[发明专利]永磁同步电机驱动系统无电解电容功率变换器及控制方法

说明书

本发明公开一种永磁同步电机驱动系统无电解电容功率变换器及控制方法，单相整流电路输出正极与第一二极管的阳极连接、输出负极与第一薄膜电容负极、第二开关管发射极、第二薄膜电容负极、三相逆变电路输入负极连接，第一开关管发射极与电感一端、第一二极管阴极连接。第一开关管集电极与第一薄膜电容正极、第二二极管阴极连接，第二开关管集电极与电感L另一端连接，同时与第二二极管和第三二极管的阳极连接，第三二极管的阴极与第三开关管的集电极连接，第三开关管的发射极和第二薄膜电容正极连接，同时与三相逆变电路的输入正极连接，能有效改善现有无电解电容电机驱动系统直流母线电压波动严重、电机静动态性能差的问题。

技术领域

本发明属于电力电子控制技术领域，尤其涉及一种用于永磁同步电机驱动系统的无电解电容功率变换器及控制方法。

背景技术

永磁同步电动机(Permanent Magnetic Synchronous Machine，PMSM)具有结构简单、功率密度高、维护方便等优点，在工业应用、家用电器、汽车驱动等领域已逐步取代直流电机和异步电机。该类电机驱动系统需要大容值电解电容维持直流母线电压稳定，为电机高性能运行提供工作条件。然而，电解电容存在寿命短、可靠性低、热稳定性差等缺点，是电机驱动系统故障的主要原因。为提高电机驱动系统的可靠性，其中一个解决方案是采用效率高、寿命长的无电解电容驱动系统，所谓无电解电容驱动系统是采用小容值高压陶瓷电容或薄膜电容替代电解电容作为系统的功率解耦器件，但是小容量电容在吸收电网功率脉动时，直流母线电压存在大幅度波动，进而导致电机输出功率和转矩脉动增加，严重降低了电机的静、动态性能。

目前，无电解电容驱动系统从实现技术出发可分为两大类：第一类是维持电机驱动系统结构不变，使用小容量薄膜电容替代原有大容量电解电容，并通过相应控制技术实现无电解电容驱动系统工作；该类技术需要电机参与驱动系统功率解耦，电机转矩和转速均存在较为严重的波动，仅适用于对电机性能要求不高的场合，如空调压缩机、洗衣机等。第二类是在传统驱动系统结构上通过增加功率解耦电路抑制直流母线电压波动，进而同时提升驱动系统电网侧和电机侧性能；已有电路中，升压型功率解耦电路通过提高直流母线电压等级实现母线电压波动抑制，但是功率器件电压应力和系统成本随之增加；直流母线上并联解耦电路可以在电网电压较低时提升母线电压，有效避免母线电压过低导致电机工作在欠压状态，但存在电网侧功率因数低、电流谐波含量大的缺点；基于Z源构建的功率解耦电路可以有效降低直流母线电压波动，但是存在器件参数一致性要求严格、控制复杂、逆变器直通问题。为此，研究、设计能兼顾电网侧电能质量和电机性能的低成本、简单、易于实现的无电解电容功率变换器是本领域的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于永磁同步电机的无电解电容功率变换器及其控制方法，能在有效抑制直流母线电压波动的同时，具有高输入功率因数、高效率、长寿命、驱动性能优良的特点，能有效改善现有无电解电容电机驱动系统直流母线电压波动严重、电机静动态性能差的问题。

为达到上述目的，本发明永磁同步电机驱动系统无电解电容功率变换器采用下述技术方案：由单相整流电路、功率解耦电路和三相逆变电路依次串接组成，功率解耦电路由第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第一薄膜电容、第二薄膜电容和电感组成；单相整流电路的输出正极与第一二极管的阳极连接，单相整流电路的输出负极同时与第一薄膜电容的负极、第二开关管的发射极、第二薄膜电容的负极、三相逆变电路的输入负极连接；第一开关管的发射极与电感的一端、第一二极管的阴极连接，第一开关管的集电极与第一薄膜电容的正极、第二二极管的阴极连接；第二开关管的集电极与电感L的另一端连接，同时与第二二极管和第三二极管的阳极连接；第三二极管的阴极与第三开关管的集电极连接，第三开关管的发射极和第二薄膜电容的正极连接，同时与三相逆变电路的输入正极连接。