單相二極管整流與小直流母線電容電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jī)驅(qū)動(dòng)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(wú)電解電容器電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制方法。由于該電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)器的直流母線電壓按整流后的電網(wǎng)電壓波動(dòng)。這會(huì)導(dǎo)致電機(jī)電流升高，特別是在低直流母線電壓區(qū)時(shí)，并嚴(yán)重降低驅(qū)動(dòng)效率。為了解決這個(gè)問(wèn)題，所提出的方法在控制輸出功率時(shí)，使直流母線電壓保持高于某個(gè)限定值。在直流電壓較低時(shí)，通過(guò)降低d軸電流提高驅(qū)動(dòng)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(jī)參考電流和選擇限制值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所提出方法的改進(jìn)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(jī)驅(qū)動(dòng)，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(diǎn)，電解電容器適用于許多用于存儲(chǔ)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(jī)驅(qū)動(dòng)，針對(duì)交流電網(wǎng)波動(dòng)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(jī)驅(qū)動(dòng)中的電解電容來(lái)帶來(lái)可靠性，體積，成本等問(wèn)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(huì)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(dòng)電路故障來(lái)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(dòng)系統(tǒng)的成本和體積。由于驅(qū)動(dòng)器的直流母線電壓幾乎保持恒定，二極管整流器只有短時(shí)間的導(dǎo)通，所以電網(wǎng)側(cè)電流脈動(dòng)。脈動(dòng)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(dòng)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(guò)濾器通常大且沉重，造成的驅(qū)動(dòng)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(jī)驅(qū)動(dòng)器的方法。其中之一是無(wú)電解直流母線電容電機(jī)驅(qū)動(dòng)，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(dòng)器的直流母線電容減少到傳統(tǒng)帶大直流母線電容電機(jī)驅(qū)動(dòng)的1%左右。通過(guò)重新設(shè)計(jì)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(zhǎng)的壽命，提高了可靠性，并降低了

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的故障。沒有電解電容的驅(qū)動(dòng)器其尺寸和成本也可以通過(guò)降低或消除濾波器電路來(lái)降低。由于直流側(cè)電容可以吸收的功率波動(dòng)明顯降低，小直流母線電容驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(diǎn)，在允許一定程度的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)以及不需要應(yīng)對(duì)突發(fā)電網(wǎng)電壓故障問(wèn)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(jī)驅(qū)動(dòng)被研究并商業(yè)化。