永磁同步电机的多电平驱动技术

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1、中图分类号：TM351论文编号：102870318-SX078学科分类号：080800硕士学位论文永磁同步电机的多电平驱动技术研究生姓名赵星晨学科、专业电气工程研究方向电力电子与电力传动指导教师王晓琳教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationResearchonPermanentMagneticSynchronousMotorDrivedbyMulti-levelInvert

2、erAThesisinElectricalEngineeringbyZhaoXingchenAdvisedbyProf.WangXiaolinSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018南京航空航天大学硕士学位论文摘要电流谐波抑制对于永磁同步电机转矩脉动、定转子铁损等性能的提升具有重要意义。采用多电平逆变器驱动永磁同步电机可以有效降低电流谐波。本文重点研究二极管中点钳位型三电平逆变器驱动永磁同步电机运行时的中点电

3、位平衡问题、电流纹波预测以及基于纹波预测的变开关频率PWM算法。传统的短矢量平衡因子法由于矢量序列固定所以在不同功率因数负载下中点电位平衡能力有限，本文提出两种基于动态矢量序列的短矢量平衡因子法，基于母线中点电位、相电流和矢量作用时间等信息比较不同矢量序列平衡中点电位的能力，优化矢量序列从而有效提高三电平逆变器的中点平衡能力。本文还研究了零序电压注入法和虚拟空间电压矢量法两种平衡中点电位的方法，同样实现了中点电位的平衡。零序电压注入法与本文所提出的基于动态矢量序列的短矢量平衡因子法之间的等效关系在本文中也得到了分析。本文基于戴维南等效电路分析了

4、三电平逆变器在不同电压矢量作用下的输出电流变化率，并根据母线电压、输出电感、占空比以及开关频率准确预测输出电流纹波峰值。同时提出一种基于电流纹波预测的三电平变开关频率PWM，在控制电流纹波峰值满足给定值的条件下动态调整开关频率从而减小开关频率与开关损耗，并分散电流频谱，降低EMI噪声。利用MATLAB/Simulink建立了系统的仿真模型，并对各种中点平衡算法、电流预测算法以及三电平变开关频率PWM策略进行了仿真验证。搭建了永磁同步电机三电平驱动平台，通过实验证明本文所提出的两种基于动态矢量序列的短矢量平衡因子法与传统的短矢量平衡因子法相比具备

5、更强的中点平衡能力。同时实验验证了零序电压注入法和虚拟空间电压矢量法在不同功率因数和调制比下的中点平衡效果。此外，实验证明了三电平逆变器输出电流纹波预测算法的正确性，说明了基于电流纹波预测的变开关频率PWM策略能够有效减小开关损耗并且分散电流频谱，抑制EMI噪声。采用三电平逆变器在无位置传感器算法下驱动永磁同步电机稳定运行，并与两电平驱动进行对比证明了三电平驱动在电流谐波抑制方面的优势。关键词：中点平衡，电流纹波预测，变开关频率PWM，三电平逆变器，永磁同步电机i永磁同步电机的多电平驱动技术ABSTRACTSuppresionofcurrent

6、harmonicsofpermanentmagneticsynchronousmotor(PMSM)isimportanttothereductionoftorquerippleandironloss.Currentharmonicscanbereducedsharplywhenthemultilevelinverterisapplied.Thispaperdealswiththediode-clampedneutralpointclamped(NPC)three-levelinverter.Theneutralpointpotentialba

7、lance,currentripplepredictionandvariableswitchingfrequencyPWM(VSFPWM)basedonthecurrentripplepredictionareresearchedinthispaper.Traditionalshortvectorbalancingcoefficientalgorithmhaslimitedneutralpointpotentialbalancingabilityduetothefixedvoltagevectorsequences.Thispaperpropo

8、sestwobalancingcoefficientalgorithmsbasedondynamicvoltagevectorsequences.Th