一种小电容交-直-交变频器控制策略谢仕宏孟彦京高钰淇马汇海段明亮摘要：针对传统电压型交一直一交变频器直流母线大容量电解电容带来的缺点，提出一种直流母线并联小容量开关电容的交一直一交变频器及控制策略。首先分析了这种变频器的电路结构和电容参数计算方法，该方法以小电容充放电的电压波形接近直流母线六脉波电压波形为计算依据。然后研究了直流母线为六脉波电压时变频器输出电压大小，并提出一种电压变换效率最大的控制方法。最后分析六脉波电压对变频器输出电压谐波的影响，推导了小电容变频器理想数学模型。研究结果表明，小电容变频器电解电容的容量仅为传统变频器的三分之一，但电压变化效率、输出电压谐波含量与传统变频器基本相同。实验结果验证了上述结论。关键词：感应电机;变频器;电解电容;六脉波电压;数学模型DoI：10.15938/j.emc.2019.08.010：TM921文献标志码：A：1007-449X（2019）08-0078-090引言电压型交一直一交变频器广泛应用于三相交流异步电动机的驱动控制，出于储能和滤波的目的，变频器直流母线并联有大容量电解电容，以此确保直流母线电压近似恒定。然而电解电容本身具有体积大、成本高、使用寿命短的缺点，导致变频器体积增大、成本增高、故障增多、维修成本上升等诸多问题。因此，降低交一直一交变频器电解电容容量具有实际的应用价值。针对传统电压型交一直一交变频器自身结构复杂的缺点，简化变频器拓扑结构、降低成本、提高整体性能一直是研究者努力的方向。现有文献主要集中在如何减少逆变器开关元件的个数从而达到降低变频器成本、简化控制复杂度的目的，具有重要参考价值，但没有考虑占变频器体积和成本重要部分的电解电容。另有一些文献就交一直一交变频器直流母线电解电容对电机寿命和可靠性的影响进行了有益的研究，这些文献主要集中在对直流母线电解电容故障原因分析，并未就替代措施进行研究。也有相关学者对降低交一直一交变频器直流母线电解电容的措施和存在的问题进行了很好的分析研究，但这些文献依然以恒定直流母线电压为控制目标，从而导致电容容量减小幅度有限。文献[17]提出了无直流储能的交一交变换器，并给出了预测控制策略，控制方法新颖，但其采用的变压器导致设备体积增大，成本增加。针对上述问题，本文提出一种直流母线电压为六脉波电压的小电解容量交一直一交变频器拓扑结构及其控制方法。首先针对传统电压型交一直一交变频器直流母线电解电容的基本功能提出改进的新型变频器拓扑结构及其控制方法;其次，对所提出的变频器与传统变频器在电压转换效率和输出电压谐波含量上进行对比分析，并建立新型变频器的数学模型;最后建立小电容变频器一电动机系统仿真模型及3kW小电容变频器一电动机实验系统，对变频器性能及数学模型准确性进行实验验证。1变频器新型拓扑结构及性能分析传统电压源型交一直一交变频器直流环节的电解电容有两项基本功能：①对三相整流桥输出六脉波电压进行滤波，②吸收感性负载周期性回馈能量及电动机制动回馈能量。因此，若降低电解电容的容量，应解决变频器直流母线电压脉动造成的输出电压谐波问题以及负载能量回馈问题。1.1小电容变频器拓扑结构本文提出的新型變频器拓扑结构如图1所示。图中电源侧整流器和负载侧逆变器与传统电压型交一直一交变频器拓扑结构一样，不同之处在中间直流环节。小电容变频器在减小电解电容容量的同时以实现直流母线六脉波电压为控制目标，并达到传统变频器的性能。图1中C1为小容量无感电容，用于吸收开关器件产生的尖峰电压。K1、K2、K2、R1、C2共同组成开关电容支路，用于吸收负载回馈能量。其中，c2为小容量电解电容，R1为电容C2充放电限流电阻，并调节电容C2的充放电速度。R2为电动机能耗回馈制动电阻，K1、K2为两个全控型开关。其控制原理是：当直流母线电压高于六脉波电压最小值时K1导通，否则K1关断;当直流母线电压或电容c2电压高于安全设定电压时K2导通，否则K2关断。电速度，还可以与制动电阻R2一起消耗电动机制动回馈能量。以3kW、50Hz、380V的三相交流异步电动机为例：取R1为5.4Ω，可得C2为90uf，而传统变频器电容为800p.F（纹波电压5%）。1.2电压变换效率...