基于Quasi?Z源變換器的無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)研究

摘 要： 為了克服傳統(tǒng)電動汽車功率變換器兩級結(jié)構(gòu)的不足，進(jìn)一步提高其效率，提出一種基于Quasi?Z源變換器的無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)。分析其基本原理，利用該技術(shù)實(shí)現(xiàn)直流母線升壓與電機(jī)調(diào)速一體化控制，使傳統(tǒng)兩級結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)橐患壗Y(jié)構(gòu)。采用Simulink對控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，驗(yàn)證此種控制方法的可行性。

關(guān)鍵詞： Quasi?Z源； 變換器； 無刷直流電機(jī)； 閉環(huán)控制

中圖分類號： TN911.7?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）01?0156?04

引 言

電動汽車作為國家重點(diǎn)發(fā)展的環(huán)保節(jié)能型車輛，將在未來得到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展[1?2]。而永磁無刷直流電機(jī)具有效率高，壽命長，成本低，維護(hù)方便以及較好的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)特性等優(yōu)點(diǎn)，將成為電動車領(lǐng)域的主要動力系統(tǒng)。然而，傳統(tǒng)的無刷直流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)常常是由前級DC/DC升壓電路和后極DC/AC變換器組成。這種驅(qū)動電路和升壓電路分開從而構(gòu)成典型的兩級系統(tǒng)，其工作效率相對低下，在復(fù)雜工況中，配合調(diào)節(jié)的難度較大。前級DC/DC升壓電路中以傳統(tǒng)的BOOST升壓電路應(yīng)用最廣，然而其拓?fù)浔旧砉逃腥秉c(diǎn)較為明顯：該拓?fù)渖龎阂蜃幼銐虼髸r，開關(guān)導(dǎo)通比接近1，實(shí)際應(yīng)用電路將會遇到一系列復(fù)雜的問題。因此加入BOOST電路既增加系統(tǒng)成本，又使得控制復(fù)雜程度增加。傳統(tǒng)驅(qū)動電路中，為了避免同橋臂上下開關(guān)管同時導(dǎo)通，常常加入死區(qū)時間。然而這又會影響輸出電流波形，產(chǎn)生大量諧波。

Z源拓?fù)涫且粋€嶄新的概念。基于Z源網(wǎng)絡(luò)的電機(jī)控制系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)的電機(jī)傳動系統(tǒng)擁有以下優(yōu)勢：Z源網(wǎng)絡(luò)的直通占空比小于0.5，理論上其輸出電壓可達(dá)無限大；與傳統(tǒng)逆變控制系統(tǒng)不同，Z源網(wǎng)絡(luò)允許上下橋臂直通，因此不需要引入死去時間，有效解決了諧波電流過大等問題，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低系統(tǒng)的控制難度。然而傳統(tǒng)Z源網(wǎng)絡(luò)存在一定的缺陷，因此本文引入了基于Quasi?Z源變換器的無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，有效地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)Z源變換器的不足，并實(shí)現(xiàn)無刷直流電機(jī)的閉環(huán)調(diào)速。

1 傳統(tǒng)Z源變換器

1.1 傳統(tǒng)Z源變換器的原理

美國密歇根州立大學(xué)的彭方正教授于2002年創(chuàng)造性地提出了一種新型的功率變換拓?fù)浼碯源變換器[3?4]。圖1為傳統(tǒng)Z源網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。