[发明专利]采用小容量薄膜电容的高功率因数二极管整流器永磁电机控制方法

说明书

本发明提供一种采用小容量薄膜电容的高功率因数二极管整流器永磁电机控制方法。该方法的d‑q轴给定电流由优化算法离线计算获得，采用PWM预测控制器代替传统矢量控制的PI电流控制器。为补偿逆变器期望输出功率与电机实时电流和给定电压计算的输出功率之间的误差，加入电压修正矢量。采用新型过调制算法，在增大逆变器输出电压能力的同时，使修正后的逆变器给定电压始终在逆变器输出电压限制范围内。本发明不需要额外的功率因数校正电路或输入滤波器，可实现网侧高功率因数控制，同时抑制电网输入电流谐波分量。相对于传统的电机驱动器，所提出的电机驱动控制方案在成本、体积及可靠性方面有显著优势。

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，具体是一种采用小容量薄膜电容的高功率因数二极管整流器永磁电机控制方法。

背景技术

近年来，变频调速永磁电机驱动系统被广泛应用于家用电器中，如空调、洗衣机及冰箱等领域。虽然调速驱动改善了家用电器应用的能源效率，但电力电子器件的广泛应用显著增加了电流谐波对电网的压力。

传统的单相交流输入逆变器电机驱动系统中，直流母线侧通常采用大电解电容使母线电压稳定。但是，大电解电容存在体积大、寿命短等缺陷，而且为了改善网侧电流质量，一般需要增加功率因数校正(PFC)电路。PFC电路需要电感和功率开关器件，这些在很大程度上增加了系统的不稳定性、功率损耗、重量和成本。

因为空调压缩机等家用电器控制系统对电机的控制精度要求并不高。而小容量薄膜电容能量损耗小，容易获得高功率因数，且允许电压大的波动，其寿命更长，则可靠性更高，同时能够获得更好的输入电流波形。鉴于此，相关技术中使用小容量薄膜电容作为直流母线电容应用在交-直-交功率转换系统中，这种系统被称为“无电解电容驱动系统”或简称为“无电容系统”。该驱动系统不适合高转矩和高转速调节的高性能驱动器。而在一般家用电器中，该驱动系统具有无需附加额外硬件电路的优势。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对直流母线采用小容量薄膜电容(几μF至几十μF)变频驱动系统，在不增加额外硬件电路的情况下，通过优化计算满足逆变器瞬时输入功率正弦的d-q轴电流给定值、PWM预测控制器、直接功率补偿及其过调制方法实现网侧高功率因数控制。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种采用小容量薄膜电容的高功率因数二极管整流器永磁电机控制方法，包括以下步骤：

S1、通过驱动系统功率关系，离线计算出使得逆变器瞬时输入功率正弦的d-q轴电流给定值并存于查找表中；

S2、由平均输入功率和实时转速选取d-q轴给定电流及d-q轴实时电流输入PWM预测控制器实现对给定电流的控制，根据系统数学模型预测出使下一时刻实际电流跟踪给定电流的d-q轴给定电压，输出逆变器给定电压矢量；

S3、输出逆变器给定电压矢量需要进行实时修改，利用电机实时电流矢量和给定电压矢量计算的功率与逆变器期望输出功率之间的误差，计算最小电压修正矢量加入控制，直接修改给定电压矢量以补偿功率差异；

S4、采用过调制算法，在增大逆变器输出电压能力的同时，使得修正后的逆变器给定电压始终在逆变器输出电压限制内。

所述步骤S1中的离线计算获得的d-q轴电流给定值，其算法计算规则为：满足电机控制要求的转矩与转速，逆变器输出电压限制裕度，尽量使逆变器瞬时输入功率按正弦规律变化；为方便计算，利用傅立叶级数展开近似表示d-q轴给定电流：