高功率因数无电解电容变频驱动系统研究

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永磁同步电机由于其体积小、结构简单等优点被广泛应用于民用电器等领域。但是传统的变频驱动系统在直流环节使用大容量的电解电容会带来系统体积大、寿命短、网侧功率因数低等问题。使用小容量薄膜电容的无电解电容变频驱动系统,可以在减小系统体积与成本的同时,显著提高网侧功率因数。本文对无电解电容变频驱动系统的功率耦合和直流母线电压过冲问题展开研究,并提出合理有效的解决方法。建立了永磁同步电机变频驱动系统的数学模型,分析了直流母线电容容值对变频驱动系统的影响,证明了使用小容量薄膜电容有利于网侧功率因数的提高。通过分析传统双闭环控制下无电解电容变频驱动的工作原理,研究了输入侧与电机侧功率耦合严重、电机转速变化时直流母线电压过冲的问题。针对系统输入侧与电机侧功率耦合严重的问题,提出了网侧高功率因数控制策略。通过分析系统输入侧与电机侧的功率需求,将转速环的反馈值变为输入电压半个周期内的平均值,消除电机转速波动的影响,并在交轴电流控制的基础上加入输入电流环,实现对输入侧电流的控制。为了抑制系统进入过调制状态时,定子电流畸变对输入电流的影响,在直轴电流控制的基础上加入弱磁控制,保证电机平稳运行,通过仿真验证了所提控制策略的有效性。针对电机变速时电机侧能量进入直流母线,引起母线电压过冲的问题,提出了直流母线电压过冲抑制策略。通过分析直流母线电压稳定性,研究了电机在转速变化时直流母线电压存在冲击的现象。通过在转速环中使用基于BP神经网络的PI控制器,使系统根据转速给定值与反馈值改变控制器参数,降低系统对转速变化的敏感度,从而抑制母线电压过冲,通过仿真验证了所提控制策略的有效性。在理论分析与仿真分析的基础上,搭建实验平台进一步验证。实验结果证明了网侧高功率因素控制策略可以有效提高网侧功率因数,直流母线电压过冲抑制策略可以有效抑制电压过冲并提高系统的可靠性。
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