永磁同步電機(permanent magnet synchronous motor,PMSM)由于具有結(jié)構(gòu)簡單可靠、功率密度高、節(jié)能高效等優(yōu)良的特性而得到了廣泛的應(yīng)用。電機的三相繞組有傳統(tǒng)的閉繞組連接方式和開繞組連接方式,開繞組永磁同步電機(Open end winding permanent magnet synchronous motor,OEW-PMSM)可以避免開關(guān)器件對電機功率等級的限制,解決高壓大功率電機系統(tǒng)中電磁干擾、開關(guān)損耗、器件安全可靠性等問題。在伺服領(lǐng)域,Z源網(wǎng)絡(luò)可以用來提升直流母線電壓擴大電機的調(diào)速范圍,同時避免死區(qū)時間的不利影響。本文將兩者的優(yōu)點進行結(jié)合研究了基于Z源網(wǎng)絡(luò)的開繞組永磁同步電機系統(tǒng),具體的研究內(nèi)容如下:首先,研究了Z源網(wǎng)絡(luò)的工作模態(tài)、升降壓工作原理,對比分析了不同零電壓矢量插入方法形成的Z源網(wǎng)絡(luò)不同調(diào)制策略。分析計算了Z源網(wǎng)絡(luò)的元器件參數(shù),并對主電路結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化改進。其次,建立了基于Z源網(wǎng)絡(luò)的共直流母線型和隔離直流母線型OEW-PMSM這兩種拓撲結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型。開繞組結(jié)構(gòu)將零序回路打開,在建模時需要考慮反電動式中的三次諧波分量的影響。建立了電壓方程、磁鏈方程、電磁轉(zhuǎn)矩方程,解耦得到了d軸、q軸、零軸的等效電路,便于分析零序回路和系統(tǒng)控制。再次,研究了基于Z源網(wǎng)絡(luò)的共直流母線型OEW-PMSM的共模電壓和零序電流。Z源網(wǎng)絡(luò)可以增大調(diào)制比并避免死區(qū)時間對應(yīng)的共模電壓分量,分析了雙兩電平逆變器的電壓矢量分布和電壓矢量造成的共模電壓。根據(jù)逆變器輸出的共模電壓分量、三次諧波反電動勢分量與零序電流的關(guān)系,建立了零序電流閉環(huán)控制以實現(xiàn)對零序電流的抑制,并采用12段直通式調(diào)制策略進行了仿真和實驗驗證。最后,針對基于Z源網(wǎng)絡(luò)的隔離直流母線型OEW-PMSM拓撲結(jié)構(gòu),研究了兩個Z源網(wǎng)絡(luò)輸出電壓比不同時開繞組電機獲得的電平數(shù)情況和電壓矢量分布情況,具體分析了Z源網(wǎng)絡(luò)輸出電壓比為2:1和1:1時的供電效果。研究了部分電壓矢量可能造成低壓側(cè)Z源網(wǎng)絡(luò)電容過充的問題,利用仿真和實驗對基于Z源網(wǎng)絡(luò)的隔離型OEW-PMSM系統(tǒng)調(diào)制策略進行驗證。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM341
【部分圖文】：

圖 4-13 采用最大六邊形的無零序電流抑制的基于 Z 源網(wǎng)絡(luò)的 SVPWM 調(diào)制輸出結(jié)果4.5.2 實驗驗證為了更好地驗證 Z 源網(wǎng)絡(luò)的升壓效果和本文提出的基于 Z 源網(wǎng)絡(luò)的OEW-PMSM 零序電流的抑制策略的合理有效性，對開繞組永磁同步電機系統(tǒng)進行了硬件平臺的搭建和實驗驗證。整個實驗平臺包括 Z 源網(wǎng)絡(luò)模塊、負載開繞組永磁同步電機、電機控制器、直流穩(wěn)壓電源和示波器等。Z 源網(wǎng)絡(luò)的兩個等值電感值為 1.6mH，兩個等值電容采用兩個 220μF 的電容并聯(lián)構(gòu)成，二極管選用超快恢復(fù)二極管，型號為 MUR860G。開繞組永磁同步電機參數(shù)和仿真參數(shù)大體一致，功率等級為 400W，4 對極，額定轉(zhuǎn)速為 1000r/min，定子電阻約 2.58 ，如圖 4-14 a)所示。雙逆變器采用富士公司(Fuji Electric)生產(chǎn)的 IPM 模塊 6MBP75RA060 其內(nèi)置保護電路和制動電路，模塊如圖 4-14 b)。IPM 的隔離驅(qū)動模塊采用推薦的光耦 HCPL4504 進行驅(qū)動。開繞組電機的驅(qū)動控制芯片采用 TI 公司生產(chǎn)的 DSP TMS320F28335，開關(guān)頻率為 10kHz，IGBT 的開關(guān)頻率也為 10kHz。采用增量式編碼器采集電機的轉(zhuǎn)速信息。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文相橋臂的切換過程，逆變器的開關(guān)頻率為 10kHz。Z 源網(wǎng)絡(luò)的輸入輸出電壓波形示于圖 b)，可知 Z 源網(wǎng)絡(luò)將輸入為 60V 的直流母線電壓泵升至 85V，實驗和理論推導(dǎo)相符合。由圖 c)中 Z 源網(wǎng)絡(luò)輸入的電流波形可知 Z 源網(wǎng)絡(luò)沒有出現(xiàn)非正常工作狀態(tài)即在非直通狀態(tài)輸入電流沒有出現(xiàn)斷續(xù)。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文流波形畸變程度較為改善，總畸變率降為 34.26%。實驗、仿真以及理論分析相吻合，零序回路中雙逆變器產(chǎn)生的共模電壓源抵消后零序電流在一定程度上可以被抑制，然而由于反電動勢中三次諧波的存在使零序電流無法完全消除。60V/格逆變器1輸出Ua1b12A/格A相電流i
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本文編號：2842932