隨著現(xiàn)代電機驅(qū)動技術(shù)的不斷發(fā)展,運行壽命和成本已成為交流電機驅(qū)動系統(tǒng)的重點關(guān)注問題。鋁電解電容以其大容量、高性價比的特征被廣泛應用于空調(diào)壓縮機驅(qū)動器中,然而由于其工作壽命受環(huán)境溫度影響較顯著,已成為影響驅(qū)動系統(tǒng)運行壽命的主要薄弱環(huán)節(jié)之一。采用小容值薄膜電容替代大容值鋁電解電容的無電解電容驅(qū)動系統(tǒng),能夠顯著提升系統(tǒng)運行壽命。本論文將對空調(diào)永磁壓縮機無電解電容驅(qū)動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)運行理論和應用瓶頸問題展開研究,并提出有效的解決方法,以推動無電解電容驅(qū)動技術(shù)的實際應用。為了改善空調(diào)永磁壓縮機驅(qū)動系統(tǒng)的網(wǎng)側(cè)電能質(zhì)量,在分析驅(qū)動系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)輸入和逆變器側(cè)輸出功率特性基礎(chǔ)上,通過對逆變器功率和母線電壓進行閉環(huán)控制以實現(xiàn)網(wǎng)側(cè)高功率因數(shù)。由于無電解電容驅(qū)動系統(tǒng)母線電容容值顯著降低,導致網(wǎng)側(cè)輸入與逆變器側(cè)輸出功率具有強耦合關(guān)系。研究一種逆變器功率閉環(huán)控制方法,采用具有高增益特性的比例諧振控制器以增強功率閉環(huán)控制效果,并給出相應的參數(shù)設(shè)計方法。在此基礎(chǔ)上,采用母線電壓閉環(huán)控制方法,優(yōu)化電機電壓信號指令生成方式,進一步提升逆變器功率的控制效果,以滿足空調(diào)應用場合的高功率因數(shù)要求。針對驅(qū)動系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)電感電容諧振問題,通過提取諧振信息,建立反饋控制環(huán)路以增加系統(tǒng)阻尼,實現(xiàn)對諧振的抑制。在頻域內(nèi)對驅(qū)動系統(tǒng)進行建模,分析采用不同控制律的信號反饋處理方式,綜合考慮諧振抑制效果、算法實現(xiàn)復雜程度以及對參數(shù)變化的魯棒性等因素,采用基于母線電壓比例形式反饋的諧振抑制方法。另外,提出一種采用虛擬電阻串聯(lián)于網(wǎng)側(cè)電感的控制方法,即基于電感電流反饋的諧振抑制方法,從理論上證明基于電感電流的反饋方式可通過等效的母線電壓反饋方式來實現(xiàn)。實驗結(jié)果表明所提出的諧振抑制方法可以有效抑制網(wǎng)側(cè)電流諧波,以滿足IEC-61000-3-2諧波標準。通過將逆變器側(cè)電機等效為恒功率負載的傳統(tǒng)模型難以分析電機參數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響,本文研究基于阻抗模型的穩(wěn)定性控制方法。建立包含電機參數(shù)、控制方式和控制器參數(shù)的逆變器側(cè)電機阻抗模型以及包含網(wǎng)側(cè)電感和母線電容的網(wǎng)側(cè)輸入阻抗模型,從阻抗角度揭示驅(qū)動系統(tǒng)穩(wěn)定性和網(wǎng)側(cè)電流諧波特性的內(nèi)在機理。將驅(qū)動系統(tǒng)等效為網(wǎng)側(cè)輸入環(huán)節(jié)和逆變器側(cè)電機環(huán)節(jié)的級聯(lián),通過級聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)分析驅(qū)動系統(tǒng)穩(wěn)定運行條件。在此基礎(chǔ)上,提出一種基于阻抗模型的穩(wěn)定性控制方法,提高空調(diào)永磁壓縮機無電解電容驅(qū)動系統(tǒng)運行穩(wěn)定性。由于無電解電容驅(qū)動系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)輸入和逆變器側(cè)輸出的能量耦合特性,系統(tǒng)在特定運行頻率處會產(chǎn)生拍頻現(xiàn)象,研究通過消除與波動負載轉(zhuǎn)矩同頻率的諧波成分,抑制拍頻現(xiàn)象導致的驅(qū)動系統(tǒng)低頻振蕩問題。拍頻現(xiàn)象會導致系統(tǒng)損耗增加、電壓和電流應力增大,并產(chǎn)生額外噪音,嚴重時甚至與機械系統(tǒng)發(fā)生共振而影響驅(qū)動系統(tǒng)正常運行。通過分析母線電壓波動和負載轉(zhuǎn)矩對驅(qū)動系統(tǒng)的影響,揭示拍頻現(xiàn)象產(chǎn)生機理,并進一步分析拍頻現(xiàn)象導致網(wǎng)側(cè)電流和電機電流的低頻振蕩特性。在此基礎(chǔ)上,提出一種拍頻現(xiàn)象抑制方法,通過消除與負載轉(zhuǎn)矩同頻率的波動信號成分,從而避免因驅(qū)動系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)輸入和逆變器側(cè)輸出能量耦合導致的不同頻率信號交互作用。實驗表明,所提出的控制方法可以有效抑制驅(qū)動系統(tǒng)拍頻現(xiàn)象。在上述研究基礎(chǔ)上,研制出了適用于空調(diào)壓縮機應用場合的無電解電容驅(qū)動器樣機,并實現(xiàn)了所研究的控制算法,實驗結(jié)果驗證了所研究無電解電容驅(qū)動控制方法的有效性。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TB657.2
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究目的和意義
    1.2 課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 網(wǎng)側(cè)高功率因數(shù)控制方法
        1.2.2 網(wǎng)側(cè)電流諧波抑制方法
        1.2.3 驅(qū)動系統(tǒng)穩(wěn)定性控制方法
        1.2.4 驅(qū)動系統(tǒng)拍頻抑制技術(shù)
    1.3 本文的主要研究內(nèi)容
第2章 無電解電容驅(qū)動系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)高功率因數(shù)控制方法
    2.1 引言
    2.2 驅(qū)動系統(tǒng)輸入和輸出功率特性分析
        2.2.1 無電解電容驅(qū)動系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)
        2.2.2 驅(qū)動系統(tǒng)功率特性分析
    2.3 網(wǎng)側(cè)高功率因數(shù)控制方法
        2.3.1 逆變器功率控制環(huán)路構(gòu)建
        2.3.2 比例諧振功率控制器設(shè)計
        2.3.3 基于母線電壓控制的功率補償策略
    2.4 實驗結(jié)果及分析
    2.5 本章小結(jié)
第3章 無電解電容驅(qū)動系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)電感電容諧振抑制方法
    3.1 引言
    3.2 網(wǎng)側(cè)LC諧振現(xiàn)象分析
    3.3 基于母線電壓反饋的諧振抑制策略
        3.3.1 母線電壓反饋控制律及其特性分析
        3.3.2 阻尼控制實現(xiàn)方式
    3.4 基于電感電流反饋的諧振抑制策略
        3.4.1 虛擬電阻控制方式及穩(wěn)定性分析
        3.4.2 電感電流反饋控制機制
    3.5 仿真和實驗結(jié)果
        3.5.1 母線電壓反饋諧振抑制方法仿真結(jié)果
        3.5.2 母線電壓反饋諧振抑制方法實驗結(jié)果
        3.5.3 電感電流反饋諧振抑制方法實驗結(jié)果
    3.6 本章小結(jié)
第4章 基于阻抗模型的驅(qū)動系統(tǒng)穩(wěn)定性分析及控制方法
    4.1 引言
    4.2 驅(qū)動系統(tǒng)阻抗特性建模及分析
    4.3 驅(qū)動系統(tǒng)穩(wěn)定性控制方法
        4.3.1 網(wǎng)側(cè)電流直接反饋控制方法
        4.3.2 驅(qū)動系統(tǒng)穩(wěn)定性分析
        4.3.3 網(wǎng)側(cè)輸入阻抗特性分析
    4.4 驅(qū)動系統(tǒng)穩(wěn)定性實驗結(jié)果及分析
        4.4.1 驅(qū)動系統(tǒng)穩(wěn)定性控制實驗結(jié)果
        4.4.2 驅(qū)動系統(tǒng)運行性能實驗結(jié)果
    4.5 本章小結(jié)
第5章 無電解電容驅(qū)動系統(tǒng)拍頻現(xiàn)象機理分析及抑制策略
    5.1 引言
    5.2 驅(qū)動系統(tǒng)拍頻現(xiàn)象分析
        5.2.1 母線電壓波動引起拍頻現(xiàn)象分析
        5.2.2 母線電壓與電機波動性負載引起拍頻現(xiàn)象分析
    5.3 驅(qū)動系統(tǒng)拍頻現(xiàn)象抑制策略
        5.3.1 拍頻現(xiàn)象對驅(qū)動系統(tǒng)性能影響分析
        5.3.2 網(wǎng)側(cè)電流拍頻抑制策略
        5.3.3 機側(cè)電流拍頻抑制策略
    5.4 實驗結(jié)果及分析
    5.5 本章小結(jié)
第6章 永磁壓縮機無電解電容驅(qū)動控制系統(tǒng)設(shè)計及實驗驗證
    6.1 引言
    6.2 永磁壓縮機無電解電容驅(qū)動控制系統(tǒng)設(shè)計
        6.2.1 無電解電容驅(qū)動系統(tǒng)硬件實驗平臺
        6.2.2 驅(qū)動系統(tǒng)母線電容和網(wǎng)側(cè)電感參數(shù)分析
        6.2.3 無電解電容驅(qū)動系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計
    6.3 永磁壓縮機無電解電容驅(qū)動控制系統(tǒng)實驗結(jié)果及分析
        6.3.1 驅(qū)動系統(tǒng)啟動過程實驗結(jié)果
        6.3.2 驅(qū)動系統(tǒng)調(diào)速運行實驗結(jié)果
        6.3.3 對比測試日本大金空調(diào)產(chǎn)品實驗結(jié)果
    6.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀博士學位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝
個人簡歷

【參考文獻】

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本文編號：2853128