1.功率因数低(行业要求>0.95)
原因:用小薄膜电容替代了大电解电容后无法维持恒定母线电压,电流基波超前电压并且尖峰大谐波大导致相移与谐波功率因数下降,同时由于省略了PFC电路,影响网侧功率因素
解决方案:直接/间接功率控制、硬件拓扑改进
间接功率控制
原理:根据电压均值或平均电压裕度执行交直轴电流分配,通过提取网侧电压幅值与相位在给定Q轴电流中注入正弦量,间接对输出功率进行调节
优点:设计简单、易于实现、电机效率高、谐波失真低
缺点:动态响应慢、参数敏感鲁棒性差
直接功率控制
在转速环与电流环之间引入功率控制,根据逆变器输出功率直接对电流进行调节,其中环路控制法通过调节器输出Q轴电流,直接计算法通过输出功率直接给定DQ轴电流
优点:控制精度高、功率因数高、参数不敏感
缺点:电流谐波高、控制算法复杂
单级升压逆变器
通过调节直通占空比和电感抽头位置实现单级升降压从而抵抗母线电压跌落并提高功率因数
母线并联补偿
将补偿器作为能量储存环节,改善网侧电流形态
2.网侧电流谐波
原因:由于省略了PFC电路,受导通角影响网侧电流存在死区,电流中包含丰富的谐波分量,可能超过国际电工委IEC61000-3-2标准
解决方法:添加滤波电感、重复控制器、半控逆变桥、占空比预测控制
网侧滤波电感设计:
谐振频率要求在5倍电网频率和0.1倍采样频率之间
占空比预测控制:
将占空比概念引入预测控制,通过预测控制器直接输出三相开关信号替代了电流环PI控制器
3.LC谐振
原因:引入了网侧电感,改变了驱动系统的阻尼特性变为负阻抗,逆变器电流的高频成分以及网侧死区发生谐振现象,导致系统不稳定,影响电流质量
解决方案:有源阻尼、无源阻尼
无源阻尼
通过增加额外的电阻或电容来稳定系统的被动阻尼策略
缺点:系统体积、成本和损耗增加
有源阻尼
通过提取直流母线中的谐振信息进行反馈控制
缺点:依赖系统模型准确性,实际应用受限
4.母线过压
原因:无电解电容驱动系统母线电容容值小,对电机侧能量变化更为敏感,电机制动时的再生能量会对功率器件造成严重危害
解决方法:Q轴电流安全限幅、D轴电流铜损控制
Q轴电流限幅
通过母线电压调节限制Q轴电流给定限幅值,直至Q轴给定值为0无制动作用
缺点:受调节器带宽影响,低带宽调节速度慢作用小,高带宽会导致Q轴电流高频抖动
D轴电流控制
额外新增速度控制器生成d轴电流指令,在制动状态下输出d轴负电流迅速消耗制动能量
缺点:d轴转速调节器参数设计困难
5.拍频现象
原因:母线电压随着电网频率的二倍频而波动,当压缩机转速为2000rpm(即三对极的100Hz)时,直流母线脉动与电机转速谐振,引起巨大波动
解决方法:调制优化、电流跟踪器、阻抗重塑
电流跟踪器:
将电机电流采样值与电机电流参考值作差得到拍频电流,通过调节器后输出DQ轴电压的补偿值
阻抗重塑:
通过对电压矢量相角的调节直接重塑特定频率下的阻抗关系
优点:适应性强,能处理复杂谐波
缺点:算法实现复杂
6.调速范围小
由于母线电压波动大,电机极限转速受电压约束,弱磁取余谐波大、电压利用率低