1 升压开关序列
编号
开关序列
1012012t t t t t t −−−−−2012210t t t t t t −−−−−3
102201
t t t t t t −−−−−表2 降压状态开关序列
类型开关序列
序列I 012012op op t t t t t t t t −−−−−−−序列II 012210op op
t t t t t t t t −−−−−−−序列III
102201/4/2/4
op
op op t t t t t t t t t −−−−−−−−在升压模式下，t o 为短路时间段，当L 不变短路时间t o
大时电感升压纹波电流Δi L _boost 增大，在开路时间t op 增大时，电感降压纹波Δi L _buck 也增大，故理减小短路时间段和开路时间段的长度能够有效减少电流纹波。在一个载波周期内，当改变开关序列，将T O 和T OP 拆分为小部分插入到开关序列中能够改变的大小从而改变电感L 电流纹波的大小，当V L 不变时，相同的电感L 和调制因子m 的情况下电感电流纹波幅值Δi L _max_bo 随t o _max 值增大而增大。3 优化SVPWM 调制策略
由电感伏秒平衡，在电流型准Z 源逆变器中四种开关状态对应的时间T 1、T 2、T 0和T op 在一个开关周期内任意排列顺序都不会影响输出电流有效值。但实际上开关序列的改变影响着开关损耗、电感电流纹波和输出电流谐波。逆变器工作于第I 扇区时，表３中三种开关序列时母线电压和直流母
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中国设备工程C h i n a P l a n t E n g i n e e r i n
g
中国设备工程 2021.05 （下）线电感纹波如图2
所示。
(a)
升压状态
(b)降压状态
图2 I 扇区不同开关序列母线电压和直流电感电流纹波
上述分析可以看出，减小t o _max 能够减小电感电流纹波的幅值，为减小电流纹波，从而改善输出特性，在已有的开关序列的基础上将T O 和T OP 细分为几个小部分，从而减小t o _max 和t op _max 。针对此思路提出在升压状态时，将短路零状态分为3份，优化升压序列改进为：t 0_t 1_t 2_t 0_t 2_t 1_t 0；在降压状态时将开路时间等分为6份插入开关状态之间，此时，降压序列为：t op /2_t o _t op _t 1_t op _t 2_t op _t o _t op _t 2_t op _t 1_t op _t o _t op /2，如图3所示。
在上述开关序列基础上，将开关状态S k 由原有的-1、1、0三种状态增加为-1、1、0、D 四种状态。同时，将开路
零状态细分为6个开路零矢量如表6中的10I 、11I 、12I 、13I 、14I 、15I
，根据各个扇区两种有效状态时开关矢量的
特点，选择对应的短路开关矢量和开路开关矢量，使每次状态改变只有一个开关动作。开关矢量选择如表3。4 仿真与结果分析
使用Matlab/Simulink 搭建电流型trans-准Z 源逆变器仿真模型（如图4所示），分别采用非对称序列、非交替对称序列、交替对称序列和优化序列进行仿真比较。直流侧电压V dc 为78V，直流电感L dc 为1mH，变压器的变比n 为
2，电感L m 为207μH ，电容C 1为100μF ，阻感负载L load 为646μH ，电阻R 为1Ω，功率因素为0.98，交流侧滤波电容为30μF 。载波频率为
10kHz。
图3 I 区优化序列开关序列图
表3 开路状态优化后各扇区对应状态的电流矢量及对应的开关状态扇区有效状态1
有效状态2
开路状态
短路状态
I
6(1-10)I ，1(10-1)I ，10(100)I
，7(,0,0)I D
II
1(1,0,1)I −
2(01-1)I
，
11(00-1)I
，9(0,0,)I D
III
2(01-1)I
，3(-110)I
，12(010)I
，8(,0,0)I D
IV 3(-110)I
，4(-101)
I
，13(-1,00)I
，
8(,0,0)I D
V (-101)
I
，(0-11)I
，14(001)
I
，9(0,0,)I D
VI
5(0-11)I
，6(1-10)
I ，(0-1,0)I
，
7(,0,0)
I D
(a)
一次回路仿真模型
(b)控制模块仿真模型
图4 Matlab/Simulink 仿真模型
图5为四种不同开关序列输出相电流i a 的THD 随开路占空比D OP 增大时的变化曲线。
通过对四种序列对比分析表明：在相同D OP 时，不同序列在相同开路占空比下THD 不同，优化SVPWM 序列在D OP 增大过程中i a THD 增幅相对较小，降压稳定性较好。5 结语
本文在对电流型trans-准Z 源逆变器传统SVPWM 调制方式下直流侧电流纹波的分析基础上，提出了改进型SVPWM 调制方法，采用t 0-t op -t 1-t op -t 2-t op -2t 0-t op -t 2-t op -t 1-t op -t 0的时间序列，与传统电流型逆变器SVPWM
调制相比，将一
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中国设备工程 2021.05 (下)
双螺杆挤出机常用于ABS 塑料生产加工中，在实际加工生产过程中，双螺杆挤出机利用自身优势性能，提高了物料资源的利用率，减少挤出机内部的物料残留量。基于生产加工规模不断扩大，橡胶生产加工
行业对双螺杆挤出机自身的工艺性能提出更高层次的要求，因此，相关研究人员，通过优化改进双螺杆挤出生产工艺，期望提高产品生产加工质量，推进挤出机生产工艺进步。1 双螺杆挤出机工艺性能分析1.1 输送原理
单螺杆输送机理，基于摩擦和黏性拖曳输送，固体加料段是摩擦输送、熔体是摩擦和粘性拖曳输送，双螺杆输送机理是强制输送；非啮合型双螺杆在实际工作过程中，不能成
双螺杆挤出机生产工艺改进研究
么迎辉，冯永红，吴海军
（吉化辽源化工有限责任公司，吉林 辽源 136200）
摘要：双螺杆挤压机较比单螺杆挤出机性能高，有效提高了物料加工生产效率，提升产品生产质量，提高物料资源利用率，实现资源优化配置，相关人员通过改进双螺杆挤出机生产工艺，优化了挤出机性能，提高了生产加工效率，基于此，本文就双螺杆挤出机工艺性能进行分析，重点探究双螺杆挤出机生产工艺改进方法，确保在生产工艺改进的技术上，提高挤出机工作速率，优化加工产品质量。
关键词：双螺杆；挤出机；生产工艺
中图分类号：TQ320.52 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2021）05（下）-0118-02
汽车逆变器
形为封闭以及半封闭的型腔，不具备正位移输送条件，在输送机理上单双螺杆相似；啮合型双螺杆可成型为封闭或者半封闭的型腔，具备正位移输送条件，且输送程度与型腔封闭程度有较强的关联性。就双螺杆运行方式看，需要依靠螺套推进物料、捏合块混炼，通常将推进物料、捏合块混炼质量和效率作为评定双螺杆使用性能的重要指标。双螺杆挤出机在实际运行过程中，螺杆在机筒内转动并与物料产生一定的摩擦力，保持物料持续推进，异向挤出机主要设计成螺纹式，两杆之间的间隙越小，剪切的速率会越大，分散混合效果好；反之，间隙越大，剪切速率随之越小，物料的通过量越大，分布混合效果好；同时，在输送物料过程中，支持定量加料，并合理控制物料的塑化情况；通过加设排气口，保证气体向个载波周期内短路和开路时间进行了细分，使得电感电流纹波减少，从而减小了所需无源器件的体积，减小了降压状态时输出相电流THD，在原桥臂0、-1、1开关状态的基础上增加了短路D 状态，使各开关状态更为明确地表示，并针对各个扇区有效矢量不同选择相应的开路零矢量和短路零矢量，减少开关频率。结果表明，对于电流型trans-准Z，在D OP =0.25时，采用优化序列时输出电流i a 总畸变率比交替对称序列低36%。
参考文献：
[1]Qian W, Peng F Z, Cha H. Trans-Z-Source Inverters[J]. Power Electronics IEEE Transactions on, 2010, 26(12):3453-3463.
[2]Li D, Loh P C, Zhu M, et al. Cascaded Multi-cell Trans-Z-Source Inverters [J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2013, 28(2):826-836.
[3]郭强, 刘和平, 彭东林. 电动汽车用高性能电流型trans-Z 源逆变器特性研究[J]. 电机与控制学报, 2015, 19(5):74-80.
[4]王鹤霖, 程启明, 郭凯等. 电流型PWM 整流器的SVPWM 控制及仿真研究[J]. 自动化仪表, 2016, 37(1):16-20.
[5]Espinoza J R, Joos G. Current-source converter on-line pattern generator switching frequency minimization[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 1997, 44(2):198-206.
[6]Bai Z, Ruan X, Zhang Z. A Generic Six-Step Direct PWM (SS-DPWM) Scheme for Current Source Converter[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2010, 25(3):659-666.
[7]Ojo O, Vanaparthy S. Carrier-based discontinuous PWM modulation for current source converters[C]// Industry Applications Conference, 2004. Ias Meeting. Conference Record of the. IEEE, 2004:2224-2231 vol.4.
[8]Kolar J W, Ertl H, Zach F C. Influence of the modulation method on the conduction and switching losses of a PWM converter system[J]. Industry Applications IEEE Transactions on, 1991, 27(6):1063-1075.
[9]Perruchoud P J P, Pinewski P J. Power losses for space vector modulation techniques[C]// Power Electronics in Transportation. IEEE Xplore, 1996:167-173.
[10]Zhang Y, Ma X, Liu J, et al. An Improved Control Strategy for Z-source Inverter with Maximum Boost Capability and Minimum Switching Frequency[J]. Icpe 논문집, 2015.
[11]Lei Q, Cao D, Peng F Z. Novel Loss and Harmonic Minimized Vector Modulation for a Current-Fed Quasi-Z-Source Inverter in HEV Motor Drive Application[J]. Power Electronics IEEE Transactions on, 2014, 29(3):1344-1357.
[12]周卫平, 吴正国, 唐劲松等. SVPWM 的等效算法及SVPWM 与SPWM 的本质联系[J]. 中国电机工程学报
, 2006, 26(2):133-137.
图5 四种开关序列i a 的THD 随开路占空比D OP
变化图
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