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无电解电容永磁同步电机驱动系统母线电压解析分析

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电机与控制学报 2019年第10期23卷 15-22页

作者：卢春宏章玮浙江大学电气工程学院

无电解电容永磁同步电机驱动系统因其低成本和高可靠性,已经得到了越来越广泛的应用。然而,小的母线电容会导致母线电压剧烈波动,进而导致电机的电磁转矩和转速出现较大的脉动。为探究母线电容对母线电压的影响,通过建立无电解电容永磁... 详细信息

无电解电容永磁同步电机驱动系统因其低成本和高可靠性,已经得到了越来越广泛的应用。然而,小的母线电容会导致母线电压剧烈波动,进而导致电机的电磁转矩和转速出现较大的脉动。为探究母线电容对母线电压的影响,通过建立无电解电容永磁同步电机驱动系统的等效电路模型,解析分析得到了母线电容容量与母线电压以及电机性能之间的关系,为无电解电容永磁同步电机驱动系统中母线电容的选取提供理论依据。同时以一台内嵌式永磁同步电机为研究对象,利用传统矢量控制策略对开环系统中的母线电压波形进行仿真和实验分析,验证了等效模型的正确性。

关键词：无电解电容单相不控整流母线电压解析分析

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无电解电容永磁同步电机驱动系统谐振抑制

华中科技大学学报（自然科学版） 2021年第6期49卷 1-6页

作者：尹泉李海春罗慧邱鹏华中科技大学人工智能与自动化学院湖北武汉430074

提出了一种基于网侧输入电流比例反馈的无电解电容驱动系统谐振抑制策略,通过对电感电容谐振产生机理的分析,建立了驱动系统小信号模型.在分析不同反馈控制变量、不同控制律下的谐振抑制效果的基础上,选择电网电流比例作为最优反馈控制... 详细信息

提出了一种基于网侧输入电流比例反馈的无电解电容驱动系统谐振抑制策略,通过对电感电容谐振产生机理的分析,建立了驱动系统小信号模型.在分析不同反馈控制变量、不同控制律下的谐振抑制效果的基础上,选择电网电流比例作为最优反馈控制方式.直接从电网电流中提取谐振分量,计算阻尼电流,采用电压注入方式实现有源阻尼控制.实验结果表明:所提出的方法能有效抑制电网电流中的电感电容谐振现象,驱动系统网侧输入功率因数高达0.989,输入电流谐波满足EN61000-3-2谐波标准.

关键词：内置式永磁同步电机无电解电容电感电容谐振有源阻尼网侧电流反馈

无电解电容五相永磁同步电机驱动系统主动阻尼控制策略

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电气工程学报 2023年第4期18卷 106-113页

作者：陈前陈鑫颜黎浩史浩韩鑫江苏大学电气信息工程学院镇江212013 上海炫杏实业有限公司上海201108 华电煤业集团数智技术有限公司北京102400

无电解电容电机驱动系统具有体积小、寿命长、可靠性高的优点。然而采用薄膜电容的电机驱动系统可能会出现直流母线电压不稳定的问题,主要表现为薄膜电容与网侧电感容易产生LC谐振导致直流母线电压出现过电压现象,且现有的谐振抑制策略... 详细信息

无电解电容电机驱动系统具有体积小、寿命长、可靠性高的优点。然而采用薄膜电容的电机驱动系统可能会出现直流母线电压不稳定的问题,主要表现为薄膜电容与网侧电感容易产生LC谐振导致直流母线电压出现过电压现象,且现有的谐振抑制策略广泛应用于三相电机,而对于五相永磁同步电机的无电解电容谐振抑制策略应用较少。为此,针对五相永磁同步电机提出一种主动阻尼的谐振抑制策略。首先基于简化驱动电路的传递函数分析了系统的不稳定性和LC谐振并构建五相永磁同步电机数学模型;其次介绍了主动阻尼电流具体的实现方式;最后将阻尼电流转化为电压指令构建反馈回路实现母线电压谐振抑制,并在仿真中验证了该方法的有效性。

关键词：无电解电容五相永磁同步电机 LC谐振主动阻尼

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无电解电容永磁电机高功率因数控制策略

电子测量技术 2023年第14期46卷 59-65页

作者：於锋邱梁刚王尧南通大学电气工程学院南通226019

无电解电容驱动系统常采用体积小,寿命长的薄膜电容贮存网侧输入能量,但该拓扑结构易引起网侧输入功率和逆变器侧输出功率耦合的问题。针对无电解电容驱动电路中由于功率耦合导致的网侧谐波含量多和功率因数降低的问题,提出了一种基于... 详细信息

无电解电容驱动系统常采用体积小,寿命长的薄膜电容贮存网侧输入能量,但该拓扑结构易引起网侧输入功率和逆变器侧输出功率耦合的问题。针对无电解电容驱动电路中由于功率耦合导致的网侧谐波含量多和功率因数降低的问题,提出了一种基于二阶广义积分锁相环和比例积分谐振控制器的带相位补偿的逆变器输出功率控制策略以改善网侧电流品质。首先,通过分析无电解电容驱动系统的电路拓扑结构,明确无电解电容驱动系统高功率因数条件;其次,利用二阶广义积分锁相环获取网侧电压的相位与幅值信息,并利用基尔霍夫电流定律计算逆变器输出功率相位补偿角;然后,建立了基于比例积分谐振控制器的逆变器输出功率控制回路,将逆变器输出功率调节接近理想值。最后,对比实验结果验证了所提方案的有效性。

关键词：无电解电容逆变器输出功率相位补偿永磁同步电机

无电解电容永磁同步电机变频驱动系统控制策略研究

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无电解电容永磁同步电机变频驱动系统控制策略研究

作者：明志伟华中科技大学

学位级别：硕士

近年来,变频电机驱动技术已在各个领域得到广泛应用。然而传统变频驱动系统面临着电解电容寿命和可靠性的问题。无电解电容驱动系统采用薄膜电容代替电解电容,同时省去了功率因数校正电路,具有低成本和高可靠性等优势。本文以无电解电... 详细信息

近年来,变频电机驱动技术已在各个领域得到广泛应用。然而传统变频驱动系统面临着电解电容寿命和可靠性的问题。无电解电容驱动系统采用薄膜电容代替电解电容,同时省去了功率因数校正电路,具有低成本和高可靠性等优势。本文以无电解电容永磁同步电机驱动系统为研究对象,针对高功率因数逆变器控制策略和无位置传感器启动策略进行研究,旨在改善驱动系统的网侧性能和实现无位置传感器的平稳启动。母线电容容值减小改变了驱动系统的特性。在分析驱动系统特性的基础上,明确了通过合理控制逆变器功率能够间接调整网侧功率,从而实现网侧高功率因数。从幅值角度构建了逆变器功率和dq轴电流之间的三输入三输出模型,同时利用相对增益矩阵理论分析并选择了最合理的控制变量配对方案。基于该配对方案设计了逆变器功率的闭环控制策略和功率调节器参数。功率调节器同时输出dq轴电流指令,从而避免了试凑d轴电流指令。针对电网电压的畸变问题,进一步提出了逆变器功率的前馈补偿策略以降低其对系统的影响。为了在无位置传感器的情况下解决启动问题,研究了基于信号注入激励的有效磁链模型零低速无位置传感器控制算法。通过分析dq轴电流谐波,明确了反电动势的谐波组成。为了观测反电动势和抑制反电动势谐波,分别设计了全阶滑模观测器和同步轴滑动平均滤波器。搭建了无电解电容永磁同步电机驱动系统的仿真和物理平台,并进行了大量实验验证工作。实验结果表明,采用本文所提出的逆变器控制策略,可以有效改善网侧功率因数和抑制网侧电流谐波,并满足IEC61000-3-2标准。功率因数最高可达0.99108。同时,采用所提出的启动策略,转子初始位置辨识误差不超过3°,电机可以稳定地从任意初始转子位置启动并切换至中高速无位置传感器控制算法。

关键词：永磁同步电机无电解电容高功率因数无位置传感器控制

无电解电容永磁同步电机驱动系统网侧电流谐波抑制策略

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同方学位论文库

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电机与控制学报 2019年第12期23卷 1-7页

作者：徐晨栋尹泉黄凯罗慧华中科技大学人工智能与自动化学院

电机驱动系统的母线使用大电解电容会降低寿命和可靠性,使用小容值薄膜电容来替代大电解电容,可以提高系统可靠性,除去功率因数纠正(PFC)电路以降低成本,但要求在网侧具有高功率因数以及足够低的电流谐波,因此需要准确地控制逆变器输出... 详细信息

电机驱动系统的母线使用大电解电容会降低寿命和可靠性,使用小容值薄膜电容来替代大电解电容,可以提高系统可靠性,除去功率因数纠正(PFC)电路以降低成本,但要求在网侧具有高功率因数以及足够低的电流谐波,因此需要准确地控制逆变器输出功率以实现这种诉求。提出一种修正指令电流的方法控制逆变器输出功率。选择PIR控制器,以无静差跟随两倍工频波动的理想输出功率。另外,针对电流环响应频率以上的噪声,通过电压前馈的方式补偿,能够弥补电流环响应频率的不足。通过仿真以及实验验证有效性,使网侧功率因数达到0.9888,网侧电流谐波畸变率0.1489,网侧电流各次谐波均控制在EN 61000-3-2标准以下。

关键词：谐波抑制无电解电容高功率因数电流修正电压前馈

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无电解电容DC-DC变换器研究与应用

无电解电容DC-DC变换器研究与应用

作者：陈伟琛广东工业大学

学位级别：硕士

电解电容是DC-DC变换器中最重要的元器件之一。然而,电解电容自身存在寿命短、体积大等问题,阻碍了其发展。为此,国内外学者提出电容检测替换和无电解电容变换器等方法。前一种方法工序繁杂,成本较高;后一种方法只能用于低频交流变换器... 详细信息

电解电容是DC-DC变换器中最重要的元器件之一。然而,电解电容自身存在寿命短、体积大等问题,阻碍了其发展。为此,国内外学者提出电容检测替换和无电解电容变换器等方法。前一种方法工序繁杂,成本较高;后一种方法只能用于低频交流变换器。此外,这两种方法也仅能检测或去除变换器的部分电解电容。因此,传统方法难以应用于电容数量多且高开关频率的直流变换器上。针对上述问题,本文展开以下无电解电容DC-DC变换器的研究:1.论文从能量存储与滤波的角度,将电容分成储能电容和滤波电容,进而从理论上分别建立起能量与滤波情况下的电容冗余值的数学模型,最后实现DC-DC变换器的完全无电解电容。2.储能电解电容的去除:传统储能电容容值设计是根据电压纹波来整定计算的,而储能电容对其电压纹波要求不高,所以该方法下的电容值存在较大冗余。针对上述问题,本文根据能量存储要求建立其冗余电容值的数学模型,进而用小容值的非电解电容代替大容值的电解电容。3.滤波电解电容的去除:滤波电容对电容电压纹波有严苛的要求,因此它的电容值不能用电容储能整定法去计算。本文分别从拓扑和控制两个方面提出了三种去除滤波电解电容的方法:在拓扑方面,提出了无源滤波网络法和拓扑模块化移相叠加法;在控制方面,提出了波形补偿法。4.基于上述所提出的理论研究方法,设计了几种典型的无电解电容DC-DC变换器实验样机,验证了上述所提出的方法可实现DC-DC变换器完全去电解电容。本文的创新之处:提出了储能电容和滤波电容的分类,并分别建立其冗余容值数学模型来去除电解电容,从拓扑和控制方面提出三种方法来去除滤波电解电容,具有较强的工程和学术意义。该方法还可以扩展到其他类型的电能变换器上,为电能变换器的无电解电容化提供新思路。

关键词：无电解电容 DC-DC变换器储能电容滤波电容电压纹波

无电解电容永磁同步电机驱动系统控制策略研究

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同方学位论文库

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无电解电容永磁同步电机驱动系统控制策略研究

作者：陈鼎新华中科技大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：无电解电容永磁同步电机高功率因数谐振抑制

无电解电容电机驱动系统拍频效应抑制策略研究

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无电解电容电机驱动系统拍频效应抑制策略研究

作者：包强伟吉林大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：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