基于整流二极管和小型直流环节电容的感应电机驱动装置参考.doc

编号： 　毕业设计(论文)外文翻译 （译文） 院 （系）： 机电工程学院 专 业： 学生姓名：学 号： 指导教师单位： 姓 名：职 称： 2012年5月20日 基于整流二极管和小型直流环节电容的感应电机驱动装置 Marko Hinkkanen, Member, IEEE, and Jorma Luomi, Member, IEEE 摘要：文章介绍了一种感应电机无传感器矢量控制驱动装置，装置通过整流二极管构成的变频器进行反馈。通过小型直流环节电容取代了电解电容和薄膜电容。直流环节的固有频率取为6倍工频和转换频率之间。文章通过对小型电容进行微小的改动，提出了一种无传感器的控制器。仿真和试验运行结果表明，2.2kw的驱动装置只需要24μF的电容即可达到很宽的调速范围。 关键词：控制，直流环节，薄膜电容，无传感器 Ⅰ.引言 通常用于感应电机驱动的装置由6脉波整流器、直流稳压环节和PWM逆变器组成。照惯例直流环节由电解电容和直流扼流电感（或者在整流器输入处装设扼流线圈）组成。由于直流环节的自然频率大大的低于6倍工频频率，直流环节电压在一个较高的值范围内稳定。电解电容需要很大的单位容量。如何用薄膜电容取代电解电容而获得更耐用和避免爆炸的效果引起越来越多的关注。但是为保证电容容量的要求，直流环节电容器的数值的必须减少。 小型直流环节电容已被应用于装设有源整流器的驱动装置[1], [2]，整流器和逆变器均被用于控制直流稳压环节的功率平衡。工业应用的驱动装置可以由整流二极管和小型直流环节的电容器组成[3]；小型电容是用于减少电源谐波，但是由此驱动装置的动态性能一直存在争议而未被采用。在已发表的科研论著中，除了在当前的脉宽调制研究中有所涉及以外[4], [5]，由整流二极管和小型直流环节电容器的方案一直未被引起注意。 在本文中，直流环节的计算根据取值6倍工频和转换频率之间的自然频率而确定。实际上电源的电感满足要求，无须额外的扼流装置。本文基于转子磁场定向的矢量控制方法，研究了小型直流环节电容在控制系统中的设计和控制性能。6倍工频的条件下直流稳压环节的纹波比通常情况下大得多。由于脉宽调制器的占空比是根据直流稳压环节的电压计算而来的，低速运行时纹波对工作性能的恶化影响不大。高速运行时为了获得最大转矩，根据直流稳压环节的电压脉动来控制磁通[6],[7]。本文还提出了一种不使用制动电阻的制动方法。而且，除了在低功耗的场合下，动态运行时的约束还要考虑直流环节的过电压保护。 Ⅱ 系统模型 A 二极管整流和直流稳压环节 驱动系统的组成元件模型如下。图1(a)表示了一个三相电源，二极管整流器和直流稳压环节。电源的电阻和电感分别为Rg和Lg，直流环节的电感、电阻和电容分别为Ld，Rd,和Cd。电源的相电压分别为Uga, Ugb,和Ugc，峰值电压和频率分别为Ug和ωg。整流器输出的电流为idi，逆变器输入的电流和电压为id和Ud。图中逆变器未表示出来，逆变器由理想的转化开关构成。 图1(a)中的模型可近似简化如图1(b)所示，理想的整流输出电压为： 因此谐波含量为： 整流输出电压的平均值，各参数值为： 其中等效于整流作用引起的电压降落。 可列出对应于图1(b)的微分方程式为： 根据（4）式单位时间内存贮在直流环节的电能表示为： 其中是输入逆变器的功率， 表示整流侧输入直流稳压环节电容的功率，利用图1(b)中的简化模型可以缩短仿真时间，易于分析。 B 感应电机的机械方程 利用感应电机的等效电路的Γ-逆是定子的空间电压矢量，是定子空间电流矢量，Rs是定子电阻，是在参考坐标系下的电磁角速度，转子电阻是,转子电流是，转子的电磁角速度为。定子和转子的磁链分别是： 其中表示激磁电感，表示定子绕组的瞬态自感。 电磁转矩方程为： 其中p为极对数，符号*表示共轭复数，转矩平衡方程为： J表示机械系统的转动惯量，表示负载转矩，b表示粘滞摩擦因数。 输入定子侧的功率为： 绕组的功率损耗和电磁功率分别为： 定子电流矢量大小表示为，其它矢量的依此类推。由式(9)得机械功率为： 为简化分析忽略逆变器的功率损失即，输入逆变器的电流为。 Ⅲ 直流稳压环节的计算 设电流连续，式(4)中电压和电流为输入变量，无阻尼固有频率和阻尼系数分别为： 通常直流稳压环节的计算应有效滤除中的6倍频分量。因此，固有频率应满足，并且避免在附近而导致电源电压不对称。 若固有频率选择为高于6倍主频，则直流环节的成本将显著的减少。为了避免开关引起的谐波传到电源侧，固有频率应低于开关频率。由此可得： 其中和分别为电感最小值和最大值，