低母线电压脉动无电解电容驱动系统拓扑及控制策略研究

作     者：朱克松 

作者单位：江苏大学 

学位级别：硕士

导师姓名：全力

授予年度：2019年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：永磁同步电机 功率因数 PIR控制器 无电解电容 低直流母线电压脉动 

摘      要：永磁同步电机因具有功率密度大、调速范围宽、结构简单等优势在航空航天、工业生产、家用电器等诸多领域得到广泛运用。然而,传统电机驱动系统由于使用大容量电解电容而存在寿命短、可靠性低和功率密度低等缺点,现代电机驱动系统高可靠性、长寿命的发展趋势。无电解电容电机驱动系统能够有效解决上述问题,但是由于直流母线电容容值大幅度降低,一方面会导致系统电网侧功率因数较低;另一方面会引起直流母线电压波动,从而给电机带来显著的转矩脉动,这将会限制无电解电容驱动系统在高性能场合中的应用。针对当前无电解电容系统存在的不足,本文从控制策略与拓扑结构两个方面对系统进行改进以优化系统性能,使无电解电容系统在获得电网侧高功率因数的基础上有效降低电机的转矩脉动。论文主要工作如下:首先,针对无电解电容拓扑结构中存在功率因数低的问题,研究基于逆变器功率的无电解电容高功率因数控制策略。通过分析电网侧电流与逆变器功率之间的关系,阐述系统获得高功率因数的条件,提出了一种基于比例积分谐振(PIR)控制器的功率控制算法。在保证电机正常调速的情况下,通过采用PIR控制器对逆变器功率进行快速跟踪,解决了传统PI控制器难以跟踪正弦信号以及PR控制器衰减直流信号的问题,可以有效提高系统的功率因数,降低电网侧电流的谐波含量。其次,本文针对直流母线电压引起电机转矩脉动大的问题,提出了一种新型无电解电容驱动系统的拓扑结构。通过在不可控二极管整流单元与三相电压源逆变单元中间增添解耦单元,实现对电网脉动功率的缓冲,能够有效降低直流母线端的电压脉动,从而有效减小电机转矩脉动。文中详尽分析了电路的工作模态,并在此基础上提出了相对应的控制策略,推导出系统关键器件的选取。最后,在理论分析和仿真验证的基础上,搭建了以TMS320F28335为主控芯片的无电解电容驱动系统实验平台并开展验证性实验。结果表明,本文提出的新型无电解电容电机驱动系统能够获得较高的功率因数、低谐波含量的电网电流,并有效降低电机的转矩脉动,有利于无电解电容系统在高性能场合的应用。