一种基于DPWM的永磁同步电机驱动系统损耗研究

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现有的永磁同步电机最小损耗控制,主要研究电机本体损耗,将驱动系统中逆变器损耗完全忽略。同时,没有考虑逆变器调制方式对驱动系统中逆变器和电机损耗的影响,这使得永磁同步电机驱动系统损耗未达到最小。本文从调制方式的角度出发,根据断续脉宽调制方式的箝位特性和谐波特性,提出将断续脉宽调制应用于永磁同步电机最小损耗控制中。依据损耗理论推导出逆变器和电机损耗的计算公式,由箝位特性和谐波特性差别得到不同调制方式下驱动系统总损耗。考虑电机实际工作状况,提出一种新的用于电机损耗控制的断续脉宽调制方式。最后,建立驱动系统损耗模型,改进现有的最小损耗控制方法。研究内容如下:首先,给出断续脉宽调制的实现方法,在MATLAB/Simulink中建立断续脉宽调制策略仿真模型。根据不同断续脉宽调制的调制波箝位区间图和开关波形图,推导出不同断续脉宽调制下逆变器损耗计算公式。最后得到在功率因数cosφ变化时,不同断续脉宽调制下逆变器损耗。在调制度M恒定、功率因数从1至0变化时,逆变器导通损耗逐渐减小;同时断续脉宽调制开关损耗随功率因数变化而变化;功率因数区间不同,逆变器损耗最小的断续脉宽调制方式不同。其次,在考虑逆变器供电存在谐波的情况下,理论推导将电机铁耗和铜耗计算与谐波电压、谐波电流联系起来。根据理论计算公式,获得调制度M变化时,不同调制方式下电机本体损耗。同时结合逆变器损耗计算公式,获得电机驱动系统总损耗。经过损耗对比分析,发现不同调制方式损耗最小区间不同。根据不同调制方式的不同损耗最小区间,提出了一种新的用于电机损耗控制的断续脉宽调制方式。最后,在基本的电机损耗模型理论基础上,根据实际逆变器损耗需求,建立了永磁同步电机驱动系统损耗模型。在MATLAB/Simulink建立基于驱动系统损耗模型的最小损耗控制系统并进行仿真。仿真结果表明与现有的最小损耗控制方法相比,本文提出的最小损耗控制方法下的系统效率能有明显提升。最后,将适用于电机控制的断续脉宽调制方式应用于基于驱动系统损耗模型的最小损耗控制中,仿真结果表明在调制度M和功率因数cosφ变化时,永磁同步电机驱动系统始终能保持最优的系统效率。
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