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永磁同步电机控制系统功率因数校正与转子位置估计研究

作　者: 吴齐
导　师: 阳春华
学　校: 中南大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 永磁同步电机 功率因数校正 位置检测
分类号: TM341
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 27次
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内容摘要


摘要：永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motors,PMSM)具有功率密度高、体积小、功率因数高、效率高等优点,获得非常广泛的应用。但中小容量PMSM调速控制系统逆变电源的工作方式使功率因数低,并产生谐波污染供电网。提高PMSM控制系统的功率因数能有效提高电网容量利用率和降低污染。传统PMSM转子位置检测采用位置传感器,传感器不但增加成本而且故障率高。采用转子位置估计算法取代传统位置传感器,可以简化PMSM控制系统结构和提高系统稳定性。论文在研究功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)原理和几种PFC电路结构的基础上,针对PMSM控制系统工作电压较高的特点,采用Boost型PFC电路,提出了一种平均电流法和预测算法相结合的整功率因数稳定运行控制算法。该算法利用预测控制算法预测得到随输入电压变化的占空比与平均电流法的占空比叠加,对输入电压过零点附近的电流进行补偿,使控制系统达到整功率因数,无需检测输入电压过零点,且能保证输出电压纹波小于3%,并对输入干扰有较好的抑制效果。同时使用一种PFC平滑投切技术,通过控制占空比之比,减小PFC投切过程对控制系统的冲击,使控制系统达到整功率因数稳定运行。针对现有基于反电动势法转子位置检测方法的缺点,提出一种使用直接位置误差估计转子位置检测算法。通过引入新的坐标,并观测新坐标与实际坐标的角度差,来反推实际转子位置。该算法的特点在于不依赖电机反电动势,通过采用微分项近似,提高算法精度和实用性。设计和实现了基于STM32F103的1kW变频空调实验平台,在实验平台上进行了两种算法的仿真和实验。实验结果表明,平均电流法和预测算法相结合的整功率因数稳定运行控制算法在220VAC+20%输入电压、400W-1500W输出负载条件下功率因数不低于0.995。直接位置误差估计算法能保证PMSM无传感器矢量控制系统长期稳定运行。图53幅,表4个,参考文献62篇。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-15
  1.1 论文研究背景  9-10
  1.2 功率因数校正技术研究现状  10-11
  1.3 位置估计技术研究现状  11-13
  1.4 本论文主要研究内容  13-15
2 功率因数校正技术和位置估计技术  15-26
  2.1 功率因数校正技术  15-20
    2.1.1 功率因数定义  15-16
    2.1.2 功率因数校正电路原理  16-20
  2.2 转子位置估计技术  20-25
    2.2.1 坐标变换  20-21
    2.2.2 内嵌式永磁同步电机的电压方程  21-22
    2.3.3 转子位置估计算法  22-25
  2.3 小结  25-26
3 PMSM控制系统功率因数校正算法研究  26-37
  3.1 平均电流控制算法  26-28
  3.2 预测控制算法  28-30
  3.3 平均电流法和预测算法相结合的整功率因数稳定运行控制算法  30-32
    3.3.1 平均电流算法缺陷  30
    3.3.2 预测算法缺陷  30-31
    3.3.3 结合平均电流法和改进预测算法的整功率因数算法  31-32
    3.3.4 PFC稳定运行技术  32
  3.4 仿真实验  32-35
  3.5 小结  35-37
4 PMSM控制系统转子位置估计算法研究  37-43
  4.1 位置误差方程式  37-38
  4.2 实用型的位置误差方程  38
  4.3 位置误差估计器  38-39
  4.4 PLL控制器  39-40
  4.5 仿真实验  40-42
  4.6 小结  42-43
5 带PFC无位置传感器的PMSM控制系统实现  43-59
  5.1 系统硬件设计和实现  43-51
    5.1.1 PFC控制电路  44-46
    5.1.2 PMSM驱动电路  46-47
    5.1.3 主控电路  47-51
  5.2 系统软件实现  51-54
    5.2.1 主程序流程  51-52
    5.2.2 PFC主处理程序  52-53
    5.2.3 位置估计程序  53-54
  5.3 实验结果分析  54-58
    5.3.1 PFC实验结果分析  54-57
    5.3.2 转子位置估计实验结果分析  57-58
  5.4 小结  58-59
6 结论与展望  59-61
  6.1 结论  59-60
  6.2 展望  60-61
参考文献  61-64
攻读学位期间主要研究成果  64-65
致谢  65

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 交流电机 > 同步电机
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