基于无电解电容驱动器的空调永磁电机控制策略研究

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1、硕士学位论文基于无电解电容驱动器的空调永磁电机控制策略研究ELECTROLYTICCAPACITOR-LESSCONTROLSTRATEGYFORAIR-CONDITIONERPMSMDRIVES曲立志哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TM921学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文基于无电解电容驱动器的空调永磁电机控制策略研究硕士研究生：曲立志导师：王高林教授申请学位：工学硕士学科：电力电子与电力传动所在单位：电气工程系答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM921U.D.C:621.3Di

2、ssertationfortheMasterDegreeinEngineeringELECTROLYTICCAPACITOR-LESSCONTROLSTRATEGYFORAIR-CONDITIONERPMSMDRIVESCandidate：QuLizhiSupervisor：Prof.WangGaolinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PowerElectronicsandElectricalDrivesAffiliation：Dept.ofElectricalEngineeringDateofDefenc

3、e：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要变频调速永磁电机驱动系统被广泛应用于家用电器中，尤其是家用空调领域，有利于使提升系统性能并且降低能源消耗。近年来，电解电容寿命短已成为空调驱动器发生故障的重要因素，并且传统空调驱动器中的功率因数校正电路需要电感、功率开关管等元件，增加了系统成本。采用薄膜电容代替电解电容，可以有效提高驱动系统的可靠性，并降低成本和体积。但是采用薄膜电容会导致母线电压波动，电网侧会产生大量谐波电流，电机控制难度加大。为了改善空调永磁电机

4、控制系统的性能，本文对基于无电解电容驱动器的空调永磁电机控制策略进行研究。由于无电解电容控制是建立在无位置传感器驱动系统基础之上，首先研究一种空调永磁电机位置观测器。分析空调永磁电机矢量控制原理，然后根据数学模型以及相应的坐标变换建立扩展反电动势模型，设计基于扩展反电动势数学模型的空调永磁电机位置观测器，最后采用锁相环有效地提取转子位置信息，为无电解电容及无传感器驱动器控制的研究奠定了基础。针对高速运行不可采样区域的电流重构问题，研究一种基于PWM移相的三电阻采样相电流重构方法。在分析相电流重构原理的基础上，确定了三电阻相电流不可采样区域。针对四个不同的不可采样区域，分别通过注入电压

5、矢量对原参考电压矢量进行补偿。最后，通过对PWM波形进行移相处理，使得电流采样时间大于最短采样时间，进而得到电机有效的重构电流波形，为无电解电容驱动器的电流闭环控制提供了反馈信号。研究基于逆变器输出功率及母线电压控制的无电解电容控制策略，建立实现高功率因数的d-q轴电流参考量分配机制和电压补偿机制。通过分析输入电流与负载功率的关系，阐明了提高功率因数的实现机理。q轴电流采用基于逆变器输出功率调节的控制策略以及比例谐振控制器，d轴电流采用弱磁控制，从而提高系统的功率因数。并对母线电压稳定性进行分析，采用基于母线电压反馈控制策略，通过在参考电压进行补偿来实现母线电压的稳定。在理论及仿真分

6、析基础上，通过TMS320F28034DSP实现了所研究的无电解电容控制算法，并在1.5匹美的永磁电机空调实验平台上进行了实验研究，验证了所研究控制策略的有效性和可行性。关键词：空调永磁同步电机；无电解电容；位置观测器；三电阻采样；高功率因数控制-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractVariablefrequencycontrolledpermanentmagnetsynchronousmotor(PMSM)drivesystemsarewidelyusedinhouseholdappliances,especiallyinair-conditioners.PMSMdr

7、ivecompressorcanimprovetheperformanceofsystemaswellasreducetheconsumptionoftheenergybyalargemargin.Inrecentyears,theshortlifespanoftheelectrolyticcapacitorhasbecomeakeyfactormakingthefaultofdrives,andtraditionalPFCcircuitsinair-co