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英文文献翻译 基于小型直流环节电容AC变频器的15Kw永磁同步积分电机 系 、 部： 电气与信息工程学院 学生姓名： 徐记凤 指导教师： 贾雅琼 职称 讲师 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气本0902班 完成时间： 2013年4月11日 基于小型直流环节电容AC变频器的15Kw永磁同步积分电机 作者：K Kretschmar, H-P Nee，斯德哥尔摩皇家理工学院 ，瑞典 摘要：本文主要研究设计一个能用于额定功率15Kw永磁同步积分电动机的AC变频器，该变频器由整流二极管、小型直流环节电容、以及PWM逆变器（受开环脉冲宽度调制系统控制）组成。本文对相关电路进行了仿真并对仿真结果进行了测量分析和验证，由于使用的是小电容，重点放在对直流环节电压的分析上。本文还包括了直流环节电压波纹的解析表达式。 引言 当今工业上使用频率最高的交流电机都是标准的感应电动机，无论是数量上还是装机容量所需千瓦数。尽管电源连接电动机仍然在市场上占主导地位，但电力电子技术高速发展的同时也为变转速驱动的增加提供了可能。就目前工艺水平来看，交流变频电机在工业驱动方面是较为先进的。特别是用于电压源型逆变器（VSI）内绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的引入，大大影响了工业市场。其原因主要在于变频电源特性的高效性和高转换频率。 集成电路集成度的逐渐增加扩大了对逆变方法的密切需求，目的要使它能集成到电动机（积分电动机）。而这方面我们要面对的问题主要交流变频器直流环节电容的设计。现今使用最多的电解电容与半导体比较，存在体积大，成本高，预期寿命较短等缺点，如果减小电解电容的体积，容易导致单位体积波纹电流的增大，这就要求损耗密度高，而高损耗密度又会破坏电容。低损耗的箔式电容或许能合理替代电解电容，但前景最为广阔的还是金属化聚丙烯膜电容（MKP）[2]。一个MKP电容能允许更高的交流电流分量通过，因此电容尺寸就可以适当的减小。MKP电容另一个重要的优点就是它的预期寿命比其它任何类型的电容都要长。那么现在要解决的问题就是直流环节电容的波纹大小，这取决于各种设计参数。 在设计永磁电动机的时候，由于转子无有功电流，它的损耗约为感言电动机的一半[1]。也正因为如此，这种电机就可以在尺寸上设计得更加紧凑。因此，把同样紧凑的永磁同步积分电动机和“无直流环节”逆变器相结合，为设计的最佳方案。 仿真 变频系统的仿真使用的是加拿大马尼托巴HVDC研究中心开发的一款仿真软件——PSCAD/EMTDC。 变频器的组成包含一个三相整流二极管，直流母线以及受开环脉冲宽度调制系统控制的PWM逆变器。整流器的输入端连接电源，逆变器的输出连接到一个电感和一个电势（EMF）串联连接，组成了15kW永磁电机。这里重点强调对直流环节电压特性的检测，目的是为了将直流环节电压下的波纹限制在平均值可接受偏差范围内，获得电容的最小值。 整个变频系统在PSCAD/EMTDC的仿真如图一所示，图最上方是变频器，下方是PWM系统。连接在电源和整流器输出端之间100μH的电感仿真大约300m长度的三相电缆。 如果直流环节电流是连续的，设电源线电压有效值为U，则直流环流电压的平均值为 （1） 为了得到所需要的逆变开关脉冲，把fSW = 6 kHz的三角波和三条正弦参考波相比较，每条对应一个相位[3]。调制比设为0.9。考虑到一条正弦波三相输出，逆变器输出线电压基波分量的均方根可以表示为 （2） 图一 仿真变换器原理图 图二 直流环节电压仿真的瞬时值 fSW = 6 kHz, fout = 72 Hz 直流环节电压仿真得到的瞬时值如图二所示，波纹由两个部分产生——整流器和逆变器，逆变器将在下一章讨论。如果改变电容的大小，直流环节电压波纹也会相应改变。当电容值在1μF到10μF之间时，峰间电压随着电容值的增大大幅度减小；超过10μF后，电压值几乎恒定，如图五所示。使用10μF电容测得峰间电压纹波为Udc = 290 V。 即使没有使用闭合环路控制，逆变器输出电流波形也非常接近正弦波。其中较为典型的一个相输出电流如图三所示，它是由所需基频(fout = 72 Hz)和高频逆变脉冲产生的波纹叠加而成。 图三 逆变器输出电流