[发明专利]用于无电解电容电机驱动系统的永磁电机控制器及方法

说明书

本发明公开一种用于无电解电容电机驱动系统的永磁电机控制器及方法，在无电解电容电机驱动系统注入3次谐波电流，降低了无电解电容电机驱动系统输入侧功率脉动量，实现无电解电容驱动系统输入侧控制目标与电机侧控制目标的解耦，改善了系统原有功率不平衡的问题，可使无电解电容电机驱动系统可获得近似为1的高输入功率因数，进而有效抑制母线电容电压的波动，降低直流母线电压的波动系数，为电机高性能运行提供条件；将重复控制引入矢量控制的速度环中，改进电机的转速环，在此基础上利用SVPWM调制模块产生6路指令控制电机运行，有效地解决在母线电压波动工况下输出精度差的问题，实现控制器快速、稳定的输出。

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，尤其涉及无电解电容电机驱动系统的控制技术。

背景技术

永磁同步电动机具有结构简单、功率密度大、维护方便等优点，在家用电器、工业生产、汽车驱动等领域已逐步取代直流电机和异步电机。该类电机所用的驱动系统普遍采用电压源型逆变器，这种电压源型逆变器使用大容值的电解电容吸收、释放大量能量，维持直流母线电压稳定工作，为电机高性能运行提供条件。然而，大容值的电解电容存在寿命短，热稳定性差等缺点，大容值的电解电容在85℃时的寿命一般为8000h，极易导致驱动系统发生故障，有约60％的电压源型逆变器故障是电解电容失效造成。为解决该问题，出现了无电解电容电机驱动系统，这种无电解电容电机驱动系统采用寿命长、可靠性高的薄膜电容替代了电解电容，薄膜电容在85℃时的寿命一般为100000h，因此，无电解电容电机驱动系统具有可靠性高、功率密度大的优点。无电解电容电机驱动系统的结构如图1所示，其包括依次串接的单相整流电路1、谐波注入电路3和三相逆变电路2，对永磁同步电机4进行驱动。其中，谐波注入电路3由电感L，薄膜电容C，二极管D和开关管S组成。单相整流电路1的输出正极与电感L一端连接，单相整流电路1的输出负极同时与开关管S的源极、薄膜电容C一端、三相逆变电路2的输入负极连接，开关管S的漏极同时与二极管D的阳极、电感L另一端连接，二极管D的阴极和薄膜电容C另一端连接，同时与三相逆变电路2的输入正极连接。然而，这种无电解电容驱动系统存在的问题是：薄膜电容容量仅为电解电容的几十分之一，在吸收、释放脉动功率时，直流母线电压波动系数大幅增加，造成电机输出功率、转矩脉动显著增加，电机静、动态性能大幅度下降，甚至会导致电机无法正常启动和工作，严重限制了无电解电容驱动系统的推广和普及。因此，要使这种无电解电容驱动系统得到推广和普及，亟需有能够显著提高电机静、动态性能的控制技术。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有无电解电容驱动系统存在的问题，提出一种用于无电解电容电机驱动系统的永磁电机控制器以该控制器的控制方法，解决无电解电容驱动系统中电容容值小和直流母线电压波动之间的矛盾并提高系统输入侧的功率因数，在此基础上提高电机静、动态性能。