基于无电解电容功率变换器的永磁电机驱动系统研究

作     者：段璐瑶 

作者单位：江苏大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张超

授予年度：2020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：无电解电容 同步旋转滤波器 SOGI 无位置传感器控制 直流母线电压波动 

摘      要：永磁同步电机具有高功率密度、高效率以及较为优异的控制性能,受到广泛关注。永磁同步电机驱动系统直流侧通常采用电解电容稳定母线电压波动,但是大容量电解电容存在寿命短、电解液易挥发等缺陷,所以,本文选用薄膜电容解决上述问题。再者,为了能够使永磁同步电机应用在更多恶劣的场合,采用无位置传感器控制技术更加可靠的获取转子位置信息。为抑制无电解电容驱动系统中母线直流电压波动及提高网侧功率因数,本文研究一种新型功率解耦电路;针对无电解电容驱动系统降低无位置传感器观测精度,本文提出两种改进控制策略。主要研究如下:首先,介绍永磁同步电机转子结构;详细阐述各坐标系下的永磁同步电机数学模型以及坐标变换理论;然后简要介绍永磁同步电机空间矢量控制原理,并阐述转速及电流环控制器的调试方法,为后续章节奠定基础。其次,分别从无电解电容驱动系统功率特性、功率因数与直流母线电压波动关系以及母线电压波动对无位置传感器控制技术的影响三个方面详细介绍无电解电容驱动系统相关特性。本文研究一种新型无电解电容功率解耦电路,实现提高驱动系统输入侧功率因数及降低母线电压波动,并详细阐述该拓扑的工作原理、工作模态,并对关键器件选型给出整定计算依据。再次,将滑模变结构控制引入传统永磁同步电机驱动系统控制,构建滑模观测器并通过锁相环估算转子位置信息。针对无电解电容驱动系统对无位置传感器控制技术的影响,提出使用延时滤波器结合同步旋转滤波器的改进滑模观测器。为简化滤波环节,经过深入的研究,本文又提出基于SOGI的改进滑模观测器。最后,为验证理论的可行性,搭建无电解电容驱动系统实验平台。从驱动电路、位置检测电路、电压、电流检测电路等介绍实验平台硬件部分的搭建;软件部分介绍了系统主程序流程图、PWM中断服务流程图及各子程序流程图,通过仿真和实验验证本文研究的新型拓扑结构及改进无位置传感器控制的可行性。