无电解电容永磁同步电机驱动系统控制策略研究

作     者：陈鼎新 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：罗慧

授予年度：2022年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：无电解电容 永磁同步电机 高功率因数 谐振抑制 

摘      要：空调设备已逐渐成为人们生活中的必备电器。在空调压缩机的变频调速系统中,常用铝电解电容作为直流母线电容,然而,电解电容寿命会随着工作环境温度升高而缩短。采用小容值薄膜电容替代铝电解电容(常称为“无电解电容电机驱动系统),不仅有利于延长驱动系统运行寿命、提高系统可靠性,而且能够降低硬件成本,因此,研究无电解电容电机驱动系统控制策略具有很强的应用价值。采用小容值薄膜电容后,母线电压大幅波动,传统矢量控制方式无法使驱动系统正常工作。为使系统稳定运行并提高网侧功率因数,研究设计了网侧高功率因数控制策略。通过分析网侧功率因数和母线电容容值关系、电网输入侧和电机驱动侧功率流动关系,明确了有效控制逆变器输出功率可调节网侧功率,进而改善网侧电流质量。在此基础上,研究分析了电机定子电流的合理给定形式,并据此设计逆变器输出功率等效转矩闭环控制策略,提出电流环、转矩环和转速环调节器设计方法。此外,采用逆变器功率前馈补偿方法可进一步提升驱动系统网侧功率因数。网侧电抗器与母线薄膜电容会引起电感-电容谐振(即“LC谐振),造成网侧电流畸变。为抑制网侧LC谐振现象,研究设计了LC谐振抑制控制算法。根据驱动系统频域模型,研究了抑制LC谐振和改善系统稳定性的方法,对比了两种可行方法的优缺点,“母线电容并联虚拟电阻-电容的方法在通过有源阻尼技术实现上更具优势。设计了该方法相应的基于网侧电流反馈的控制方案,并采用陷波器提高所提取谐振分量的信噪比,以改善阻尼控制效果;设计了该方法相应的基于母线电压反馈的控制方案,提出网侧功率前馈补偿方法以进一步改善网侧电流质量。搭建了无电解电容永磁同步电机驱动系统物理实验平台,分别进行两种电机控制算法的物理实验。实验结果表明:采用所提出的电机控制算法后,电机驱动系统可稳定运行,电网输入电流质量得到明显改善,网侧功率因数能够达到0.98左右,网侧电流谐波满足EN 61000-3-2谐波标准。