[发明专利]一种用于永磁同步电机驱动系统的控制系统及控制方法

说明书

本发明提出的是一种用于永磁同步电机驱动系统的控制系统，该系统包括无电解电容功率变换器；所述无电解电容功率变换器包括单相整流电路(1)，功率解耦电路(2)，三相逆变电路(3)。一种永磁同步电机驱动系统的控制方法，该方法包括利用无电解电容功率变换器实现对永磁同步电机驱动系统的控制。本发明的有益效果：本发明的单电感功率解耦电路控制电网输出电流跟踪电网电压变化，能有效降低电网输出电流的谐波含量，可实现电网输出电流低谐波、高功率因数的运行。

技术领域

本发明涉及一种用于永磁同步电机驱动系统的控制系统及控制方法，属于电力电子技术领域。

背景技术

永磁同步电机(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，研究人员提出众多解决方案和构想，其中无电解电容驱动系统因其效率高、寿命长等优点成为永磁同步电机驱动系统的研究热点；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，它虽然具有众多优点，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，已有研究成果表明，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重点发展方向。

发明内容

本发明提出的是一种用于永磁同步电机驱动系统的控制系统及控制方法，其目的旨在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。

本发明的技术解决方案：一种用于永磁同步电机驱动系统的控制系统，该系统包括无电解电容功率变换器；所述无电解电容功率变换器包括单相整流电路1，功率解耦电路2，三相逆变电路3。

进一步地，所述功率解耦电路2为单电感功率解耦电路。

进一步地，所述单相整流电路1中包括四个二极管，其中两个二极管串接形成第一路二极管组，另两个二极管串接形成第二路二极管组，第一路二极管组与第二路二极管组并联；第一路二极管组的阴极与第二路二极管组的阴极形成单相整流电路1的上半区共阴极组；第一路二极管组的阳极与第二路二极管组的阳极形成单相整流电路1的下半区共阳极组。

进一步地，所述单相整流电路1的输入端与电网相连，单相整流电路1中上半区共阴极组的两个二极管阴极与功率解耦电路2的第一二极管D₁阳极相连，单相整流电路1中下半区共阳极组的两个二极管阳极与功率解耦电路2的第二开关管S₂的发射极和三相逆变电路3的共阳极组的阳极相连；三相逆变电路3的共阴极组的阴极与功率解耦电路2的第三开关管S₃的发射极相连，三相逆变电路3的输出端连接永磁同步电机的三相绕组。