單相二極管整流與小直流母線電容電機驅(qū)動系統(tǒng)的不連續(xù)電網(wǎng)電流控制

單相二極管整流與小直流母線電容電機驅(qū)動系統(tǒng)的不連續(xù)電網(wǎng)電流控制文檔

摘要：本文提出了一種無電解電容器電機驅(qū)動系統(tǒng)的控制方法。由于該電機驅(qū)動直流母線電容約為傳統(tǒng)的1%，能在沒有直接控制逆變器的電輸出功率的笨重濾波電路的情況下，滿足IEC61000-3-2電網(wǎng)電流規(guī)定。但是，驅(qū)動器的直流母線電壓按整流后的電網(wǎng)電壓波動。這會導(dǎo)致電機電流升高，特別是在低直流母線電壓區(qū)時，并嚴重降低驅(qū)動效率。為了解決這個問題，所提出的方法在控制輸出功率時，使直流母線電壓保持高于某個限定值。在直流電壓較低時，通過降低d軸電流提高驅(qū)動效率，以滿足電網(wǎng)電流小諧波規(guī)定。所提出的方法包括生成直流母線電壓限制的電機參考電流和選擇限制值。實驗結(jié)果驗證了所提出方法的改進性能。

關(guān)鍵詞：直流母線電容，直流母線電壓控制，效率，電解電容器，電網(wǎng)電流諧波，電機驅(qū)動，單相二極管整流系統(tǒng)

I． 引言

隨著單位體積容量大和低成本的特點，電解電容器適用于許多用于存儲能量和降低功率紋波的功率傳輸系統(tǒng)。特別是，如圖1所示的由單相交流電網(wǎng)供電的電機驅(qū)動，針對交流電網(wǎng)波動輸入，直流母線使用電解電容以保持輸出功率恒定。但是，電機驅(qū)動中的電解電容來帶來可靠性，體積，成本等問題。由于電解質(zhì)的蒸發(fā)，電解電容容易受到電流紋波和熱的影響。此外，老化的電解電容其電解質(zhì)減少，比起新的具有更高的等效串聯(lián)電阻和較低的電容值，并會增加直流母線電流紋波，導(dǎo)致系統(tǒng)故障。根據(jù)［1］-［7］，約60%的驅(qū)動電路故障來自于電解直流母線電容器。為降低電流諧波，電網(wǎng)側(cè)濾波電路的使用增加了驅(qū)動系統(tǒng)的成本和體積。由于驅(qū)動器的直流母線電壓幾乎保持恒定，二極管整流器只有短時間的導(dǎo)通，所以電網(wǎng)側(cè)電流脈動。脈動電流包含高電流諧波，不能滿足維持電網(wǎng)質(zhì)量的諧波電流規(guī)定［8］-［12］。驅(qū)動電網(wǎng)側(cè)一般用電感濾波電路降低電流諧波至規(guī)定的特殊限制值。由于電感元件，此過濾器通常大且沉重，造成的驅(qū)動系統(tǒng)的體積和成本的增加。

許多學(xué)者研究了替代傳統(tǒng)帶大直流母線電容器的電機驅(qū)動器的方法。其中之一是無電解直流母線電容電機驅(qū)動，在直流母線上使用薄膜或陶瓷電容［13］-［18］。這些電容單位體積的容量比電解電容的小，因此，這種驅(qū)動器的直流母線電容減少到傳統(tǒng)帶大直流母線電容電機驅(qū)動的1%左右。通過重新設(shè)計了直流母線電容使提高可靠性、降低成本成為可能。薄膜或陶瓷電容電解電容允許更高的電流紋波并且具有更長的壽命，提高了可靠性，并降低了

驅(qū)動系統(tǒng)的故障。沒有電解電容的驅(qū)動器其尺寸和成本也可以通過降低或消除濾波器電路來降低。由于直流側(cè)電容可以吸收的功率波動明顯降低，小直流母線電容驅(qū)動的電網(wǎng)電流主要受逆變器的電輸出功率影響。因此，如果能控制逆變器的輸出功率使電網(wǎng)電流諧波減少，滿足規(guī)定，驅(qū)動系統(tǒng)的成本和大小可以減少。［15］-［18］提出了一些降低電網(wǎng)電流諧波的技術(shù)，其中［18］最近提出了塑造電網(wǎng)電流為正弦波的方法。由于這些優(yōu)點，在允許一定程度的轉(zhuǎn)矩脈動以及不需要應(yīng)對突發(fā)電網(wǎng)電壓故障問題能源的低功率和低成本應(yīng)用中，帶小直流母線電容電機驅(qū)動被研究并商業(yè)化。