无电解电容电机驱动系统拍频效应抑制策略研究

作     者：包强伟 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘丽

授予年度：2023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 无电解电容 母线电压波动 拍频现象 开环预测器 

摘      要：电机驱动系统中,电解电容作为直流母线上的支撑电容,其高温下寿命低的缺点降低了驱动系统的稳定性和可靠性。因此,使用薄膜电容替换掉大电解电容,同时去掉功率因数校正电路的无电解电容电机驱动系统成为解决该问题的一个新方向。无电解电容电机驱动系统可以显著提高系统的运行寿命,并有效降低系统成本。然而,由于薄膜电容的容值较小,在整流电路为三相不控整流电路时,直流母线电压会以6倍电网频率波动,此母线电压波动会导致电机运行在特定转速时产生拍频现象,对电机的运行性能产生不良影响。因此,本论文对无电解电容电机驱动系统进行了分析,在此基础上研究了拍频现象的产生机理,并提出了一种基于开环预测器的母线电压重构策略来抑制拍频现象。本文的主要内容如下:首先,介绍了永磁同步电机的基本结构,接着在介绍坐标变换原理的基础上,推导了永磁同步电机在不同坐标系下的数学模型。然后基于旋转坐标系下的永磁同步电机数学模型,阐述了永磁同步电机双闭环矢量控制技术。之后介绍了空间矢量脉宽调制技术(SVPWM),为后续拍频现象的分析奠定了基础。其次,对三相交流输入的无电解电容驱动系统的结构进行了分析,推导出了直流母线电压的数学表达式。在此基础上,基于SVPWM技术,分析了逆变器输出电压和电机参考电压之间的关系,得出了母线电压波动与拍频现象之间的关系。为了抑制此拍频现象,提出了一种基于开环重复预测器的电压重构策略,利用母线电压波动的重复性,对用于脉宽调制的直流母线电压进行修正。之后搭建了Simulink模型,通过仿真验证了抑制策略的有效性。最后,搭建了无电解电容电机驱动系统实验平台,实现并验证了所研究的拍频抑制策略,实验结果证实了所研究的拍频抑制策略的有效性。