功率解耦型无电解电容变频电路研究
发布时间：2020-12-19 11:25
随着电气化的普及,在一些单相供电的小功率场合,如家用电器领域为了提高系统性能,满足容量和节能方面的要求,开始使用功能更强的三相电机来代替单相电机。为了维持系统母线电压的稳定,单相输入三相输出的变频系统母线处通常并联连接一个大容值的电解电容。大容值电解电容的存在限制了系统使用寿命,也难以满足系统小型化的发展趋势。因此研究无电解电容单相输入三相输出变频系统具有重要的理论意义和应用前景。针对上述问题,本文通过查阅大量相关文献,对单相输入三相输出变频系统的结构和工作原理进行了研究。深入分析了该系统中整流部分、逆变部分与母线电容的数学关系,为实现去除变频电路母线电解电容奠定了理论基础。此外,本文对功率解耦型无电解电容方案进行了研究,分析了解耦电路吸收脉动功率,去除电解电容的原理。在此基础上,研究了一种适用于单相输入三相输出变频系统的降电容控制方法,通过对并联解耦电路的控制,缓冲系统脉动功率,减小电路前后的耦合,减小母线所需电容值。从而可使用小容值的薄膜电容代替电解电容,达到了延长系统寿命的目的。然后,通过数学分析,从理论上分析了所研究方法的解耦效果。相对于其他方法,本文所研究的解耦电路控制策略简...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
级联Boost-Flyback拓扑结构
燕山大学工学硕士学位论文--41.3无电解电容变频电路研究现状在单相－三相变频系统中，母线电容大多采用电解电容，由于电解电容本身寿命较短等问题，使得系统的可靠性和使用寿命受到了制约。最开始，为了系统更好的运行，人们采取对电解电容进行监控的方法，通过估算电解电容的等效电阻，监测电容各个参数指标，可靠地预估使用时间，提前发现问题，避免因电解电容的损毁而带来的问题[25]。此方法虽然避免了电解电容损毁带来的问题，但是更换电容并不能根本上解决系统向着长寿命、集成化的发展趋势。经过专家学者的不断探索和研究，目前单相－三相变频系统的无电解电容实现方案可以分为传统拓扑的一体化控制策略和增加补偿电路方案两大类。1.3.1传统拓扑结构下的一体化控制策略现阶段，传统拓扑结构下的一体化控制策略研究主要是解决系统的功率因数较低以及输入电流中谐波电流较多的问题。在无电解电容的变频系统中，传统电路拓扑结构大多数都是由整流器、逆变器、电机负载和小电容组成，拓扑结构如图1-2所示。图1-2无电解电容变频电路传统拓扑结构根据功率守恒定律可知，传统的无电解电容变频系统中输出功率的大小应等于系统输入功率与小电容功率之和。由于系统没有电解电容，而是采用小容值的薄膜电容，所以薄膜电容上的功率可以近似忽略，从而可以推导出输出功率与输入电流的数学关系，在此理论基础上可以通过各种控制策略来控制系统的输出功率进而达到控制输入电流的目的，在提高输入电流正弦度的同时，使得输入电流跟随电压变化，实现系统的单位功率因数[26-28]。目前，这些控制策略大体可以分为三种：直接控制、间接控制和精确控制。
燕山大学工学硕士学位论文--6库较为复杂等不足[32-34]。1.3.2增加补偿电路方案增加补偿电路方案就是通过改变传统变频电路的拓扑结构，将传统变频系统中的电解电容用不同形式补偿电路来代替，通过对补偿电路的控制，实现去除电解电容后电路性能仍能满足要求的目的。文献[35]提出了一种在整流侧和逆变侧之间加入解耦电路的功率解耦控制方案，电路拓扑如图1-3所示。此方法通过增加的补偿电路，吸收电路中的脉动功率，通过电压前馈的控制方法，实现电机的控制，同时保证电网侧电能质量，但是此方法的控制方法较为复杂。图1-3新型无电解电容变频电路拓扑结构文献[36]提出了一种新型抽头电感准Z源逆变器的拓扑结构，通过增加的抽头电感网络来代替系统中的电解电容，提高了系统的寿命，电路拓扑结构图1-4所示。图1-4带抽头电感的变频电路拓扑结构该拓扑中抽头电感网络包括两个二极管外加一个带抽头的电感。此变换器具有Z源逆变器优点的同时，还可以通过调节占空比和电感抽头的位置，大幅提高变换器的升压能力。此变换器通过工作模态的变化，改变抽头电感绕组电势及两个二极管的通断，将直通时候抽头电感储存的能量传递出去，从而提高母线电压。抽头电感
【参考文献】：
期刊论文
[1]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[J]. 徐晨栋,尹泉,黄凯,罗慧. 电机与控制学报. 2019(12)
[2]DC-link电容器在线状态监测方法综述[J]. 姚芳,王槟,唐圣学,黄凯,李志刚. 电力自动化设备. 2019(11)
[3]平均电流型APFC电路设计与实现[J]. 钟恩松,王秀清,单绍平,李书营. 科技创新与应用. 2019(27)
[4]铝电解电容的老化机理及寿命预测研究[J]. 赵鹏. 中小企业管理与科技(下旬刊). 2019(06)
[5]铝电解电容器技术现状及未来发展趋势[J]. 朱军,邵烨,陈金建. 电子技术与软件工程. 2019(04)
[6]导电高分子材料研究现状及发展趋势[J]. 刘爱胜. 中国石油和化工标准与质量. 2019(03)
[7]无电解电容电机驱动系统谐振抑制控制策略[J]. 霍军亚,王高林,赵楠楠,徐殿国,朱良红,张国柱. 电工技术学报. 2018(24)
[8]单相交流电变三相交流电方案的研究[J]. 张全柱,陈海宇. 华北科技学院学报. 2018(03)
[9]我国能源技术革命形势及方向分析[J]. 饶宏,李立浧,郭晓斌,许爱东,白浩. 中国工程科学. 2018(03)
[10]基于SPWM调制的交流恒流源系统设计[J]. 赵琛,张益,裴方晟,陶泽勇. 电子设计工程. 2018(11)
博士论文
[1]离子液体—高分子固态电解质的性能与应用研究[D]. 宋晔.南京理工大学 2006
硕士论文
[1]电化学加工法制备高比容铝电极箔研究[D]. 卜凡松.大连理工大学 2018
[2]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[D]. 王琨.江苏大学 2017
[3]Boost型功率因数校正电路的设计与研究[D]. 李文渝.浙江大学 2017
[4]开关电源中铝电解电容可靠性的研究[D]. 周慧德.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：2925818
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
级联Boost-Flyback拓扑结构
燕山大学工学硕士学位论文--41.3无电解电容变频电路研究现状在单相－三相变频系统中，母线电容大多采用电解电容，由于电解电容本身寿命较短等问题，使得系统的可靠性和使用寿命受到了制约。最开始，为了系统更好的运行，人们采取对电解电容进行监控的方法，通过估算电解电容的等效电阻，监测电容各个参数指标，可靠地预估使用时间，提前发现问题，避免因电解电容的损毁而带来的问题[25]。此方法虽然避免了电解电容损毁带来的问题，但是更换电容并不能根本上解决系统向着长寿命、集成化的发展趋势。经过专家学者的不断探索和研究，目前单相－三相变频系统的无电解电容实现方案可以分为传统拓扑的一体化控制策略和增加补偿电路方案两大类。1.3.1传统拓扑结构下的一体化控制策略现阶段，传统拓扑结构下的一体化控制策略研究主要是解决系统的功率因数较低以及输入电流中谐波电流较多的问题。在无电解电容的变频系统中，传统电路拓扑结构大多数都是由整流器、逆变器、电机负载和小电容组成，拓扑结构如图1-2所示。图1-2无电解电容变频电路传统拓扑结构根据功率守恒定律可知，传统的无电解电容变频系统中输出功率的大小应等于系统输入功率与小电容功率之和。由于系统没有电解电容，而是采用小容值的薄膜电容，所以薄膜电容上的功率可以近似忽略，从而可以推导出输出功率与输入电流的数学关系，在此理论基础上可以通过各种控制策略来控制系统的输出功率进而达到控制输入电流的目的，在提高输入电流正弦度的同时，使得输入电流跟随电压变化，实现系统的单位功率因数[26-28]。目前，这些控制策略大体可以分为三种：直接控制、间接控制和精确控制。
燕山大学工学硕士学位论文--6库较为复杂等不足[32-34]。1.3.2增加补偿电路方案增加补偿电路方案就是通过改变传统变频电路的拓扑结构，将传统变频系统中的电解电容用不同形式补偿电路来代替，通过对补偿电路的控制，实现去除电解电容后电路性能仍能满足要求的目的。文献[35]提出了一种在整流侧和逆变侧之间加入解耦电路的功率解耦控制方案，电路拓扑如图1-3所示。此方法通过增加的补偿电路，吸收电路中的脉动功率，通过电压前馈的控制方法，实现电机的控制，同时保证电网侧电能质量，但是此方法的控制方法较为复杂。图1-3新型无电解电容变频电路拓扑结构文献[36]提出了一种新型抽头电感准Z源逆变器的拓扑结构，通过增加的抽头电感网络来代替系统中的电解电容，提高了系统的寿命，电路拓扑结构图1-4所示。图1-4带抽头电感的变频电路拓扑结构该拓扑中抽头电感网络包括两个二极管外加一个带抽头的电感。此变换器具有Z源逆变器优点的同时，还可以通过调节占空比和电感抽头的位置，大幅提高变换器的升压能力。此变换器通过工作模态的变化，改变抽头电感绕组电势及两个二极管的通断，将直通时候抽头电感储存的能量传递出去，从而提高母线电压。抽头电感
【参考文献】：
期刊论文
[1]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[J]. 徐晨栋,尹泉,黄凯,罗慧. 电机与控制学报. 2019(12)
[2]DC-link电容器在线状态监测方法综述[J]. 姚芳,王槟,唐圣学,黄凯,李志刚. 电力自动化设备. 2019(11)
[3]平均电流型APFC电路设计与实现[J]. 钟恩松,王秀清,单绍平,李书营. 科技创新与应用. 2019(27)
[4]铝电解电容的老化机理及寿命预测研究[J]. 赵鹏. 中小企业管理与科技(下旬刊). 2019(06)
[5]铝电解电容器技术现状及未来发展趋势[J]. 朱军,邵烨,陈金建. 电子技术与软件工程. 2019(04)
[6]导电高分子材料研究现状及发展趋势[J]. 刘爱胜. 中国石油和化工标准与质量. 2019(03)
[7]无电解电容电机驱动系统谐振抑制控制策略[J]. 霍军亚,王高林,赵楠楠,徐殿国,朱良红,张国柱. 电工技术学报. 2018(24)
[8]单相交流电变三相交流电方案的研究[J]. 张全柱,陈海宇. 华北科技学院学报. 2018(03)
[9]我国能源技术革命形势及方向分析[J]. 饶宏,李立浧,郭晓斌,许爱东,白浩. 中国工程科学. 2018(03)
[10]基于SPWM调制的交流恒流源系统设计[J]. 赵琛,张益,裴方晟,陶泽勇. 电子设计工程. 2018(11)
博士论文
[1]离子液体—高分子固态电解质的性能与应用研究[D]. 宋晔.南京理工大学 2006
硕士论文
[1]电化学加工法制备高比容铝电极箔研究[D]. 卜凡松.大连理工大学 2018
[2]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[D]. 王琨.江苏大学 2017
[3]Boost型功率因数校正电路的设计与研究[D]. 李文渝.浙江大学 2017
[4]开关电源中铝电解电容可靠性的研究[D]. 周慧德.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：2925818
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