基于Z源AC-DC-AC变换器的HSPMSM驱动系统

发布时间：2020-07-07 07:42

【摘要】：永磁同步电动机以其高功率密度、高可靠性、低损耗等优点,在电动汽车、数控机床、航空航天等动力领域得到了广泛的研究和应用。永磁同步电机的独特特性使其非常适用于高速传动领域。电机的高速运行会导致定子电流谐波的显著增加,从而导致电机损耗增加和转矩脉动增大,使系统的控制效果变差,严重影响永磁同步电机在高速场合的应用。研究表明,可调直流母线电压不仅能抑制大电流谐波,而且能降低永磁同步电机的热应力、功率开关模块的电流应力,大大提高系统的控制性能。为了克服传统高速驱动变换器的局限性,提供双向功率流的可调直流母线电压,本文介绍了一种基于Z源降压型整流器的新型AC-DC-AC变换器。阻抗Z网络的独特特性使得这种新型的变换器拓扑结构可以获得高于或低于电网电压的直流母线电压,并且可以根据电机的参考转速进行调整,这是因为Z源整流器可以通过“直通状态”实现降压。为了提高该变换器的降压能力,并相应地改善系统在低速时的电流和速度特性,采用一种改进的Z网络拓扑结构,这种拓扑具有传统拓扑结构的所有优点。此外,论文研究改进Z源拓扑的工作原理和数学模型。本文建立永磁同步电动机的数学模型,研究改进型Z源整流器的空间矢量脉宽调制策略,并介绍与之相应的控制算法,对基于Z源整流和逆变的高速永磁同步电动机控制系统进行设计。对改进Z源整流器和传统Z源整流器进行对比仿真,仿真结果表明,新的改进Z源整流器能够极大提升变换器的降压能力,改善低压供电特性和电机低速运行性能,并且采用改进Z源AC-DC-AC变换器可以显著降低高速永磁同步电机的电流总谐波含量。最后,搭建3kW永磁同步电动机驱动系统实验平台并进行实验研究。分析和研究系统的电压和电流特性,对该方法的有效性进行验证。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM46

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本文编号：2744850