单相二极管整流与小直流母线电容电机驱动系统的不连续电网电流控制

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摘要：本文提出了一种无电解电容器电机驱动系统的控制方法。由于该电机驱动直流母线电容约为传统的1%，能在没有直接控制逆变器的电输出功率的笨重滤波电路的情况下，满足IEC61000-3-2电网电流规定。但是，驱动器的直流母线电压按整流后的电网电压波动。这会导致电机电流升高，特别是在低直流母线电压区时，并严重降低驱动效率。为了解决这个问题，所提出的方法在控制输出功率时，使直流母线电压保持高于某个限定值。在直流电压较低时，通过降低d轴电流提高驱动效率，以满足电网电流小谐波规定。所提出的方法包括生成直流母线电压限制的电机参考电流和选择限制值。实验结果验证了所提出方法的改进性能。

关键词：直流母线电容，直流母线电压控制，效率，电解电容器，电网电流谐波，电机驱动，单相二极管整流系统

I． 引言

随着单位体积容量大和低成本的特点，电解电容器适用于许多用于存储能量和降低功率纹波的功率传输系统。特别是，如图1所示的由单相交流电网供电的电机驱动，针对交流电网波动输入，直流母线使用电解电容以保持输出功率恒定。但是，电机驱动中的电解电容来带来可靠性，体积，成本等问题。由于电解质的蒸发，电解电容容易受到电流纹波和热的影响。此外，老化的电解电容其电解质减少，比起新的具有更高的等效串联电阻和较低的电容值，并会增加直流母线电流纹波，导致系统故障。根据［1］-［7］，约60%的驱动电路故障来自于电解直流母线电容器。为降低电流谐波，电网侧滤波电路的使用增加了驱动系统的成本和体积。由于驱动器的直流母线电压几乎保持恒定，二极管整流器只有短时间的导通，所以电网侧电流脉动。脉动电流包含高电流谐波，不能满足维持电网质量的谐波电流规定［8］-［12］。驱动电网侧一般用电感滤波电路降低电流谐波至规定的特殊限制值。由于电感元件，此过滤器通常大且沉重，造成的驱动系统的体积和成本的增加。

许多学者研究了替代传统带大直流母线电容器的电机驱动器的方法。其中之一是无电解直流母线电容电机驱动，在直流母线上使用薄膜或陶瓷电容［13］-［18］。这些电容单位体积的容量比电解电容的小，因此，这种驱动器的直流母线电容减少到传统带大直流母线电容电机驱动的1%左右。通过重新设计了直流母线电容使提高可靠性、降低成本成为可能。薄膜或陶瓷电容电解电容允许更高的电流纹波并且具有更长的寿命，提高了可靠性，并降低了

驱动系统的故障。没有电解电容的驱动器其尺寸和成本也可以通过降低或消除滤波器电路来降低。由于直流侧电容可以吸收的功率波动明显降低，小直流母线电容驱动的电网电流主要受逆变器的电输出功率影响。因此，如果能控制逆变器的输出功率使电网电流谐波减少，满足规定，驱动系统的成本和大小可以减少。［15］-［18］提出了一些降低电网电流谐波的技术，其中［18］最近提出了塑造电网电流为正弦波的方法。由于这些优点，在允许一定程度的转矩脉动以及不需要应对突发电网电压故障问题能源的低功率和低成本应用中，带小直流母线电容电机驱动被研究并商业化。