无电解电容永磁同步电机驱动系统控制策略研究

摘要

随着功率变换技术的快速发展，变频调速驱动系统在家用空调中得到广泛应用。电解电容作为永磁同步电机变频调速驱动系统中最薄弱的器件之一，制约了系统寿命。母线采用大容量电解电容用来维持母线电压稳定，导致电网输入电流产生严重畸变，输入功率因数很低，污染电网质量。利用小容量薄膜电容取代大容量电解电容，能促使系统往高可靠性，高功率密度，小型化和低成本方向发展。本文研究无电解电容PMSM驱动系统的控制策略，实现高功率因数控制，抑制输入电流谐波。 基于PMSM数学模型分析了无电解电容PMSM驱动系统特性，并分析了系统中电网输入功率，母线电容功率和逆变器输出功率之间的关系。分析了母线电压最小值和功率因数之间的关系，阐明了实现高功率因数的基本思想是合理控制逆变器输出功率。基于高功率因数的基本思想设计了间接功率控制策略和直接功率控制策略。间接功率控制策略中的q轴电流给定跟随输入功率波动，间接控制了逆变器输出功率波形。为了解决电压裕度不足的问题，设计了d轴电流给定策略，并对d轴电流给定策略中的PI调节器参数进行整定。设计了直接功率控制策略对逆变器输出功率等效转矩进行闭环控制，设计了转矩调节器，并对转矩调节器参数进行整定。同时，设计了电压矢量修正策略来提高系统对逆变器输出功率的响应。 最后，在MATLAB/Simulink上搭建了无电解电容PMSM驱动系统仿真平台，进行控制策略的可行性和有效性的仿真验证。利用TMS320F28335搭建PMSM驱动系统实验平台，进行了大量实验验证工作，证明了系统能实现良好调速性能和高功率因数。

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