永磁同步电机无电解电容驱动技术综述

doi:10.12141/j.issn.1000-565X.240274

华南理工大学学报(自然科学版) ›› 2024, Vol. 52 ›› Issue (12): 93-108.doi: 10.12141/j.issn.1000-565X.240274

所属专题： 2024年流体动力与机电控制工程

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永磁同步电机无电解电容驱动技术综述

王孝洪¹(), 梁彧¹, 潘志锋²(), 陆铭清¹, 刘满喜¹

^1.华南理工大学自动化科学与工程学院，广东广州 510640
^2.广东技术师范大学自动化学院，广东广州 510450

收稿日期:2024-05-31 出版日期:2024-12-25 发布日期:2024-07-23
通信作者: 潘志锋 E-mail:xhwang@scut.edu.cn;p.zhifeng@gpnu.edu.cn
作者简介:王孝洪（1976—），男，教授，博士生导师，主要从事电机驱动技术及其在机器人和运动控制领域的应用、电力电子技术及其在新能源和节能领域的应用等研究。E-mail： xhwang@scut.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(62173150);广东省基础与应用基础研究基金重点资助项目(2022B1515120003);佛山市顺德区科技创新项目(2230218004224);佛山高新区高技术产业化创业团队项目(2220197000160)

Review of Driving Technology for Permanent Magnet Synchronous Motors Without Electrolytic Capacitor

WANG Xiaohong¹(), LIANG Yu¹, PAN Zhifeng²(), LU Mingqing¹, LIU Manxi¹

^1.School of Automation Science and Engineering，South China University of Technology，Guangzhou 510640，Guangdong，China
^2.School of Automation，Guangdong Polytechnic Normal University，Guangzhou 510450，Guangdong，China

Received:2024-05-31 Online:2024-12-25 Published:2024-07-23
Contact: PAN Zhifeng E-mail:xhwang@scut.edu.cn;p.zhifeng@gpnu.edu.cn
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China(62173150);the Key Program of Basic and Applied Basic Research Foundation of Guangdong Province(2022B1515120003)

摘要/Abstract

摘要：

永磁同步电机具有体积小、成本低廉、可靠性高等优点，被广泛应用于工业生产、交通运输和家用电器等领域。电解电容作为永磁同步电机驱动系统中连接电网侧和电机侧的中间部分，其寿命容易受到环境温度、湿度等外部因素的影响，进而影响电机产品的稳定性和可靠性，因此，无电解电容的永磁同步电机驱动系统成为了国内外的研究热点，学者们针对实现高功率因数、抑制电流谐波、电机稳定运行等目标提出了各种各样的控制策略。该文分析了无电解电容的永磁同步电机驱动系统电能质量和电机性能的影响因素，综合对比了不同控制策略的优缺点，对优化系统性能的控制策略进行了归纳和总结，并对永磁同步电机无电解电容驱动技术进行了展望，得到以下结论：当前对电能质量的改善主要采用优化电机控制算法的方式，但现有的间接功率控制、直接功率控制、补偿相电流非理想特性、再生能量控制等方法均存在一定的局限性；对电机性能的改善主要针对传统的弱磁控制、过调制等基于恒定母线电压的控制策略来进行，同时兼顾抑制拍频现象和保证电机稳定运行，后续研究中需要进一步考虑功率因数和电流谐波是否满足标准；兼顾电能质量和电机性能的综合调控是当前无电解电容驱动系统面临的最大难题，因此，需针对电网侧和电机侧进行协同控制，以合理分配功能，避免产生冲突。

关键词: 永磁同步电机, 电解电容, 驱动系统, 电能质量, 电机性能

Abstract:

Due to their small size, low cost and high reliability, permanent magnet synchronous motors have been widely used in the fields of industrial production, transportation and household appliances. Electrolytic capacitor is the middle part of drive system connecting the power grid and the motor. Its life is easily affected by external factors such as environmental temperature and humidity, which seriously restricts the stability and reliability of the motor products. Therefore, the drive system without electrolytic capacitor has become the research hotspot at home and abroad. Scholars have proposed various control strategies for achieving high power factor, suppressing current harmonics, and stabling motor operation. In this paper, the factors affecting the power quality and motor performance of drive system without electrolytic capacitor are analyzed, the advantages and disadvantages of different control strategies are compared, the control strategies for optimizing system performance are summarized, and the driving technology of permanent magnet synchronous motor without electrolytic capacitor is prospected. There comes to the following conclusions: at present, the current power quality is improved mainly through the optimization of motor control algorithm, but the existing methods, such as indirect power control, direct power control, compensation phase current’s non-ideal characteristics and regenerative energy control, all have some limitations; the improvement of motor performance is mainly carried out by the traditional control strategies based on constant bus voltage, such as weak magnetic control and over-modulation, while simultaneously suppressing beat phenomenon and ensuring stable operation of the motor, thus, it is necessary to further consider whether the power factor and current harmonics meet the standards in the subsequent research. Moreover, it is pointed that the comprehensive performance control of non-electrolytic capacitor motor, which takes into account both power quality and motor performance, is the biggest problem faced by the current non-electrolytic capacitor control system. Therefore, it is necessary to carry out a collaborative control for the power grid and the motor to rationally allocate functions and avoid conflicts.

Key words: permanent magnet synchronous motor, electrolytic capacitor, drive system, power quality, motor performance

中图分类号:

TM341

王孝洪, 梁彧, 潘志锋, 陆铭清, 刘满喜. 永磁同步电机无电解电容驱动技术综述[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2024, 52(12): 93-108.

WANG Xiaohong, LIANG Yu, PAN Zhifeng, LU Mingqing, LIU Manxi. Review of Driving Technology for Permanent Magnet Synchronous Motors Without Electrolytic Capacitor[J]. Journal of South China University of Technology(Natural Science Edition), 2024, 52(12): 93-108.

图/表 17

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控制器类型	跟踪性能	参数整定难度	稳定性
PI控制器	较差	较难	较差
PI+重复控制器	较好	困难	很差
PR控制器	较好	一般	好
PIR控制器	好	简单	好

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永磁同步电机无电解电容驱动技术综述

Review of Driving Technology for Permanent Magnet Synchronous Motors Without Electrolytic Capacitor

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控制策略类型	实施难度	功率因数	电流谐波	电机效率
间接控制法	简单	低	高	高
直接控制法	困难	高	低	低