單相二極管整流與小直流母線電容電機驅動系統的不連續電網電流控制文檔

摘要：本文提出了一種無電解電容器電機驅動系統的控制方法。由于該電機驅動直流母線電容約為傳統的1%，能在沒有直接控制逆變器的電輸出功率的笨重濾波電路的情況下，滿足IEC61000-3-2電網電流規定。但是，驅動器的直流母線電壓按整流后的電網電壓波動。這會導致電機電流升高，特別是在低直流母線電壓區時，并嚴重降低驅動效率。為了解決這個問題，所提出的方法在控制輸出功率時，使直流母線電壓保持高于某個限定值。在直流電壓較低時，通過降低d軸電流提高驅動效率，以滿足電網電流小諧波規定。所提出的方法包括生成直流母線電壓限制的電機參考電流和選擇限制值。實驗結果驗證了所提出方法的改進性能。

關鍵詞：直流母線電容，直流母線電壓控制，效率，電解電容器，電網電流諧波，電機驅動，單相二極管整流系統

I． 引言

隨著單位體積容量大和低成本的特點，電解電容器適用于許多用于存儲能量和降低功率紋波的功率傳輸系統。特別是，如圖1所示的由單相交流電網供電的電機驅動，針對交流電網波動輸入，直流母線使用電解電容以保持輸出功率恒定。但是，電機驅動中的電解電容來帶來可靠性，體積，成本等問題。由于電解質的蒸發，電解電容容易受到電流紋波和熱的影響。此外，老化的電解電容其電解質減少，比起新的具有更高的等效串聯電阻和較低的電容值，并會增加直流母線電流紋波，導致系統故障。根據［1］-［7］，約60%的驅動電路故障來自于電解直流母線電容器。為降低電流諧波，電網側濾波電路的使用增加了驅動系統的成本和體積。由于驅動器的直流母線電壓幾乎保持恒定，二極管整流器只有短時間的導通，所以電網側電流脈動。脈動電流包含高電流諧波，不能滿足維持電網質量的諧波電流規定［8］-［12］。驅動電網側一般用電感濾波電路降低電流諧波至規定的特殊限制值。由于電感元件，此過濾器通常大且沉重，造成的驅動系統的體積和成本的增加。

許多學者研究了替代傳統帶大直流母線電容器的電機驅動器的方法。其中之一是無電解直流母線電容電機驅動，在直流母線上使用薄膜或陶瓷電容［13］-［18］。這些電容單位體積的容量比電解電容的小，因此，這種驅動器的直流母線電容減少到傳統帶大直流母線電容電機驅動的1%左右。通過重新設計了直流母線電容使提高可靠性、降低成本成為可能。薄膜或陶瓷電容電解電容允許更高的電流紋波并且具有更長的壽命，提高了可靠性，并降低了

驅動系統的故障。沒有電解電容的驅動器其尺寸和成本也可以通過降低或消除濾波器電路來降低。由于直流側電容可以吸收的功率波動明顯降低，小直流母線電容驅動的電網電流主要受逆變器的電輸出功率影響。因此，如果能控制逆變器的輸出功率使電網電流諧波減少，滿足規定，驅動系統的成本和大小可以減少。［15］-［18］提出了一些降低電網電流諧波的技術，其中［18］最近提出了塑造電網電流為正弦波的方法。由于這些優點，在允許一定程度的轉矩脈動以及不需要應對突發電網電壓故障問題能源的低功率和低成本應用中，帶小直流母線電容電機驅動被研究并商業化。