Electrolytic Capacitorless Permanent Magnet Synchronous Motor Drives

Inhaltsverzeichnis

1. Frontmatter

2. 1. Basic Knowledge of the Electrolytic Capacitorless Motor drive

   Dawei Ding, Binxing Li, Qiwei Wang, Gaolin Wang, Guoqiang Zhang, Dianguo Xu

   Dieses Kapitel vertieft die kritischen Aspekte elektrolytischer kondensatorloser Motorantriebe, wobei der Schwerpunkt auf der Oberschwingungsunterdrückung für Netzströme, Beat-Suppression-Methoden für die Motorseite und Techniken zur Verbesserung der Spannungsauslastung liegt. Der Text untersucht verschiedene Kontrollstrategien und Topologien, die darauf abzielen, die Stabilität und Leistung des Systems zu verbessern. Zu den diskutierten Schlüsseltechnologien gehören die Resonanzunterdrückung auf Grundlage negativer Impedanzregulierung, parallele virtuelle Impedanz und Hilfsschaltkreise. Zusätzlich untersucht das Kapitel Methoden der Beatunterdrückung, um Probleme anzugehen, die durch DC-Link-Spannungsschwankungen und Abtastverzögerungen verursacht werden. Strategien zur Verbesserung der Spannungsausnutzung, wie Übermodulationssteuerung und lineare Modulationsregionenerweiterung, werden ebenfalls gründlich analysiert. Das Kapitel schließt mit einer Zusammenfassung der Fortschritte bei motorischen Antriebssystemen, wobei die Bedeutung elektrolytischer kapazitätsloser Antriebe für die Reduzierung des Energieverbrauchs und die Verbesserung der Systemzuverlässigkeit hervorgehoben wird.

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3. 2. Impedance Model of Reduced DC-Link Capacitance IPMSM Drives

   Dawei Ding, Binxing Li, Qiwei Wang, Gaolin Wang, Guoqiang Zhang, Dianguo Xu

   Dieses Kapitel vertieft das Impedanzmodell von PMSM-Antrieben mit reduzierter DC-Link-Kapazität und konzentriert sich auf die Auswirkungen auf Stabilität und dynamische Performance. Der Text beginnt mit der Einführung der Auswirkungen kleiner kapazitärer Filmkondensatoren auf die Antriebseigenschaften, gefolgt von einer detaillierten Ableitung des mathematischen Modells auf Grundlage der Eigenschaften konstanter Leistungslast. Die Frequenzreaktionsanalyse wird eingesetzt, um die Genauigkeit des Modells zu verifizieren, was eine theoretische Grundlage für spätere Diskussionen über Stabilität und Kontrolloptimierung bietet. Das Kapitel untersucht zwei Topologien elektrolytischer kapazitätsloser Antriebe, wobei ihre Unterschiede und die Rolle von Reaktoren bei der Filterung hochfrequenter Oberschwingungen hervorgehoben werden. Die Zustandsgleichung für den Antrieb wird unter Berücksichtigung der konstanten Leistungsmerkmale des Motors abgeleitet und das entsprechende Modell des Antriebs präsentiert. Die Resonanzfrequenz und das Dämpfungsverhältnis werden analysiert, wobei ein Bode-Diagramm den Frequenzgang des Systems veranschaulicht. Der Text berücksichtigt dann nicht ideale Eigenschaften der Motorseite und bezieht Abtast- und Aktualisierungsverzögerungen sowie die Bandbreite der aktuellen Schleife in das Modell ein. Der Einfluss der DC-Link-Abtastverzögerung auf die Motorzulassung wird untersucht und die Übertragungsfunktion des Antriebs abgeleitet. Das Kapitel schließt mit einer Analyse der fluxschwächenden Steuerung, die ihren Einfluss auf die motorische Aufnahme aufzeigt und ein umfassendes Verständnis des Verhaltens des Antriebs unter verschiedenen Bedingungen vermittelt.

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4. 3. Power Quality Improvement Methods on the Grid Side

   Dawei Ding, Binxing Li, Qiwei Wang, Gaolin Wang, Guoqiang Zhang, Dianguo Xu

   Dieses Kapitel geht den Herausforderungen und Lösungen zur Verbesserung der Stromqualität in elektrolytisch kapazitätslosen Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) -Antrieben nach. Der Schwerpunkt liegt auf der Lösung von LC-Resonanz-Problemen, die aufgrund der verringerten DC-Link-Kapazität auftreten, die die Netzqualität verschlechtert. Das Kapitel stellt zwei Hauptperspektiven zur Verbesserung der netzseitigen Stromqualität vor: virtuelle Zulassung und induktive Stromregelung. Außerdem werden Methoden der Resonanzunterdrückung für Antriebe mit niedriger DC-Link-Induktivität erforscht. Der Text enthält eine detaillierte Analyse des Impedanzmodells elektrolytischer kapazitorloser PMSM-Antriebe und präsentiert experimentelle Ergebnisse, die die Wirksamkeit der vorgeschlagenen Methoden bestätigen. Darüber hinaus vergleicht er traditionelle Dämpfungsregelungsmethoden mit neuartigen Ansätzen, wobei er die Vorteile der letzteren bei der Unterdrückung von Oberschwingungen und der Verbesserung der Gesamtleistungsqualität hervorhebt. Das Kapitel schließt mit einer Diskussion über die praktischen Auswirkungen und Vorteile der vorgeschlagenen Strategien für industrielle Anwendungen.

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5. 4. Grid Current Improvement Strategy Under Non-ideal Grid Conditions

   Dawei Ding, Binxing Li, Qiwei Wang, Gaolin Wang, Guoqiang Zhang, Dianguo Xu

   Dieses Kapitel befasst sich mit den Herausforderungen der Aufrechterhaltung der Netzstromqualität in Antrieben unter nicht idealen Netzbedingungen, insbesondere mit Netzimpedanzschwankungen und unausgewogenen Netzen. Der Text stellt zwei Schlüsselstrategien vor: die harmonische Energieregulierung und die vollständige Kontrolle der Gleichrichterspannung. Die Harmonische Energieregulierung konzentriert sich darauf, die Robustheit des Systems gegenüber der Netzimpedanz zu verbessern, indem sie harmonische Komponenten in Motorstrom und Gleichstromspannung anpasst. Die vollständige Einspeisevorwärtssteuerung andererseits zielt darauf ab, die Oberschwingungen des Netzstroms zu unterdrücken, indem die netzseitige Ausgangsimpedanz des Systems neu gestaltet wird. Das Kapitel bietet eine detaillierte Analyse dieser Strategien, die durch experimentelle Ergebnisse gestützt wird, die ihre Wirksamkeit belegen. Abschließend wird die signifikante Verringerung der Gesamtharmonischen Verzerrung (THD) von Netzströmen und die verbesserte Stabilität des Antriebssystems unter verschiedenen Betriebsbedingungen hervorgehoben.

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6. 5. Motor Side Beat Phenomenon Suppression Method

   Dawei Ding, Binxing Li, Qiwei Wang, Gaolin Wang, Guoqiang Zhang, Dianguo Xu

   Dieses Kapitel befasst sich mit dem Phänomen der motorseitigen Beats bei elektrolytischen kapazitätslosen Antrieben und konzentriert sich dabei auf die signifikanten Schwankungen der Gleichstromverbindungsspannung, die zu zusätzlichen Oberschwingungen des Motorstroms führen. Die Wechselwirkung zwischen der Grundkomponente und den Oberschwingungen des Motorstroms erzeugt das Beat-Phänomen, das die Betriebsgeräusche erhöht. Der Text analysiert Oberschwingungen, die durch Spannungsschwankungen zwischen Gleichstrom und Gleichstrom verursacht werden, und den Einfluss von Verzögerungen bei der Abtastung von Gleichstrom-Spannungen. Er schlägt Methoden zur Beatunterdrückung vor, die auf Verzögerungskompensation und Umformung der Impedanz beruhen, um die Qualität des motorischen Betriebs zu verbessern. Das Kapitel untersucht auch das durch die Wechselwirkung von Oberschwingungen und Grundströmen verursachte Phänomen der Taktfrequenz und liefert eine detaillierte Analyse des Phänomens der Taktfrequenz unter verschiedenen Verhältnissen harmonischer und grundlegender Ströme. Experimentelle Ergebnisse zeigen die Wirksamkeit der vorgeschlagenen Strategien zur Unterdrückung des Beat-Phänomens und zur Verbesserung der Leistungsqualität auf der motorischen Seite.

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7. 6. Overmodulation Methods with Low Distortion

   Dawei Ding, Binxing Li, Qiwei Wang, Gaolin Wang, Guoqiang Zhang, Dianguo Xu

   Dieses Kapitel geht den Herausforderungen der Spannungsverzerrung in elektrolytischen kondensatorlosen Motorantriebssystemen nach, insbesondere bei Verwendung traditioneller Übermodulationsstrategien. Die Analyse konzentriert sich auf die Auswirkungen von DC-Link-Spannungsschwankungen auf die Verzerrung der Statorspannung und die daraus resultierende Zunahme der Gesamtharmonischen Verzerrung (THD) des Motorstroms. Die Kerninnovation ist eine Übermodulationsstrategie, die auf einer dynamischen Spannungsgrenzregelung beruht, die die Übermodulationsspannungsgrenze optimiert, um Schaltaliasing zu verringern und die Systemleistung zu verbessern. Der Text bietet eine detaillierte Erklärung der Beschränkungen der herkömmlichen Dual-Mode-Übermodulationsstrategie und führt einen Ansatz für feste Spannungsgrenzen ein, um diese Probleme anzugehen. Experimentelle Ergebnisse zeigen die Effektivität der vorgeschlagenen Strategie bei der Reduzierung von THD und der Verbesserung der Nutzung der Gleichstromverbindungsspannung. Das Kapitel schließt mit einer Zusammenfassung der wichtigsten Ergebnisse, die die Bedeutung der dynamischen Spannungsgrenzstrategie bei der Unterdrückung von Motorspannungs- und Stromoberschwingungen und der Verhinderung von Modulationsschaltaliasing hervorheben.

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8. 7. Linear Modulation Region Expansion Strategy

   Dawei Ding, Binxing Li, Qiwei Wang, Gaolin Wang, Guoqiang Zhang, Dianguo Xu

   Dieses Kapitel geht den Herausforderungen nach, die von Schwankungen der DC-Link-Spannung in elektrolytischen kapazitätslosen Motorantrieben ausgehen, und konzentriert sich auf deren Auswirkungen auf die Oberschwingungen des Modulationsindex und die Motorleistung. Der Text führt eine Strategie zur Erhöhung der linearen Modulationsspanne ein, die darauf abzielt, die Auslastung der Spannung durch Unterdrückung dieser Oberschwingungen zu verbessern. Es liefert eine detaillierte Analyse der Modulationsfluktuation, die durch DC-Link-Spannungspulsation verursacht wird, und stellt eine Methode zur Anpassung des Spannungsvektorwinkels vor, um diese Effekte abzumildern. Das Kapitel untersucht auch die Verwendung eines Impedanzmodells, um die Unterdrückungseffekte der Kontrollstrategie auf den Modulationsindex und die aktuellen Oberschwingungen zu analysieren und zu verifizieren. Zusätzlich wird eine adaptive Unterdrückungsmethode für Schwankungen des Modulationsindex unter feldschwächender Kontrolle diskutiert, die darauf abzielt, die Spannungsauslastung im linearen Modulationsbereich zu maximieren. Der Text schließt mit experimentellen Ergebnissen, die die Wirksamkeit der vorgeschlagenen Strategien zur Verbesserung der linearen Modulationsspanne, der Spannungsauslastung und der Motorleistung selbst unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen und Eingangsspannungen belegen.

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