基于DSP的PWM整流器控制策略和應用研究

1、北京交通大學碩士學位論文基于DSP的PWM整流器控制策略和應用研究姓名:訾振寧申請學位級別:碩士專業(yè):電力系統(tǒng)及其自動化指導教師:鄭瓊林;林飛20071201 墮M整逾墨基查厘理塑撞劍拉盔圖2.1是三相半橋和三相全橋PWM整流器主電路拓撲結構。通常所謂的三相橋式電路是指三相半橋電路。從結構上看,三相全橋PWM整流器實際是由三個獨立的單相全橋PWM整流器組成,它較三相半橋PWM整流器主電路功率開關器件增加一倍,交流側需要變壓器隔離,結構復雜。也正因為如此,三相全橋PWM整流器可以接入到三相四線制電網(wǎng),當電網(wǎng)不平衡時,不會嚴重影響其控制性能。而三相半橋PWM整流器在三相電網(wǎng)不平衡時,為滿足不同的控

2、制要求,控制策略要進行相應的改變,控制算法復雜。從拓撲結構上看,PWM整流器可以實現(xiàn)能量的雙向傳輸:當PWM整流器從電網(wǎng)吸收電能時,其處于整流狀態(tài);當PWM整流器向電網(wǎng)輸出電能時,其處于逆變狀態(tài)。PWM整流器實際上是一個交、直流側可控的四象限變流裝置。圖2-2PWM整流器等效電路模型Figure2-2Equivalent circuit ofPWM rectifier圖2-2為電壓型PWM整流器模型電路。圖中為交流電感,胄為交流側等效電阻,C為直流電容。交流電感的主要作用為:隔離電網(wǎng)電動勢與整流器交流側電壓,控制整流器交流側電壓實現(xiàn)四象限運行;濾除交流電流諧波:儲能,實現(xiàn)整流器與電網(wǎng)傳遞無功功

3、率;使整流器具有升壓變換(Boost特性。直流電容的主要作用為:緩沖交流側與直流負載之間的能量交換,穩(wěn)定直流電壓;抑制直流側諧波電壓。參照PWM逆變電路的工作原理,按照正弦信號調制波和三角載波相比較的方法對橋臂上下開關管進行PWM調制,就可以在橋臂的交流側產(chǎn)生正弦調制的電壓波形,波形中除了含有與正弦信號波同頻率且幅值成比例的基波分量外,還含有與三角載波有關的頻率很高的諧波。由于電感的濾波作用,這些高次諧波只會使交流電流產(chǎn)生很小的脈動。如果忽略這種脈動,當正弦信號的頻率和電源頻率相同時,交流電流為頻率與電網(wǎng)頻率相同的正弦波。只考慮基波分量,忽略PWM諧波分量,下面的矢量方程式成立。雷=v+Ua,

4、L+Ri(2.1 玉電壓焦盛器撞劍筮墮班容!;i iI=:lrk黼黧徽瓣路鰳翳瓣捧瓣辮潦辮鋒隧辮;:il塒圖3-6VFOC系統(tǒng)A相電壓電流和三相交流側功率Figure3-6Aphasevoltage,currentandac sidepowerofVFOC system 整流器穩(wěn)定在單位功率因數(shù)運行,交流側電壓電流同相。三相瞬時功率測量得到的瞬時功率有些震蕩,但是能夠反映出系統(tǒng)的有功無功功率的大小和變化趨勢。如圖所示,無功功率并不完全等于零,分析可知有以下原因:l、坐標變換角度不夠準確導致坐標變換的定向不夠準確;2、系統(tǒng)作為一個離散系統(tǒng),從采樣到運算輸出PWM波,至少存在一個開關周期的延時。3

5、.3控制策略的實現(xiàn) 五電壓籃盛箍控制篋墮砥究整流器主電路結構見圖3.14。交流側電源由三相380V交流電源經(jīng)自耦調壓器輸出,經(jīng)三相電感L接至三相整流橋中點,cl為直流側支撐電容,直流母線上串聯(lián)充電電阻Rl,繼電器K1節(jié)點與之并聯(lián),在系統(tǒng)上電時電源經(jīng)Rl對cl充電,防止產(chǎn)生過大的沖擊電流。當充電結束時,控制器控制Kl閉合,切除電阻。直流輸出經(jīng)開關K2接負載R1。功率開關采用EUPEC的P25R12KE3,為三相橋臂六個IGBT封裝的模塊。Tvl、1、,2、TV3為電壓傳感器分別測量交直流電壓“。.、甜。、“。;TAl、TA2、TA3為電流傳感器分別測量三相交流電流i、t。o 實驗系統(tǒng)主電路元件參

6、數(shù)選擇見表32。當PWM整流器采用虛擬磁鏈定向矢量控制方法用磁鏈估計得到的坐標變換角度代替原電壓定向控制系統(tǒng)產(chǎn)生的坐標變換角度。達到穩(wěn)態(tài)運行的時候,變壓器原邊線電壓%與相電流的波形如圖3.15所示,電流探頭檔位是100mY檔。圖315穩(wěn)態(tài)運行電壓c么與相電流Figure3-15腑僻of%and io當調節(jié)系統(tǒng)工作的單位功率因數(shù)時,對于三相對稱得系統(tǒng),線電壓配。超前ur曲60度,即超前乇90度。如圖316所示,【么超前90度,驗證了系統(tǒng)工作在單位功率因數(shù)的狀態(tài)。使用磁鏈估計得到的角度,驗證系統(tǒng)能夠以單位功率因數(shù)穩(wěn)定的工作,并且無功功率也任意可調,達到了類似于電壓定向矢量控制的控制性能。同時本文還在實驗中實現(xiàn)了虛擬磁鏈定向矢量控制的啟動問題,嘗試使用了給系統(tǒng)零矢量、給系統(tǒng)估計初值和延長直流電壓斜坡給定時間等三種方法,實驗結果,前兩種方法的效果不是