基于无电解电容驱动器的空调永磁电机控制策略研究

发布时间：2017-10-21 04:33

  本文关键词：基于无电解电容驱动器的空调永磁电机控制策略研究

  更多相关文章： 空调永磁同步电机 无电解电容 位置观测器 三电阻采样 高功率因数控制

【摘要】：变频调速永磁电机驱动系统被广泛应用于家用电器中,尤其是家用空调领域,有利于使提升系统性能并且降低能源消耗。近年来,电解电容寿命短已成为空调驱动器发生故障的重要因素,并且传统空调驱动器中的功率因数校正电路需要电感、功率开关管等元件,增加了系统成本。采用薄膜电容代替电解电容,可以有效提高驱动系统的可靠性,并降低成本和体积。但是采用薄膜电容会导致母线电压波动,电网侧会产生大量谐波电流,电机控制难度加大。为了改善空调永磁电机控制系统的性能,本文对基于无电解电容驱动器的空调永磁电机控制策略进行研究。由于无电解电容控制是建立在无位置传感器驱动系统基础之上,首先研究一种空调永磁电机位置观测器。分析空调永磁电机矢量控制原理,然后根据数学模型以及相应的坐标变换建立扩展反电动势模型,设计基于扩展反电动势数学模型的空调永磁电机位置观测器,最后采用锁相环有效地提取转子位置信息,为无电解电容及无传感器驱动器控制的研究奠定了基础。针对高速运行不可采样区域的电流重构问题,研究一种基于PWM移相的三电阻采样相电流重构方法。在分析相电流重构原理的基础上,确定了三电阻相电流不可采样区域。针对四个不同的不可采样区域,分别通过注入电压矢量对原参考电压矢量进行补偿。最后,通过对PWM波形进行移相处理,使得电流采样时间大于最短采样时间,进而得到电机有效的重构电流波形,为无电解电容驱动器的电流闭环控制提供了反馈信号。研究基于逆变器输出功率及母线电压控制的无电解电容控制策略,建立实现高功率因数的d-q轴电流参考量分配机制和电压补偿机制。通过分析输入电流与负载功率的关系,阐明了提高功率因数的实现机理。q轴电流采用基于逆变器输出功率调节的控制策略以及比例谐振控制器,d轴电流采用弱磁控制,从而提高系统的功率因数。并对母线电压稳定性进行分析,采用基于母线电压反馈控制策略,通过在参考电压进行补偿来实现母线电压的稳定。在理论及仿真分析基础上,通过TMS320F28034 DSP实现了所研究的无电解电容控制算法,并在1.5匹美的永磁电机空调实验平台上进行了实验研究,验证了所研究控制策略的有效性和可行性。
【关键词】：空调永磁同步电机 无电解电容 位置观测器 三电阻采样 高功率因数控制
【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】：2015
【分类号】：TM351
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状分析10-17
• 1.2.1 空调压缩机用电机控制技术研究现状10-12
• 1.2.2 空调永磁电机相电流检测技术研究现状12-15
• 1.2.3 基于无电解电容驱动器的永磁电机控制策略研究现状15-17
• 1.3 论文主要研究内容17-19
• 第2章 空调压缩机永磁电机矢量控制方法及位置观测器19-29
• 2.1 引言19
• 2.2 空调永磁电机矢量控制原理及数学模型19-22
• 2.2.1 空调永磁电机矢量控制原理19
• 2.2.2 永磁电机矢量控制系统数学模型19-22
• 2.3 基于扩展反电动势模型空调永磁电机位置观测器22-27
• 2.3.1 扩展反电动势模型建立23
• 2.3.2 全阶位置观测器设计23-27
• 2.4 实验结果及分析27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 三电阻相电流采样方案及不可采样区域重构策略29-40
• 3.1 引言29
• 3.2 相电流重构原理及不可采样区域分析29-32
• 3.2.1 三电阻采样相电流重构原理29-31
• 3.2.2 不可采样区域分析31-32
• 3.3 不可采样区域补偿方案及实现方法32-35
• 3.3.1 不可采样区域补偿方案32-34
• 3.3.2 不可采样区域相电流重构方法34-35
• 3.4 仿真及实验结果35-39
• 3.4.1 Matlab/Simulink仿真分析35-36
• 3.4.2 实验结果分析36-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第4章 基于无电解电容驱动器的空调永磁电机控制策略研究40-57
• 4.1 引言40
• 4.2 基于逆变器输出功率调节的无电解电容控制策略40-47
• 4.2.1 输入电流与负载功率关系分析40-41
• 4.2.2 基于功率环的q轴电流控制策略41-44
• 4.2.3 d轴电流弱磁控制策略44-47
• 4.3 基于母线电压的无电解电容控制策略47-50
• 4.3.1 母线电压稳定性分析47-49
• 4.3.2 基于母线电压的d-q轴电压补偿策略49-50
• 4.4 仿真及实验结果50-56
• 4.4.1 Matlab/Simulink仿真分析50-52
• 4.4.2 实验结果分析52-56
• 4.5 本章小结56-57
• 第5章 空调压缩机永磁电机矢量控制系统实验57-65
• 5.1 引言57
• 5.2 空调永磁电机矢量控制系统硬件结构及实验平台57-59
• 5.3 控制系统软件结构59-60
• 5.4 实验结果及分析60-64
• 5.4.1 输入功率实验测试结果63
• 5.4.2 功率因数实验测试结果63-64
• 5.4.3 谐波畸变率实验测试结果64
• 5.5 本章小结64-65
• 结论65-67
• 参考文献67-73
• 攻读硕士学位期间发表的论文73-75
• 致谢75

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本文编号：1071321