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用于永磁同步电机的新型无电解电容功率变换器研究与设计

发布时间:2018-03-02 21:25

  本文选题:永磁同步电机 切入点:无电解电容功率变换器 出处:《江苏大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文


【摘要】:永磁同步电机传统驱动系统中电解电容寿命低,可靠性差,是系统发生故障的主要因素。采用薄膜电容替代电解电容的无电解电容技术可以显著提高系统的寿命和可靠性,是目前电机驱动系统研究的热点方向之一。但是它存在系统脉动能量难以抑制,电网电能质量与电机运行性能无法兼顾的缺点。为解决上述问题,本文提出一种无电解电容功率变换器,该电路具备功率因数校正功能,电网侧满足IEC61000-3-2标准中谐波和功率因数的相关指标;通过有源功率解耦电路能够有效降低母线电压的波动量,保持永磁同步电机良好的静动态性能;同时其直流母线电压与电网电压峰值基本相等,可避免现存无电解电容功率变换器成本增加的问题。论文主要工作如下:首先,分析了电解电容的缺陷,以及采用电解电容功率变换器可能存在的问题;讨论了采用薄膜电容替代电解电容的可行性和实用性。从控制策略的改进和新拓扑结构的研究两个方面,介绍了国内外无电解电容技术研究现状。其次,介绍了永磁同步电机的分类、发展历史和应用场合。分析了坐标变换原理,建立了不同坐标系下永磁同步电机的数学模型,阐述了矢量控制原理。然后,提出了一种新的无电解电容功率变换器的拓扑结构,分析了其工作原理,推导了包括母线电压、功率器件电压应力、电容、电感等关键参数的数学表达式;从功率因数校正和电机控制两个方面,阐述了本文提出的无电解电容功率变换器的控制策略,研究了一种电压前馈的电机控制方法,从而实现电机静动态性能的显著提高,同时兼顾电网侧电能质量。最后,搭建以TMS320F28335为核心控制芯片的系统硬件平台,编写了驱动系统的软件控制程序。在此基础上,通过仿真和实验对本文提出的无电解电容功率变换器进行验证。结果均表明:本文提出的无电解电容功率变换器可以实现系统较高的功率因数、电流谐波满足IEC61000-3-2标准以及优良的电机性能。最后,比较了传统升压型功率变换器和本文提出的无电解电容功率变换器的成本和体积,验证了本文提出的无电解电容功率变换器的实用性和经济性。
[Abstract]:In the traditional drive system of permanent magnet synchronous motor (PMSM), the electrolytic capacitance life is low and the reliability is poor, which is the main factor for the fault of the system. It is one of the hot research directions of motor drive system at present, but it has the shortcoming that it is difficult to restrain the pulsating energy of the system, and the power quality of the power grid can not be balanced with the running performance of the motor. In order to solve the above problems, In this paper, a non-electrolytic capacitor power converter is proposed. The circuit has the function of power factor correction, and the power side meets the requirements of harmonics and power factor in IEC61000-3-2 standard. The active power decoupling circuit can effectively reduce the fluctuation of bus voltage and maintain the excellent static and dynamic performance of PMSM, and its DC bus voltage is basically equal to the peak value of grid voltage. The main work of this paper is as follows: firstly, the defects of electrolytic capacitance and the possible problems of using electrolytic capacitor power converter are analyzed. The feasibility and practicability of using thin film capacitance to replace electrolytic capacitance are discussed. From the aspects of improvement of control strategy and study of new topology, the research status of electrolytic capacitance technology at home and abroad is introduced. This paper introduces the classification, development history and application of permanent magnet synchronous motor, analyzes the principle of coordinate transformation, establishes the mathematical model of permanent magnet synchronous motor in different coordinate systems, and expounds the principle of vector control. A new topology of electrolytic capacitive power converter is presented, and its working principle is analyzed. The mathematical expressions of key parameters, such as bus voltage, voltage stress of power device, capacitance, inductance and so on, are derived. From two aspects of power factor correction and motor control, the control strategy of electrolytic capacitor power converter proposed in this paper is described. A voltage feedforward motor control method is studied, so that the static and dynamic performance of the motor can be improved remarkably. Finally, the system hardware platform with TMS320F28335 as the core control chip is built, and the software control program of the drive system is compiled. The simulation and experiment are carried out to verify the proposed non-electrolytic capacitor power converter. The results show that the proposed non-electrolytic capacitor power converter can achieve high power factor of the system. Current harmonics meet IEC61000-3-2 standard and excellent motor performance. Finally, the cost and volume of traditional boost power converter and electrolytic capacitive power converter proposed in this paper are compared. The practicability and economy of the proposed non-electrolytic capacitor power converter are verified.
【学位授予单位】:江苏大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TM341;TM46

【参考文献】

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本文编号:1558118

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