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認(rèn)證類型：個(gè)人認(rèn)證

認(rèn)證主體：王**（實(shí)名認(rèn)證）

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IP屬地：安徽 上傳時(shí)間：2023-04-23 格式：DOC 頁(yè)數(shù)：7 大?。?28KB 積分：20 舉報(bào) 版權(quán)申訴

-z.基于SVPWM的三相全控橋式整流電源1.前言由全控型器件構(gòu)成的三相PWM整流器，可以提供正弦化低諧波輸入電流，高功率因數(shù)及雙向能量流動(dòng)，具有體積小、重量輕等特點(diǎn)，在功率因數(shù)補(bǔ)償，電能回饋，有源濾波等領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛應(yīng)用，也是目前研究的熱點(diǎn)。其中電壓型PWM整流器(簡(jiǎn)稱VSR)因其構(gòu)造簡(jiǎn)單、損耗低、控制方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，成為PWM整流器研究的重點(diǎn)。本文在研究三相電壓型PWM整流器的前饋解耦控制策略的根底上，結(jié)合空間矢量調(diào)制(SVPWM)的算法，設(shè)計(jì)了三相電壓型PWM整流器控制系統(tǒng)，并通過(guò)仿真試驗(yàn)驗(yàn)證了采用此控制策略的整流器具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、輸出直流電壓穩(wěn)定、輸入電流THD低等優(yōu)點(diǎn)。2.PWM整流電流根本原理三相電壓型PWM整流器交流側(cè)采用三相對(duì)稱的無(wú)中線連接方式，由6個(gè)功率開(kāi)關(guān)管構(gòu)成，如圖1所示。它穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，輸出直流電壓不變，開(kāi)關(guān)管按正弦規(guī)律脈寬調(diào)制，整流器交流側(cè)的輸出電壓和逆變器一樣，忽略整流器輸出交流電壓的諧波，變換器可以看作是可控正弦三相電壓源，它和正弦的電網(wǎng)電壓共同作用于輸入電感，產(chǎn)生正弦電流波形，適當(dāng)控制整流器輸出電壓的幅值和相位，就可以獲得所需大小和相位的輸入電流。在本文中，我們將采用電流內(nèi)環(huán)電壓外環(huán)的直接電流控制，以到達(dá)直流側(cè)輸出穩(wěn)定直流電壓，交流側(cè)功率因數(shù)可控〔單位功率因數(shù)〕和輸入電流諧波含量低的控制目的。圖1三相電壓型全控橋式整流電路原理圖3.三相PWM整流器的控制策略利用電路根本定律(基爾霍夫電壓、電流定律)對(duì)三相電壓型PWM整流器建立一般數(shù)學(xué)描述，并進(jìn)展空間矢量變換，可以得到電壓源型PWM整流器的數(shù)學(xué)模型為：〔1〕陳瑤31頁(yè)式中，、分別為電網(wǎng)電壓的d、q軸分量；、分別為輸入電流的d、q軸分量；、分別為整流器三相全控橋輸入電壓的d、q軸分量；、分別為開(kāi)關(guān)函數(shù)的d、q軸分量；由式(1)可知，d、q軸電流除受控制量、的影響外，還受到穿插耦合電壓、的擾動(dòng)和電網(wǎng)電壓、的擾動(dòng)。因此單純的d、q軸電流負(fù)反應(yīng)不能實(shí)現(xiàn)解耦，為此引入前饋解耦控制。采用前饋解耦控制即可實(shí)現(xiàn)由、分別獨(dú)立控制兩電流。此時(shí)有：〔2〕式中：、分別為電流內(nèi)環(huán)比例和積分調(diào)節(jié)增益；、分別為電流指令值。由式〔1〕中的第三項(xiàng)可得到電壓環(huán)的PI控制模型為：〔3〕式中：、分別為電流內(nèi)環(huán)比例和積分調(diào)節(jié)增益；為直流輸出電壓指令值。由式〔2〕和式〔3〕可得到三相PWM整流器電流內(nèi)環(huán)電壓外環(huán)的雙閉環(huán)前饋解耦控制框圖如圖2所示：圖2三相PWM整流器雙閉環(huán)前饋解耦控制框圖4.PI調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)一般來(lái)說(shuō)，三相PWM整流系統(tǒng)中電流內(nèi)環(huán)參數(shù)通常按照典型I型系統(tǒng)參數(shù)整定原則來(lái)選取，使電流內(nèi)環(huán)獲得較好的跟隨性能；電壓外環(huán)參數(shù)通常按照典型Ⅱ型系統(tǒng)參數(shù)整定原則設(shè)計(jì)，以獲得最優(yōu)的調(diào)節(jié)性能并保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。4.1電流PI調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)整流器系統(tǒng)中，電流環(huán)作為內(nèi)環(huán)，迫使輸入電流跟蹤指令電流，能夠提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。假定給定電壓在PWM線性調(diào)制區(qū)內(nèi)沒(méi)有飽和，由軸電流完全被解耦，在設(shè)計(jì)電流控制器時(shí)考慮反應(yīng)電流輸入信號(hào)濾波，同時(shí)考慮整流器本身的時(shí)間常數(shù)，得到如圖3所示的簡(jiǎn)化q軸電流環(huán)等值方框圖。圖3簡(jiǎn)化q軸電流環(huán)等值方框圖圖3中KPWM為整流器的放大倍數(shù)，Ts為電流內(nèi)環(huán)電流采樣周期(即亦為PWM開(kāi)關(guān)周期)，為反應(yīng)通道濾波時(shí)間常數(shù)。文獻(xiàn)[2]給出了PI調(diào)節(jié)器參數(shù)的設(shè)計(jì)方法如公式(4)所示?！?〕4.2電壓PI調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)電壓調(diào)節(jié)器作為外環(huán)調(diào)節(jié)，能穩(wěn)定輸出直流電壓，使得輸出直流電壓比輸入電壓峰值高。由文獻(xiàn)[2]可得三相VSR電壓外環(huán)簡(jiǎn)化構(gòu)造如圖4所示。圖中、為電壓外環(huán)PI調(diào)節(jié)器參數(shù)；為電壓采樣小慣性時(shí)間常數(shù)與電流內(nèi)環(huán)等效小時(shí)間常數(shù)的合并。三相VSR電壓環(huán)簡(jiǎn)化構(gòu)造：圖4簡(jiǎn)化電壓環(huán)等值方框圖電壓外環(huán)PI控制器參數(shù)5.SVPWM算法電機(jī)的理想供電電壓為三相正弦，其表達(dá)式如下：〔3.13〕按照合成電壓矢量的定義：〔3.14〕其中，將式(3.13)代入式(3.14)中，得到理想供電電壓下的電機(jī)電壓空間合成矢量為：〔3.15〕理想情況下，電壓空間矢量為圓形旋轉(zhuǎn)矢量，而磁通為電壓的時(shí)間積分，也是圓形的旋轉(zhuǎn)矢量。現(xiàn)在我們觀察逆變器的輸出情況。圖3-2繪出了三相PWM逆變器供電給異步電動(dòng)機(jī)的原理圖。圖3-2三相逆變器拓?fù)鋱D為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，六個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件都用開(kāi)關(guān)符號(hào)表示。為使電機(jī)對(duì)稱工作，必須三一樣時(shí)供電：即在任一時(shí)刻一定有處于不同橋臂的三個(gè)器件同時(shí)導(dǎo)通，而相應(yīng)橋臂的另三個(gè)功率器件則處于關(guān)斷狀態(tài)。如果上橋臂器件導(dǎo)通用“1”表示，下橋臂器件導(dǎo)通用“0”表示，按式〔3.14〕定義，變換器可以輸出8個(gè)電壓空間矢量。其中，對(duì)于〔000〕和〔111〕狀態(tài)，變換器輸出的電壓空間矢量等于零，所以也稱零矢量，而其它6個(gè)矢量稱為有效矢量，有效矢量長(zhǎng)度均等于，空間狀態(tài)矢量圖如圖3-3圖3-3空間狀態(tài)矢量圖對(duì)稱的三相正弦變量按式〔3.14〕合成，將得到一個(gè)幅度固定的空間矢量。同樣，一個(gè)勻速旋轉(zhuǎn)的空間矢量在三相空間A、B、C軸上的投影是三相對(duì)稱的正弦變量。由于變換器實(shí)際能產(chǎn)生的矢量有限，不可能輸出角度連續(xù)變化的空間矢量。為獲得旋轉(zhuǎn)的電壓空間矢量，只有利用各矢量作用時(shí)間的不同，來(lái)等效合成所需的矢量。以第三扇區(qū)為例，用最近的兩個(gè)相鄰有效矢量、和零矢量合成參考矢量，等效矢量按伏秒平衡原則合成。于是有〔3.16〕式中：、、分別是、和零矢量的作用時(shí)間；為采樣周期。式〔3.16〕的意義是：矢量在時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的積分效果和、及零矢量作用時(shí)間的積分效果一樣。將、代入式〔3.16〕得〔3.17〕由式〔3.17〕得〔3.18〕隨著參考電壓空間矢量的增加，輸出電壓的基電壓幅值也線性增加，逐漸減小，但應(yīng)滿足〔3.19〕SVPWM的算法SVPWM信號(hào)的實(shí)時(shí)調(diào)制，需要的二維靜止坐標(biāo)系軸和軸的分量和以及PWM周期作為輸入?！惨弧炒_定矢量所在扇區(qū)通過(guò)分析和的關(guān)系，可以得到如下的規(guī)律：(3.20)(1)如果>0，則A=1,否則A=0；(2)如果>0，則B=1,否則B=0；(3)如果>0，則C=1,否則C=0。則扇區(qū)號(hào)N=A+2B+4C。〔二〕相鄰兩矢量作用時(shí)間確實(shí)定(圖3-4，*YZ模塊)令〔3.21〕如果各扇區(qū)分區(qū)如圖〔3-3〕所示，則各扇區(qū)相鄰兩矢量作用時(shí)間如表3.1(圖3-4，T1T2模塊)。表3.1T1、T2賦值表扇區(qū)號(hào)ⅠⅡⅢⅣⅤⅥT1ZY-Z-**-YT2Y-**Z-Y-Z注：T1表示前一矢量，T2表示后一矢量。假設(shè)出現(xiàn)飽和則，。〔三〕確定比擬器的切換點(diǎn)〔圖3-4，CMPR_OUT模塊〕為了計(jì)算空間矢量比擬器切換點(diǎn)、、，定義〔3.22〕這樣由表3.2可得各個(gè)扇區(qū)作用時(shí)間波形。表3.2開(kāi)關(guān)切換時(shí)間表比擬器切換點(diǎn)ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ5.硬件設(shè)計(jì)5.1輸入濾波電感三相VSR網(wǎng)側(cè)電感對(duì)三相VSR系統(tǒng)的影響是綜合性的，其取值不僅影響系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能，而且還會(huì)對(duì)三相VSR的額定輸出功率等其它因素產(chǎn)生影響。增大電感值，可以抑制系統(tǒng)輸入電流的諧波，減小整流器對(duì)電網(wǎng)的污染，但是系統(tǒng)所能夠提供應(yīng)負(fù)載的最大功率就會(huì)下降。綜合對(duì)濾波性能和輸出功率的影響，本系統(tǒng)取是網(wǎng)側(cè)電動(dòng)勢(shì)峰值；是最大允許諧波電流脈動(dòng)量，一般取，為網(wǎng)側(cè)電流的峰值；是系統(tǒng)給定功率；為開(kāi)關(guān)周期，本系統(tǒng)取0.0005s。經(jīng)計(jì)算得因此本系統(tǒng)取10mH/50A濾波電感。5.2濾波電容輸出濾波電容的設(shè)計(jì)方法是以電容電壓波動(dòng)量為設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)。引起電壓波動(dòng)的原因是由于負(fù)載變化引起的瞬態(tài)過(guò)程中輸入及輸出的功率不平衡，特別是當(dāng)系統(tǒng)工作模式由最大功率整流到最大功率逆變突變時(shí)(或反之)，輸入輸出功率偏差最大，且瞬態(tài)過(guò)程最長(zhǎng)，而瞬態(tài)過(guò)程中功率偏差引起電容上較大的電壓波動(dòng)，確定電容電壓波動(dòng)的上限后可得到電容的計(jì)算公式：其中是電容電壓的波動(dòng)量，是網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)。計(jì)算可得本系統(tǒng)中因此本系統(tǒng)取4700uF/800V濾波電容。6.實(shí)驗(yàn)仿真在MatlabS/Simulink環(huán)境建