ABB的ACS6000傳動系統(tǒng)提升機

1、i目目 錄錄1 概述概述.11.1 提升系統(tǒng)結(jié)構(gòu).11.2 acs6000sd 傳動系統(tǒng) .11.2.1 acs6000sd 的主要特點 .11.2.2 同步電動機主要數(shù)據(jù).31.2.3 acs6000sd 同步機調(diào)速系統(tǒng)配置 .41.2.4 acs6000sd 同步機調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)性能 .61.2.5 acs6000sd 外部控制 .61.2.6 變頻裝置提供如下的必要保護.61.2.7 acs6000sd 調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試維護工具 .71.3 提升機過程控制及安全保護系統(tǒng).71.3.1 提升機過程控制系統(tǒng).81.3.2 行程監(jiān)控系統(tǒng).101.3.3 裝卸載控制系統(tǒng).101.3.4 人機接口系統(tǒng)（

2、hmi）.101.3.5 控制網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng).111.3.6 提升設(shè)備主要數(shù)據(jù).111.3.7 給定的速度圖、力圖、功率圖.112 pwm 脈寬調(diào)制可逆整流器原理脈寬調(diào)制可逆整流器原理.142.1 pwm 整流器的基本原理.142.2 矢量控制理論.152.3 電流開環(huán)、電壓閉環(huán)控制系統(tǒng).172.3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu).172.3.2 的物理概念及檢測.172.3.3 ed的物理概念及檢測.182.3.4 仿真分析.192.4 電壓閉環(huán)、電流閉環(huán)控制系統(tǒng).202.4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu).212.4.2 仿真分析.212.5 三電平電壓源型 pwm 整流器原理.232.5.1 功能.232.5.2 電路結(jié)構(gòu).

3、232.5.3 電路原理.232.6 濾波電感和濾波電容的參數(shù)選擇.252.6.1 交流側(cè)濾波電感的選擇.252.6.2 直流電壓的選擇.272.6.3 直流側(cè)電容的選擇.283 同步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)同步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng).303.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu).303.2 磁鏈控制.303.2.1 電壓與磁鏈空間矢量的關(guān)系.313.2.2 六拍階梯波逆變器與正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場.32ii3.2.3 圓形磁鏈軌跡的跟蹤控制.333.2.4 磁鏈模型.353.2.5 扇區(qū)的判斷.353.3 轉(zhuǎn)矩控制.353.3.1 轉(zhuǎn)矩的控制理論.353.3.2 轉(zhuǎn)矩模型.373.4 勵磁電流及功率因數(shù)控制.403.4

4、.1 勵磁電流的期望值.403.4.2 勵磁電流控制.413.5 凸極同步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)仿真結(jié)果.413.5.1 仿真所選的凸極同步電機參數(shù).413.5.2 仿真系統(tǒng)的組成.423.5.3 凸極同步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真結(jié)果.424 acs6000sd 傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng).474.1 脈寬調(diào)制整流器.474.1.1 單元電路.474.1.2 整流器直流電壓控制原理.514.2 勵磁整流裝置（exu） .514.2.1 主電路.524.2.2 電流控制電路.524.2.3 故障檢測與保護.534.3 逆變器（inu）.534.3.1 單元電路.534.4 速度給定與控制.554.4.

5、1 速度給定.554.4.2 速度控制.614.5 整流變壓器容器.65附圖.675 傳動系統(tǒng)的操作電路傳動系統(tǒng)的操作電路.785.1 整流電路的操作方式.785.2 啟動操作.785.3 停機操作.795.4 緊急斷電操作.805.5 硬件操作電路.815.5.1 主斷路器合閘操作.815.5.2 主斷路器分閘操作.825.5.3 緊急停車與復位操作.835.5.4 緊急斷電與復位操作.845.5.5 勵磁接觸器分閘電路.856 故障分析與維護故障分析與維護.866.1 故障分析.866.1.1 概述.866.1.2 故障分類（fault class） .866.1.3 故障內(nèi)容.87iii

6、6.1.4 故障保護動作分類.876.1.5 故障記錄工具.886.1.6 故障分析舉例.886.2 調(diào)試與維護工具.906.2.1 cdp 控制面板.906.2.2 drive windows 調(diào)試與維護軟件.916.3 參數(shù)表.926.4 運行過程示波圖分析.97附錄：附錄：cdp 控制面板操作控制面板操作.991潘北礦主井提升機潘北礦主井提升機 abb 電控系統(tǒng)電控系統(tǒng)同步電動機交直交可逆變頻直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)同步電動機交直交可逆變頻直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)1 概述概述潘北礦主井提升機電力傳動方案采用 abb 公司的 acs6000sd 交直交變頻同步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。1.1 提升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)提

7、升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)提升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1-1 所示，其中電控系統(tǒng)包括：1）提升機傳動系統(tǒng)采用 abb 公司的 acs6000sd 交直交同步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)2）提升機過程控制系統(tǒng)（1）過程控制 plc 系統(tǒng)（2）行程監(jiān)控 plc 系統(tǒng)（3）裝卸載控制系統(tǒng)（4）hmi（人一機界面）系統(tǒng)1.2 acs6000sd 傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)采用 abb 公司生產(chǎn)的 acs6000sd 交直交同步電動機變頻調(diào)整系統(tǒng)，acs6000sd 是基于直接轉(zhuǎn)矩控制（dtc）技術(shù)的新一代交直交電壓型中壓變頻器；功率范圍從 3mw 到 27mw。1.2.1 acs6000sd 的主要特點的主要特點1） acs6000sd

8、采用功率集成門極晶閘管 igct（integrated gate com muated thyristors） ，它綜合了高頻開關(guān)、高阻斷電壓和低導通損耗等特性，因此提供了效率更高、可靠性更高的變頻器。2） dtc 平臺在兆瓦級的傳動產(chǎn)品中提供了最高級別的轉(zhuǎn)矩和速度的性能。與傳統(tǒng)的pwm 控制和矢量控制方式相比，它的反應(yīng)時間快了 10 倍，并且 dtc 還提供了最優(yōu)的過程控制，精確的電機控制性能，最小的扭矩擾動和電機磨損。3） acs6000sd 系統(tǒng)對電網(wǎng)沒有污染。因為電機和整流器的功率因數(shù)都為 1，減少了對變壓器的功率需求，僅需要采用交交變頻器時的 50%。采用 acs6000sd 的提升

9、機系統(tǒng)產(chǎn)生的諧23圖 1-1 提升機交直交變頻同步電動機傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4波很小，低于 25 次的諧波都可以清除，不需要另加諧波濾波器及無功補償裝置。4） 大功率開關(guān)器 igct 具有快速的開關(guān)特性，因此在直流回路不再像交交變頻器那樣需要直流斷路器。5） 實際功率因數(shù)值可在 drive windows 中顯示，功率因數(shù)可在 dtc 變頻器中設(shè)定，在礦井提升機應(yīng)用中，功率因數(shù)設(shè)定值為 1。6） 主回路電容器的額定電壓為 2900v，最大溫升為+80，在此條件下運行 10 萬小時后（約 11.4 年） ，額定電容將降低 2%，即便如此，dtc 變頻器依然可以在額定工作下正常運行，因此電容器的壽命不會低

10、于 15 年。綜上所述，采用 acs6000sd 的提升機傳動系統(tǒng)，具有低諧波、低損耗的優(yōu)點，無需濾波器來抑制諧波，無需無功補償裝置。無需熔斷器、無需直流斷路器，變壓器功率減小，動力電纜截面減小，矩控制性能優(yōu)越，設(shè)備占地面積小。1.2.2 同步電動機主要數(shù)據(jù)同步電動機主要數(shù)據(jù)機座類型 amz2000ll16凸極數(shù)量 16額定輸出功率 4000kw額定轉(zhuǎn)矩 7000knm允許最大轉(zhuǎn)矩 160%允許最大瞬時轉(zhuǎn)矩 200%最大短路轉(zhuǎn)矩 2242knm額定速度 54.5rpm額定頻率 7.27hz額定定子電壓 3150v額定定子電流 768a機械最大速度 150%額定轉(zhuǎn)矩時的磁場 329a dc/22

11、6v dc額定輸出效率，除去磁場損耗 95.5%額定功率因數(shù) 1.0在 200轉(zhuǎn)矩和定子電流為 1150a 時大概磁場 827a，625v要求冷卻風量 14m3/s，1000padtc 供給的最大噪聲等級 85db（a）慣性矩 28200kgm2整體重量 66.5t附件： 裝配定位編碼器和增量式編碼盤 接地炭刷5 12 個安裝在定子線圈的 pt100 溫度傳感器 2 個安裝在空氣冷卻的 pt100 溫度傳感器 1 個空氣加熱器1.2.3 acs6000sd 同步機調(diào)速系統(tǒng)配置同步機調(diào)速系統(tǒng)配置acs6000sd 同步機調(diào)速系統(tǒng)配置如圖 1-2 所示。圖 1-2 acs6000sd 同步機調(diào)速系

12、統(tǒng)結(jié)構(gòu)1. 整流單元（整流單元（aru）額定連續(xù)最大功率7000kva短時最大功率9000kva額定輸出電流1250ar.m.s瞬時過載能力1650ar.m.s額定輸入電壓3160v ac6aru 整流單元把 ac 電源整流為直流并對電容充電。aru 用于四象限運行。它是一自換向、三電平的電壓源逆變器。包含如下主要部件：igct 模塊、門極電源、鉗位電路、emc 濾波器、接口板、快速短路檢測、防過充設(shè)備、電壓和電流測量設(shè)備。2. 進線濾波單元（進線濾波單元（ifu）進線濾波單元用于減小供電電網(wǎng)電壓的高次潛波，它連接在整流變壓器和 aru 之間。它包含濾波電抗器、電容器和阻尼電阻。3. 中間直流

13、單元（中間直流單元（cbu）中間直流單元包括直流電容、預充電單元、接地開關(guān)、電壓限制單元。4. 逆變單元（逆變單元（inu）逆變單元把直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)樽兞麟妷?。inu 允許四象限運行。它是三電平電壓源逆變器。由 igct 模塊、門極單元電源、鉗位電路、emc 濾波器、接口板、快速短路檢測、電壓和電流檢測組成。額定輸出電流1650a r.m.s 輸出頻率 8hz連續(xù)電流（在 0-3hz） 1155a連續(xù)電流（在 3-8hz） 1155 至 1650a額定輸出電壓3160v r.m.s輸出頻率0-75hz5. 勵磁整流單元（勵磁整流單元（exu）勵磁整流單元給同步電動機轉(zhuǎn)子繞組供電，是 6 脈動的晶

14、閘管變流器，輸入電壓 690v，50hz；額輸出電流連續(xù)。6. 水冷單元（水冷單元（wcu）水冷單元為主回路功率器件提供內(nèi)循環(huán)冷卻水，把熱量傳輸?shù)酵獠垦h(huán)水系統(tǒng)，并連續(xù)凈化內(nèi)部冷卻水。7. 定子整流變壓器定子整流變壓器類型 2 繞組環(huán)氧樹脂干式變壓器原邊電壓10kv副邊電壓3150v容量3500kva冷卻方式空冷頻率50hz 3 相短路阻抗12%連接組別dy-11空載損耗7500w負載損耗（75） 53000w附件變壓器內(nèi)每相預埋一只 pt100 電阻8. 勵磁整流變壓器勵磁整流變壓器類型 2 繞組環(huán)氣樹脂干式變壓器7容量 500kva原邊電壓 10kv副邊電壓 690v頻率 50hz 3 相

15、連接組別 dy-11短路阻抗 6%空載損耗 1300w負載損耗（75） 6000w冷卻方式 自冷附件 變壓器內(nèi)每相預埋一只 pt100 電阻1.2.4 acs6000sd 同步機調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)性能同步機調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)性能由 aru 可逆整流器供電，逆變器 inu 變頻，采用同步機直接轉(zhuǎn)矩控制，可達到以下技術(shù)性能。輸入功率因數(shù)1.0在額定負載下的效率 97%輸出功率因數(shù)1.0靜態(tài)速度誤差0.01%動態(tài)速度誤差0.20.5%轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時間3.5ms（在 70%額定速度）轉(zhuǎn)矩脈動分量1% （電機額定頻率48 小時/3.6v，16ah，4 周。2）s800i/0 系統(tǒng)主要配置：（1）模擬量輸入模塊ai810

16、， 8 通道，0-10v， 4-20ma；（2）模擬量輸入模塊ai830， 8 通道，pt100；（3）模擬量輸出模塊ao810，8 通道，4-20ma；（4）開關(guān)量輸入模塊di810， 28 通道，24vdc；（5）開關(guān)量輸入模塊di820， 8 通道，120vac；（6）開關(guān)量輸出模塊d081028 通道，24vdc；（7）脈沖計數(shù)模塊dp820， 2 通道脈沖輸入，測量頻率為1.5mhz1.3.1.2 系統(tǒng)功能系統(tǒng)功能接收來自于傳動裝置、行程控制 plc、提升信息系統(tǒng)、閘控系統(tǒng)、安全回路、操作臺等的信號，按照提升的工藝要求，對傳動系統(tǒng)、潤滑油泵、液壓油泵及閘控系統(tǒng)等各種電氣進行控制，并提

17、供相應(yīng)的燈光、音響信號。在故障時自動進行報警及安全保護。1）提升機運行方式控制提升機運行模式：全自動、半自動、手動、檢修、過卷恢復。2）提升機安全運行保護（1）行程監(jiān)視保護10（2）過速保護（3）過卷保護，在井筒內(nèi)安裝過卷開關(guān)，作為軟件開關(guān)的后備保護，過卷開關(guān)直接作用 于絞車的緊急制動。3）安全繼電器回路及閘控一套安全繼電器組成冗余安全緊急制動和閉鎖回路、包括制動控制系統(tǒng)監(jiān)視和 plc 監(jiān)視。通過輔助繼電器可提供自動和手動閘控制功能。即手動時由閘控手柄調(diào)節(jié)制動力，自動時由過控 plc 分別給出松閘、預貼閘皮、施閘控制等指令。在緊停時閘控系統(tǒng)可實現(xiàn)恒減速制動。4）提升機系統(tǒng)設(shè)備監(jiān)視實時監(jiān)視提升機

18、系統(tǒng)的各設(shè)備的運行狀態(tài)，確保設(shè)備的故障能及時被發(fā)現(xiàn)。監(jiān)視的內(nèi)容包括：高、低壓設(shè)備；傳動設(shè)備；液壓設(shè)備；plc 設(shè)備等。5）速度給定與反饋提升機系統(tǒng)是一個速度控制系統(tǒng)，按速度給定的大小實現(xiàn)速度閉環(huán)控制。本系統(tǒng)在手動控制方式時，運行速度由操作臺上的速度給定手柄給定，通過與手柄相聯(lián)的電位器給出 010v的模擬信號，經(jīng)過程控制 plc 進行轉(zhuǎn)換處理，再將速度給定值通過通信總線傳送至傳動系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)字式速度給定。同時通過軟件實現(xiàn)按時間原則和行程原則雙重約束的速度給定限制。在全自動運行狀態(tài)下，系統(tǒng)根據(jù)提升容器的行程及其它相關(guān)信號，給定最高運行速度，由過程控制 plc 自動向傳動裝置發(fā)出速度給定信號，同樣受

19、行程、加速度的限制。本系統(tǒng)速度環(huán)的速度反饋信號來自安裝在電機軸上的旋轉(zhuǎn)編碼器，此編碼器的輸出同時輸入到傳動裝置和過控 plc。6）數(shù)字測速及雙重超速保護來自于電機軸上的編碼器檢測出電機的實際速度，傳動裝置利用速度反饋信號與速度給定信號進行比較，當超過 15%時，交流調(diào)速裝置發(fā)出信號給過控 plc，進行緊急制動。同時，利用裝于卷筒上的旋轉(zhuǎn)編碼器，對提升容器的速度進行監(jiān)控，當速度超過給定速度的 15%時，也發(fā)出緊急停車信號。7）雙重過卷保護系統(tǒng)根據(jù)編碼器輸出的脈沖數(shù)計算的行程值對提升機進行過卷保護，同時在井筒安裝機械式開關(guān)作為最后一組過卷保護。8）尾繩故障監(jiān)測尾繩保護采用開關(guān)保護方式，通過開關(guān)監(jiān)測

20、尾繩是否扭轉(zhuǎn)，從而發(fā)出報警信號。9）滑繩保護在天輪上安裝一只旋轉(zhuǎn)編碼器，編碼器的輸出脈沖送至過程控制 plc，控制系統(tǒng)將滾筒速度與天輪速度進行比較，當出現(xiàn)速度不一致并超過一定值時，發(fā)出滑繩保護信號，使系統(tǒng)報警并停車。10）緊急操作在提升機運行過程中，當提升過程控制及行程監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)局部故障導致緊停時，提升系統(tǒng)可切換到手動運行模式，通過暫時旁路故障點，在 2m/s 的限速以內(nèi)運行，直至完成本次提升，但在故障排除以前，提升機無法再次進行啟動。1111）其它保護和聯(lián)鎖除上述保護功能外，還對所有關(guān)鍵設(shè)備，諸如潤滑油泵、電機風機、勵磁電源、輔助電源等進行安全檢測及保護；此外還有過流、快熔熔斷、閘盤磨損、

21、勵磁消失、通信故障等保護。在故障發(fā)生時均有聲光報警，并根據(jù)故障性質(zhì)進行電氣制動停車或緊急制動停車（機械制動） 。1.3.2 行程監(jiān)控系統(tǒng)行程監(jiān)控系統(tǒng)1）系統(tǒng)配置基本處理單元 pm856 模塊，i/o 系統(tǒng)按 abb 標準的提升機行程監(jiān)控系統(tǒng)進行配置，i/o 點數(shù)僅為 64（含 20%備用量） ，其中模擬量輸入模塊 ai810 一塊，模擬量輸出模塊 ao810 一塊、開關(guān)量輸入模塊 di810 一塊，開關(guān)量輸出模塊 do810 一塊、計數(shù)模塊 dp820 一塊。2）系統(tǒng)功能行程監(jiān)控系統(tǒng)接收來自于滾筒軸編碼器的脈信號，對提升容器的行程和速度進行計算，并在司機操作臺上顯示；對提升過程控制 plc 及

22、提升機的運行進行監(jiān)視和保護；同時將操作臺上的其它按鈕、開關(guān)等信號進行采集并傳運。功能如下：（1）提升容器位置以高程（行程）進行顯示。（2）根據(jù)提升容器的運行的目的位置及運行方向，按照設(shè)定行程發(fā)出減速指令。（3）設(shè)定過卷保護數(shù)據(jù)，當過卷時，進行安全制動。（4）設(shè)定按行程的限速曲線，保證不出現(xiàn)高速過卷。（5）提升機進行法定試驗時，退過啟動一個試驗開關(guān)，就可以將井筒長度“縮短”到一個特定預置的數(shù)值，如 300 米提升容器以任何試速度接近“縮短”了的井筒端部時，就會使提升機停車，這樣在試驗時各種保護效果，以及制動系統(tǒng)的效果，可以得到可靠的確保。（6）行程監(jiān)控系統(tǒng)測量的行程值在每次運行循環(huán)完成后通過同步

23、開關(guān)均可自動校正。1.3.3 裝卸載控制系統(tǒng)裝卸載控制系統(tǒng)1）提升信號及裝卸載控制系統(tǒng)硬件和軟件與提升控制系統(tǒng)互為獨立。裝載站控制系統(tǒng)與卸載站控制系統(tǒng)也相對獨立。裝載站稱重部分與控制部分相對獨立。2）裝卸載站 plc 與提升系統(tǒng) plc 之間的信息傳輸采用數(shù)據(jù)通信與 i/0 傳輸并用的方式。i/o 傳輸用于閉鎖、控制、保護等。信號的信息傳輸。數(shù)據(jù)通信只用于模擬信號、狀態(tài)、故障信息的傳輸，不參于閉鎖、控制、保護、信號的傳輸。這樣，一旦通信發(fā)生故障，也不影響井筒信號及裝卸載控制系統(tǒng)的正常運行。121.3.4 人機接口系統(tǒng)（人機接口系統(tǒng)（hmi）人一機接口系統(tǒng)包括操作顯示站和工程師站。操作顯示站負責

24、對整個系統(tǒng)的運行以圖形和數(shù)據(jù)的方式進行顯示、監(jiān)控。此外還完成數(shù)據(jù)統(tǒng)計、故障報警記錄、報表打印、參數(shù)修改等功能。工程師站用于對提升過程控制系統(tǒng)和行程監(jiān)控系統(tǒng)的 plc 進行在線/離線組態(tài)、編程、調(diào)試及系統(tǒng)維護，可以對提升系統(tǒng)故障進行追蹤、分析和處理。1.3.5 控制網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)本電控系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為兩個層次，即控制層和現(xiàn)場儀表層?？刂茖泳W(wǎng)絡(luò)采用基于tcp/ip 協(xié)議的以太網(wǎng)，用于實現(xiàn)各 plc 系統(tǒng)之間的通信?，F(xiàn)場儀表層網(wǎng)絡(luò)采用 profibus-dp 現(xiàn)場總線協(xié)議，用于將現(xiàn)場智能儀表、第三方設(shè)備或遠程 i/o 站接入 plc 系統(tǒng)，實現(xiàn) plc 的遠程控制功能。另外，提升

25、傳動系統(tǒng)的 acs6000sd 變頻裝置采用 drivebus 協(xié)議通過光纖和提升過程控制 plc 進行高速通信，實現(xiàn)傳動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)之間的實時信息交換。提升控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)概貌如圖 13 所示。1.3.6 提升設(shè)備主要數(shù)據(jù)提升設(shè)備主要數(shù)據(jù)滾筒直徑4.5m提升距離673.15m最大速度12.5m/s加速度0.75m/s2減速度0.75m/s2載重27000kg箕斗包括繩附件42000kg每米繩重量9.25 kg/m提升能力2.4mt/a927t/h1.3.7 給定的速度圖、力圖、功率圖給定的速度圖、力圖、功率圖根據(jù)提升機的參數(shù)，計算出的一個提升循環(huán)的速度圖及相應(yīng)的力圖、功率圖如圖 14、圖15、

26、圖 16 所示。1314圖 13 提升控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)概貌15圖 14 給定的速度圖圖 15 力圖 f（t）圖 16 功率圖 p（t）162 pwm 脈寬調(diào)制可逆整流器原理脈寬調(diào)制可逆整流器原理pwm 脈寬調(diào)制可逆整流器具有功率因數(shù)可調(diào)、諧波電流小的突出優(yōu)點，它克服了晶閘管可控整流器的缺點。目前已在交直交可逆交流傳動系統(tǒng)、高壓直流輸電系統(tǒng)、電力系統(tǒng)無功動態(tài)補償裝置中應(yīng)用。2.1 pwm 整流器的基本原理整流器的基本原理三相 pwm 整流器的主電路如圖 2-1 所示。在電源電壓 uab為正半周時，驅(qū)動 v3，使其導通，則 uab經(jīng)交流回路電感器 l 短路，ia增加。當 v3關(guān)斷時，l 向直流回路釋放

27、能量，同時 uab也向直流回路輸出能量。輸出能量的大小取決于 v3導通的時間。此為斬波升壓電路。三相橋工作在脈寬調(diào)制狀態(tài)，三相橋的交流側(cè)為被調(diào)制的三相交流電壓 upa 、upb、 upc。其基波分量與電網(wǎng)側(cè)的電壓同頻率。在調(diào)節(jié) upa 、upb、 upc的基波分量的幅值和相位時，可調(diào)節(jié)交流側(cè)電流的幅值和相位。ralarblbrclcv1v3v5v4v6v2rludooc/2c/2papbpciaabc圖 2-1 三相 pwm 整流器主電路交流側(cè) a 相等效電路如圖 2-2 所示?；芈冯妱萜胶夥匠虨椋?-1）paaaaudtdilrie式中：eaa 相交流電源電壓；iaa 相交流電流；l a 相

28、回路總電感，含進線濾波器電感、電源漏感；r 交流回路總電阻；upaa 相調(diào)制電壓。laeaupaiar圖 2-2 交流側(cè) a 相等效電路17相量表達式為（2-2）paaaauiljire.在調(diào)節(jié) upa 的幅值和相位時，改變 ia的幅值和相位，可得到以下四種典型的相量圖，每種相量圖對應(yīng)于一種典型的應(yīng)用。 iaeaulupaur.oiaeaulupaur.o(1) ia與 ea同相 (2) ia與 ea反向 iaeaulupaur.oiaeaulupaur.o(3) ia超前 ea 90 (4) ia滯后 ea 90圖 2-3 調(diào)節(jié) upa時的 ea與 ia相量圖1）整流狀態(tài)相量圖的圖 2-3(

29、1), 比滯后 ，與同相，功率因數(shù)角 為 0。此時，是理想pau.ae.ai.ae的整流狀態(tài)，將三相交流電源變成直流電源。2）逆變狀態(tài)相量圖的圖 2-3(2), 比超前 ，與反相，功率因數(shù)角 為 180。此時，是理pau.ae.ai.ae想的逆變狀態(tài)，將直流電源變成交流電，回饋電網(wǎng)。3）容性負載相量圖的圖 2-3(3), 比滯后 ，比超前 90，整流器為純?nèi)菪载撦d。可用作無pau.ae.ai.ae功動態(tài)補償。4）感性負載相量圖如圖 2-3(4)所示, 比超前 ，比滯后 90，整流器為純感性負載?？捎胮au.ae.ai.ae作無功動態(tài)補償。2.2 矢量控制理論矢量控制理論對于 pwm 整流器的控

30、制，主要是控制調(diào)制電壓 up。對于 up的控制方法有兩種，一是交流幅相控制，另一種是矢量控制。前者是通過對交流回路計算得到 up的大小和相位，后者是通過18旋轉(zhuǎn)坐標系中計算 up的兩個分量 upd、upq。這兩個分量是直流量，經(jīng)坐標變換后變成三相交流量。前者的技術(shù)性能不如后者。下面僅介紹基于矢量控制技術(shù)的 pwm 整流器理論。借助于三相對稱交流電源的空間電壓矢量概念，由三相交流電壓 ea、eb、ec合成以同步速 旋轉(zhuǎn)的空間電壓矢量 e。 就是交流電源的角速度 2f。在以 速度旋轉(zhuǎn)的直角坐標系 dq 中，定義 d 軸與 e 軸重合。d 軸相對于發(fā)電機 a 相繞組軸線的夾角為 。e 是空間電壓矢量

31、的幅值，與相電壓幅值對應(yīng)。顯然，e 在 q 軸上的分量 eq=0,ed=e。矢量圖如圖 2-4 所示。dqed(e)aiupupq0upd圖 2-4 e、up、i 矢量圖根據(jù)坐標變換原理，三相交流電源 ea、eb、ec與電壓空間矢量 e 的兩個分量 ed、eq之間的關(guān)系為：（2-3）qdcbaeeeee120sin120cos120sin120cossincos32式中：e 與 a 軸之間的夾角，。dt同理，被調(diào)制的三相交流電壓 upa 、upb、 upc與經(jīng)坐標變換得到的調(diào)制電壓空間矢量 up的兩個分量 upd、upq之間的關(guān)系為，（2-4）pqpdpcpbpauuuuu120sin120c

32、os120sin120cossincos32三相交流電流 ia、ib、ic與經(jīng)坐標變換得到的電流空間矢量 i 的兩個分量 id、iq之間的關(guān)系為(2-5)qdcbaiiiii120sin120cos120sin120cossincos32由式（2-3）式（2-5）求出 ea、upa、ia，然后代入式（2-1） ，可得到（2-6）qdddpdliridtdileu（2-7）dtdilriliuqqdpq式（2-6） 、式（2-7）表示在旋轉(zhuǎn)坐標系中調(diào)制電壓 upd、upq與交流電源的電壓空間矢量的幅值 ed、電流有功分量與無功分量之間的關(guān)系。192.3 電流開環(huán)、電壓閉環(huán)控制系統(tǒng)電流開環(huán)、電壓閉

33、環(huán)控制系統(tǒng)2.3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)根據(jù)式（2-6） 、式（2-7）可建立直流電壓 ud閉環(huán)、電流開環(huán)的 pwm 整流器的系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)如圖 2-5 所示。rsllrsltg*di*qi+de*pdu+-qe+-矢矢量量運運算算spwm調(diào)調(diào)制制aur同同步步電電路路*dudu*pqu*pduupa*upb*upc*+-電電壓壓檢檢測測udud檢檢測測l圖 2-5 電壓閉環(huán)、電流開環(huán)的 pwm 整流器系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)若作為整流器使用，希望直流輸出電壓 ud穩(wěn)定，因此采用 ud閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)。電壓調(diào)節(jié)器aur 采用 pi 調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器的輸出量表示期望的交流電流有功分量 id*。無功分量期望值 iq*取

34、決于期望的功率因數(shù)角 *。若 *=0，iq*=0。由式（2-6） 、式（2-7）的運算可得到在旋轉(zhuǎn)坐標系中的調(diào)制電壓 upd*、upq*，經(jīng)矢量運算得到三相調(diào)制電壓期望值 upa*、upb*、upc*，再經(jīng)正弦波脈寬調(diào)制電路，得到六相調(diào)制脈沖，去驅(qū)動六個橋臂的開關(guān)器件。2.3.2 的物理概念及檢測的物理概念及檢測在矢量運算中，需要用到交流電壓空間矢量 e 相對于 a 相繞組軸線的空間位置角 。根據(jù)電壓空間矢量的概念， 就是交流電源的相位角 t。由式（2-3）可得ea= (cosedsineq)32因為 eq0，edeea = ecoseamcost（2-8）3220式中，e 三相交流電源合成的

35、電壓空間矢量幅值；eam a 相電源、電壓幅值。由式（2-4）可得（2-9）tuuuuuuupppppqpdpacos32cos32sinsincoscos32sincos32式中，up三相調(diào)制電壓合成的電壓空間矢量的幅值。顯然，upa比 ea滯后，這與幅相控制理論是吻合的。當采用式（2-4）計算三相調(diào)制電壓的期望值時， 的起算點應(yīng)是 a 相電源電壓的峰值處，據(jù)此，設(shè)計的 檢測電路如圖 2-6 所示。ug的正跳為 的起始點。經(jīng)軟件鎖相后，定時給出 角的值。2.3.3 ed的物理概念及檢測的物理概念及檢測在矢量運算中，需用到電壓空間矢量的幅 e 及 e 在 d 軸上的分量 ed。由于 d 軸與矢

36、量 e 重合，ed=e，eq=0。由式（2-7）可得（2-10）avmmeeue91. 122. 123式中，eava 相電源電壓的平均值。100kuac6v1ufe+15v-15v*2k20k5v5.5kfg21ufuettttuguacua0000圖 2-6 檢測電路及波形分析2.3.4 仿真分析仿真分析利用 simulink 提供的基本模塊建立圖 2-5 所示結(jié)構(gòu)的整流器的仿真模型如圖 2-7 所示。仿真參數(shù)：交流側(cè)相電壓有效值為 120v，l=2mh，r=0.1，直流側(cè)濾波電容為 1000f，給定直流輸出電壓為 400v。啟動時負載電阻為 50，0.2s 后再突加 50 負載。在穩(wěn)態(tài)時

37、，輸出直流電壓穩(wěn)定在 400v，而且三相電流與電源電壓同相，實現(xiàn)了單位功率因數(shù)控制，如圖 2-8 所示。這說明前面分析的電壓閉環(huán)、電流開環(huán)的矢量控制策略是可行的。不足之處在于其動態(tài)性能存在缺陷，如啟動時輸出電壓波動較多，電流幅值過大（ia,b,c） ，對開關(guān)器件造成沖擊。此外電流有功、無功分量（id,iq）跟蹤緩慢，電流動態(tài)響應(yīng)不理想。圖 2-7 電壓閉環(huán)、電流開環(huán)的 pwm 整流器矢量控制仿真模型2200.050.10.150.20.250.30.350.4050100150200250300350400450t / sud / v00.050.10.150.20.250.30.350.4-

38、150-100-50050100t / sia / a00.050.10.150.20.250.30.350.4-100-50050100t / sid,q / aid* id iq 圖 2-8 電壓閉環(huán)、電流開環(huán)的整流器仿真結(jié)果2.4 電壓閉環(huán)、電流閉環(huán)控制系統(tǒng)電壓閉環(huán)、電流閉環(huán)控制系統(tǒng)電壓閉環(huán)、電流開環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點是不要檢測交流電流、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、存在的缺點是電流有功分量 id、無功分量 iq的響應(yīng)比較慢，影響整流器的動態(tài)抗擾性能。采用電流閉環(huán)系統(tǒng)可克服上述缺點。232.4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)電壓閉環(huán)、電流閉環(huán)控制的整流器結(jié)構(gòu)如圖 2-9 所示。id、iq檢測環(huán)節(jié)的原理是通過檢測三相交

39、流電流 ia、ib、ic，經(jīng) 3/2 變換，旋轉(zhuǎn)變換得到 id、iq。3/2 變換矩陣見式（2-10）（2-10）iicbaiii232302121132 旋轉(zhuǎn)變換矩陣見（2-11）（2-11）cossinsincosdqiiii acdr 調(diào)節(jié)器是調(diào)節(jié) id的，采用 pi 調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器的輸出量 upd1*。acqr 調(diào)節(jié)器是調(diào)節(jié) iq的，亦采用 pi 調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器的輸出量是 upq1*。為提高系統(tǒng)的跟隨性能和抗擾性能，增加前饋控制環(huán)節(jié)。ed、liq、lid為前饋控制量。acdracqrll*di*qi+de+-矢矢量量運運算算spwm調(diào)調(diào)制制aur同同步步*dudu*pqu*pduupa

40、*upb*upc*+-id、iq檢檢測測udud檢檢測測ed檢檢測測-idiqia,b,c*tgl-+圖 2-9 電壓閉環(huán)、電流閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.4.2 仿真分析仿真分析仿真參數(shù)同前例，仿真結(jié)果如圖 2-10 所示。2400.050.10.150.20.250.3050100150200250300350400450t / sud / v00.050.10.150.20.250.3-100-50050100t / sia / a00.050.10.150.20.250.3-100-50050100t / sid,q / aid id*iq 圖 2-10 電壓閉環(huán)、電流閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真結(jié)果從圖

41、 2-10 可見：電流閉環(huán)控制系統(tǒng)比起電流開環(huán)控制系統(tǒng)，動態(tài)性能有了明顯的改善。比較結(jié)果如下：輸出直流電壓響應(yīng)啟動時，電流閉環(huán)系統(tǒng)的 ud跟隨快。負載擾動時，電流閉環(huán)系統(tǒng)的 ud最大降落為 23v，恢復時間為 0.1s。電流開環(huán)控制系統(tǒng)的ud最大降落 28v，恢復時間為 0.16s。25電流響應(yīng)電流開環(huán)控制系統(tǒng)在啟動時，三相電流過載倍數(shù)大，響應(yīng)慢，在啟動和擾動階段，電流有功分量 id、無功分量 iq的跟隨慢。電流閉環(huán)控制系統(tǒng)在啟動時，三相電流過載倍數(shù)低，響應(yīng)快。在啟動和擾動階段，電流有功分量 id、無功分量 iq的跟隨快。2.5 三電平電壓源型三電平電壓源型 pwm 整流器原理整流器原理 前面

42、詳細介紹了兩電平三相電壓源型 pwm 整流器，下面分析三電平三相電壓源型 pwm 整流器的工作原理，兩者最大的區(qū)別在于調(diào)制交流側(cè)電壓時對開關(guān)器件的控制不同。三電平電壓源型 pwm 整流器由于開關(guān)器件增加了一倍，對開關(guān)器件的控制較為復雜。2.5.1 功能功能1）減小整流器交流側(cè)電壓的諧波分量；2）提高開關(guān)器件頻率的利用率；3）使用低壓管串聯(lián)，輸出電壓高。2.5.2 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)見圖 2-11。cfudc/2cfg1udc/2+-oabcd11d12d31d32d41d42d51d52d61d62d21d22d1d2d3d4d5d6v11v12v31v32v41v42v51v52v61v62v

43、21v22eaebeclalblc圖 2-11 三電平 pwm 整流器電路2.5.3 電路原理電路原理1）驅(qū)動信號26（1）采用單極性 spwm 脈寬調(diào)制v41、v11 的驅(qū)動脈沖 ug11 、ug41如圖 2-12 所示。（2）輔助開關(guān)器件 v12、v42的驅(qū)動信號 ug12 、ug42與 ug11 、ug41互補，如圖 2-12 所示。turatturbug11ug42ug41ug12uaoubouabudud/2-ud/2-ud1 2 34 56 78910 11圖 2-12 三電平 pwm 整流器波形分析（spwm）2）變頻器輸出電壓波形相電壓 uao、ubo及線電壓 uab波形如圖

44、2-12 所示。開關(guān)器件在每個區(qū)間的工作過程分析如下：1 區(qū)間區(qū)間v42 、v12 被驅(qū)動，若 ia滯后 uao的基波電壓，ia反向。ia由直流電源 ud的中性點 o 經(jīng)d1、v12流入 a 相交流電源 ea。uao0v， v11承受 ud/2。2 區(qū)間區(qū)間v42關(guān)斷，v11、v12導通，ia仍為反向。ia由 ud的正極性端經(jīng) v11、v12流入 a 相交流電源ea。uaoud/2。v41、v42承受 ud，每個管子承受 ud/2。3 區(qū)間區(qū)間27v42 、v12 被驅(qū)動，若 ia滯后 uao的基波電壓，ia為反向。ia由直流電源 ud的中性點 o 經(jīng)d1、v12流入相交流電源 ea。uao0

45、v， v11承受 ud/2。同 1 區(qū)間。4 區(qū)間區(qū)間v11 、v12被驅(qū)動，ia為正，d11、d12、續(xù)流，ia由 a 相交流電源 ea 經(jīng) v11、v12流入 ud的正極性端。uaoud/2。v41、v42分別承受 ud/2。5 區(qū)間區(qū)間v11 關(guān)斷，v42導通，ia為正，ia由 a 相交流電源 ea 經(jīng) v42、d4流入 ud的中性點o。uao0v，v11、v41分別承受 ud/2。6 區(qū)間區(qū)間工作過程同 4 區(qū)間 ； 7 區(qū)間工作過程同 5 區(qū)間 ； 8 區(qū)間工作過程同 4 區(qū)間 ； 9 區(qū)間工作過程同 5 區(qū)間；10 區(qū)間工作過程同 4 區(qū)間；11 區(qū)間工作過程同 5 區(qū)間。 當采用

46、空間矢量調(diào)制（svpwm）方法時，開關(guān)器件的通斷順序與 spwm 時不同，其波形分析如圖 2-13。ttug11ug42ug41ug12uaoubouabudud/2-ud/2-ud圖 2-13 三電平 pwm 整流器波形分析（svpwm）2.6 濾波電感和濾波電容的參數(shù)選擇濾波電感和濾波電容的參數(shù)選擇2.6.1 交流側(cè)濾波電感的選擇交流側(cè)濾波電感的選擇1. 交流側(cè)電感的作用交流側(cè)電感的作用28在 pwm 整流器的設(shè)計中，其交流側(cè)電感的設(shè)計至關(guān)重要。這是因為整流器交流側(cè)電感的取值不僅影響到電流的波形品質(zhì)，而且還制約著整流器的輸出功率、功率因數(shù)以及直流電壓。通過進一步分析研究，可將整流器交流側(cè)電

47、感的主要作用歸結(jié)如下：(1)隔離電網(wǎng)電動勢與整流器交流側(cè)電壓。通過整流器交流側(cè)調(diào)制電壓的幅值、相位的控制可實現(xiàn)整流器四象限運行。(2)濾除整流器交流側(cè)諧波電流，從而實現(xiàn)整流器交流側(cè)的控制。(3)使整流器控制系統(tǒng)獲得一定的阻尼特性，從而有利于控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。2. 交流側(cè)電感的選擇約束條件交流側(cè)電感的選擇約束條件交流側(cè)電感的選擇需滿足以下 2 個約束條件:1) 電感上壓降盡可能小,一般不大于電源額定電壓的 30%；由此條件可得：(212)aaeli3 . 0式中交流側(cè)相電流有效值；ai交流電源相電壓有效值。ae(213)cos3/alaepi把(213)代入(212)，得(214)lapelc

48、os9 . 02通過上式可算得電感 l 取值的上限。 2) 交流側(cè)電流總畸變率 thd 盡可能小，一般要求低于 5%。根據(jù)前面一節(jié)對輸入電流的諧波分析，諧波電流的最大幅值43cos1322maxmlfukisdchahm式中波形系數(shù)，?。籬k1.23hk 開關(guān)器件的開關(guān)頻率；sf調(diào)制度。m而由thd的定義，（thd）max5%(216)nahmii2max聯(lián)立以上兩式，可得（217）43cos1%5322mifuklnsdch通過上式可算得電感l(wèi)取值的下限。3. 舉例說明舉例說明某一 pwm 整流器，交流電源相電壓，線電壓為 3150v，額定相電流為1818aev29641a，整流器的輸出電壓

49、；開關(guān)器件的開關(guān)頻率為 1000hz；期望的交流側(cè)諧波電4840duv流為額定電流的 5；整流器輸出功率。計算所需的交流濾波電抗器的電感量。4000lpkw由（214）式2230.90.9 18182.388250 4000 10alelmhp由（217）式22231 cos()35%42 1.23 484030.51 cos()31000 641 0.0541.75hdsnk umlf imh按交流側(cè)諧波電流小于額定電流 5的要求，濾波電抗器的電感量應(yīng)大于 1.75mh。2.6.2 直流電壓的選擇直流電壓的選擇在 pwm 整流器中，直流輸出電壓 udc不僅要滿足負載對電壓的要求，而且要能控制

50、流過電感 l 中的電流為需要波形，這就必須對 udc采取一定的限制。從電源控制方面考慮，udc過低，不能完成控制 l 中電流的任務(wù)；udc過高，會提高器件的耐壓定額，增加系統(tǒng)成本，同時也降低系統(tǒng)可靠性。要保證整流器輸入端線電壓不含有與 pwm 開關(guān)頻率無關(guān)的低次諧波，直流電壓 udc所能調(diào)制成的相電壓峰值必須不小于交流側(cè)電壓基波 vp的峰值。即 |vp|mudc（218）2式中，m 是調(diào)制度，與 pwm 方式有關(guān)。對于三相 vsr，若采用三角載波 spwm 控制，則m=1/2，而采用空間矢量調(diào)制（svpwm）控制時，則 m=/3。3如果上式不能滿足，則輸入端線電壓波形出現(xiàn)畸變，因此電源電流也開

51、始畸變，并且產(chǎn)生相移，從電網(wǎng)吸收無功功率。經(jīng)分析得到直流電壓的約束條件為（219）22)(2liemudc根據(jù)前例的數(shù)據(jù)，可得222322()21816(250 1.75 10641)0.5744483dcauelimv302.6.3 直流側(cè)電容的選擇直流側(cè)電容的選擇直流側(cè)電容的選擇是三相整流器功率電路設(shè)計中的一個重要環(huán)節(jié),選擇的是否合適將直接影響系統(tǒng)的特性及安全性。1. 整流器直流側(cè)電容的作用整流器直流側(cè)電容的作用整流器直流側(cè)電容主要有以下作用：（1）在負載側(cè)直流電流突變時會引起直流電壓的降落或超調(diào)，從而會影響后變頻調(diào)速系統(tǒng)的性能。為此要選擇合適的電容容量，以滿足直流電壓的動態(tài)性能指標，最大

52、動態(tài)降落的相對值小于 5。（2）對斬波升壓電路，直流側(cè)電容需吸收 pwm 整流器輸出的脈沖電流，以減小紋波電壓。由于開關(guān)期間的開關(guān)頻率較高（幾千赫茲） ，所需電容不大，容易滿足。（3）整流器的負載為交流電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)，負載性質(zhì)為感性負載。直流電源和負載之間存在無功交換問題。因此直流側(cè)需設(shè)置能量緩沖電路，此能量緩沖電路由電容器構(gòu)成。2. 整流器直流側(cè)電容的選擇方法整流器直流側(cè)電容的選擇方法1）基于控制系統(tǒng)校正理論的直流側(cè)電容選擇方法眾所周知，直流側(cè)電容在整流器控制系統(tǒng)中的主要作用是穩(wěn)定直流輸出電壓，而恒定的直流輸出電壓正是整流器控制系統(tǒng)的控制目的，受擾動造成的偏差和恢復時間需滿足一定的指標（

53、即抗擾指標） ，這就要求對控制器參數(shù)（這里是 pi 調(diào)節(jié)器參數(shù)）和控制對象的參數(shù)（包括直流側(cè)電容）進行設(shè)計。即從控制系統(tǒng)抗擾性設(shè)計入手，根據(jù)控制系統(tǒng)校正理論，得出直流側(cè)電容以及其它控制系統(tǒng)參數(shù)與系統(tǒng)抗擾指標的關(guān)系式。這樣就根據(jù)不同的情況可以對直流側(cè)電容進行合理的選擇。這種方法把復雜的電路等效成傳遞函數(shù)環(huán)節(jié)組成的控制系統(tǒng)，用自動控制原理分析計算，概念清楚，計算簡便、準確。負載擾動下的 pwm 整流器的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖 4-所示。-11stisskuuu11strclilidud-id*圖 214 負載擾動下整流器動態(tài)結(jié)構(gòu)圖由 pwm 整流器的直流負載側(cè)的電路結(jié)構(gòu)可得出其傳遞函數(shù)（220） 1str

54、sisisvclldd式中，rl直流回路原有的負載電阻，rlud/il ；il負載擾動前的負載電流；tc慣性時間常數(shù)，tcrlc；c直流側(cè)電容量。由電壓調(diào)節(jié)器 avr 的輸出 id*（電流的有功分量期望值）到 id（交流電流的有功分量）之間為一慣性環(huán)節(jié)，由旋轉(zhuǎn)坐標系的狀態(tài)方程得到。其傳遞函數(shù)為（221） 11*stsisiidd31式中， til/r； l交流側(cè)濾波電抗器的電感量 r交流側(cè)濾波電抗器的直流電阻2）空載狀態(tài)下的擾動調(diào)節(jié)過程分析在空載條件下，rl0，突加負載時，擾動調(diào)節(jié)過程的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖 215 所示，直流側(cè)為一積分環(huán)節(jié)。調(diào)節(jié)對象為一個積分環(huán)節(jié)、一個慣性環(huán)節(jié)。為了提高抗擾性能，應(yīng)

55、按典型型系統(tǒng)設(shè)計電壓調(diào)節(jié)器，avr 采用比例積分調(diào)節(jié)器，取-11stisskuuu1cs1ilid-id*udaur圖 215 空載狀態(tài)下的擾動調(diào)節(jié)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖（222）iiutht5（223）222253211iiuuvtthhckk于是可得， （224）iuiutcctk6 . 02532若 il為階躍信號時，udd 的最大動態(tài)降落相對值為 （225）812. 0dbmuu其中， （226）ildbtciu12那么，實際最大動態(tài)降落電壓為（227）ctitciuuuuilildbdbmd624. 112812. 0max式中，il階躍負載電流，a。要求 udmax不能太大，一般為 ud的 1

56、0即可。根據(jù)給定的最大動態(tài)降落 udmax可求出所需的濾波電容，c1.624ilti/udmax， (228)通過（227）式可算得電容所取的下限值。因為 udmax給定，il和 ti越大，c 取的就越大。323 同步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)同步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 同步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 3-1 所示。pwm整流器逆變器ms3開關(guān)狀態(tài)選擇3/2轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器磁鏈滯環(huán)比較器扇區(qū)判斷電壓模型轉(zhuǎn)矩模型-asri is sa an-n n* *-* *s ss s-t te et te e* *ni is sq qi is sd di is suducif*ifi

57、 is si is sb bi is sc ci is sd d* *s si is sq qifvdacrif*勵磁電流模型 sa0a1a2a3 a4 a53/2u us su us sud開關(guān)狀態(tài)u us sa au us sb bu us sc ci is si is spg tg圖 3-1 同步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)3.2 磁鏈控制磁鏈控制對于恒轉(zhuǎn)矩控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)，在變頻調(diào)速時要保證電動機的定子合成磁鏈恒定。比s較理想的方法是采用磁鏈跟蹤技術(shù)，即通常講的電壓空間矢量 pwm 控制技術(shù)。333.2.1 電壓與磁鏈空間矢量的關(guān)系電壓與磁鏈空間矢量的關(guān)系三相交流電壓、可以合成一個相應(yīng)的旋

58、轉(zhuǎn)的電壓空間矢量。合成空間矢量表aubucusu示的定子電壓方程式為 （31）dtdrssssiu式中 定子三相電壓合成空間矢量su 定子三相電流合成空間矢量si定子磁鏈空間矢量s忽略定子電阻，可得 （32）dtdssu那么 （33）dtssu當電動機由三相平衡正弦電壓供電時，定子磁鏈值恒定，其空間矢量以恒速旋轉(zhuǎn)，磁鏈s矢量頂端的運動軌跡呈圓形。用極坐標表示為 （34）tjmse1式中 ms的幅值1旋轉(zhuǎn)角速度由式（32） 、 （34）得 （35）)2(111)(tjmtjmsedtedu式（35）表明，當 m一定時，us的大小與 1（或 f1）成正比，其方向與 s正交，即磁鏈圓的切線方向。如圖

59、 32 所示。因此，電動機旋轉(zhuǎn)磁場的軌跡問題就轉(zhuǎn)化成電壓空間矢量的運動軌跡問題。uss1o圖 32 us 、s矢量圖343.2.2 六拍階梯波逆變器與正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場六拍階梯波逆變器與正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場六拍階梯波逆變器與電動機的電路結(jié)構(gòu)如圖 33（a）所示。udoabcv1v3v5v4v6v2u1(100)u2(110)u3(010)u4(011)u5(001)u6(101)u7(111)u8(000)v1v3v5v4v6v2uaubuabooooooooo(a)(b)(c)圖 33 六拍階梯波逆變器電路及波形分析六個橋臂開關(guān)器件的驅(qū)動信號為 180的方波，則逆變器的輸出電壓波形如圖 3

60、3（b）所示。若 v1、v6、v2導通，此時的電壓空間記為 u1，開關(guān)狀態(tài)記為 100（第 1 位數(shù)字為 a 相的開關(guān)狀態(tài)，1 為上橋臂開關(guān)器件導通，0 為下橋臂開關(guān)器件導通；第 2 位數(shù)字為 b 相的開關(guān)狀態(tài)；第 3 位數(shù)字為 c 相的開關(guān)狀態(tài)） 。若 v1、v3、v2導通，此時的電壓空間矢量記為 u2，開關(guān)狀態(tài)記為 110。依次類推，u3的開關(guān)狀態(tài)為 010；u4的開關(guān)狀態(tài)為 011；u5的開關(guān)狀態(tài)為 001；u6的開關(guān)狀態(tài)為 101。六個電壓空間矢量按順序互差 60。當 v1、v3、v5均導通時，電壓空間矢量記為 u7（111） ，當 v4、v6、v2均導通時，電壓空間矢量記為 u8（0