三相電壓型PWM整流器及控制ppt課件

1、三相電壓型三相電壓型PWM 整流器及控制整流器及控制PWM整流器的優(yōu)點(diǎn)整流器的優(yōu)點(diǎn) PWM整流器的拓?fù)錁?gòu)造整流器的拓?fù)錁?gòu)造PWM整流器的運(yùn)用領(lǐng)域整流器的運(yùn)用領(lǐng)域PWM整流器的任務(wù)原理整流器的任務(wù)原理PWM整流器的控制整流器的控制PWM整流器主電路參數(shù)選擇整流器主電路參數(shù)選擇 PWM整流器控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)整流器控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 1. PWM整流器的優(yōu)點(diǎn)整流器的優(yōu)點(diǎn)普通交直交變頻調(diào)速系統(tǒng)普通交直交變頻調(diào)速系統(tǒng)缺陷：一，由于二極管的單導(dǎo)游電性能，能量只能單相傳輸，電機(jī)制動(dòng)的再生能量無法回饋給電網(wǎng)，四象限運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)需加制動(dòng)回路。二，網(wǎng)側(cè)電流波形嚴(yán)重畸變，呵斥電網(wǎng)功率因數(shù)較低，由于整流采用二極管整流，因此，最高

2、功率因數(shù)大約為0.9左右。a) 不帶制動(dòng)回路的情況 b帶制動(dòng)回路的情況圖1 普通交-直-交變頻器構(gòu)造圖傳統(tǒng)的相控整流器雖然運(yùn)用時(shí)間較長(zhǎng)，技術(shù)也較成熟，且被廣泛運(yùn)用，但依然存在很多問題:晶閘管換相引起網(wǎng)側(cè)電壓波形畸變。網(wǎng)側(cè)諧波電流對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生諧波“污染。深控時(shí)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)降低。閉環(huán)控制時(shí)動(dòng)態(tài)呼應(yīng)相對(duì)較慢。二極管整流器改善了整流器網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)，但仍會(huì)產(chǎn)生網(wǎng)側(cè)諧波電流；它的缺乏還在于其直流電壓的不可控性。雙PWM交直交變頻調(diào)速系統(tǒng)對(duì)于功率因數(shù)很低的整流器，有兩種改良方法：最直接的方法是采用無功補(bǔ)償和消除諧波的濾波器，然而這是一種事后補(bǔ)救的方法。更為積極有效的方法是對(duì)整流器本身進(jìn)展改良，使其盡量不產(chǎn)生諧

3、波，且電流和電壓同相位。這種整流器稱為高功率因數(shù)整流器。PWM整流器就是一種高功率因數(shù)的整流器。 圖2 雙PWM構(gòu)造交直交變頻器 PWM整流器用全控型功率開關(guān)管取代了半控型功率開關(guān)管或二極管，以PWM斬控整流取代了相控整流或不控整流。把逆變電路中的PWM控制技術(shù)用于整流電路，就構(gòu)成了PWM整流電路。它的優(yōu)勢(shì)在于：對(duì)交流電源側(cè)，經(jīng)過適當(dāng)控制，可以使電網(wǎng)電流波形接近于正弦，且和輸入電壓同相位，電網(wǎng)功率因數(shù)接近于1，實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)，最大程度地提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益，減少電網(wǎng)對(duì)周圍環(huán)境的電磁污染； 對(duì)直流側(cè)，在電網(wǎng)電壓或負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，可以維持直流中間電壓的穩(wěn)定，給電源側(cè)逆變器提供良好的任務(wù)條件； 可以

4、實(shí)現(xiàn)牽引與再生制開工況間快速平滑地轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)電能雙向傳輸； 動(dòng)態(tài)控制呼應(yīng)較快。2、PWM整流器的拓?fù)錁?gòu)造整流器的拓?fù)錁?gòu)造按主電路構(gòu)造電壓源型(VSR)電流源型(ISR)直流脈動(dòng)小，輸入電流延續(xù)且簡(jiǎn)單易行，成為當(dāng)今主要研討對(duì)象。從輸出電平角度 三電平型整流器 兩電平型整流器 單相半橋 單相全橋 三相半橋 三相全橋 運(yùn)用于大功率場(chǎng)所 LaLbLcCfT1T3T5T4T6T2+- -UdcabcUpaUpbUpcUbUaUcRfRcRaRb圖3常用單相和三相VSR變流器構(gòu)造(a)單相半橋 (b)單相全橋 C三相半橋 3、PWM整流器的用途整流器的用途 交流傳動(dòng)交流傳動(dòng) 有源電力濾涉及無功補(bǔ)償有源電力

5、濾涉及無功補(bǔ)償CRLCd諧波負(fù)載+一致潮流控制器 +串聯(lián)變流器并聯(lián)變流器超導(dǎo)線圈超導(dǎo)磁能存儲(chǔ) 太陽能、風(fēng)能等可再生能源的并網(wǎng)發(fā)電+太陽電池陣列+G風(fēng)力機(jī) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)其它功能新型UPS、高壓直流輸電 4、 PWM整流器的任務(wù)原理整流器的任務(wù)原理單位功率因數(shù)的含義：?jiǎn)挝还β室驍?shù)的含義：整流形狀時(shí)，網(wǎng)側(cè)電壓、電流同相。整流形狀時(shí)，網(wǎng)側(cè)電壓、電流同相。逆變形狀時(shí)，網(wǎng)側(cè)電壓、電流反相。逆變形狀時(shí)，網(wǎng)側(cè)電壓、電流反相。PWM整流器網(wǎng)側(cè)電流及功率因數(shù)可控。整流器網(wǎng)側(cè)電流及功率因數(shù)可控。vdc+RLeLeLidciv-圖4 PWM整流器模型電路DBEAIOCVVLODBEAIOCVVLODBEAIOCVVLO

6、DBEAIOCVVLOa) 純電感特性運(yùn)轉(zhuǎn) b) 正電阻特性運(yùn)轉(zhuǎn) c) 純電容特性運(yùn)轉(zhuǎn) d) 負(fù)電阻特性運(yùn)轉(zhuǎn) 圖5 PWM整流器交流側(cè)穩(wěn)態(tài)矢量關(guān)系PWM整流器的控制實(shí)踐上是對(duì)交流側(cè)電流的控制。5、PWM整流器的控制整流器的控制三相VSR的控制技術(shù)按有沒有引入電流反響可以劃分為間接電流控制幅相控制和直接電流控制間接電流控制PIu*d-RXL負(fù)載RLiduR-+-+-ud+UA,B,C三角波sin(t+2k/3)(k=0,1,2)cos(t+2k/3)(k=0,1,2)ud它在控制系統(tǒng)中沒有引入電流閉環(huán)，而是根據(jù)電路阻抗特性，用數(shù)學(xué)的方法替代電流閉環(huán)作用。雖然它動(dòng)態(tài)呼應(yīng)稍慢，還存在瞬態(tài)直流電流偏移

7、，但具有簡(jiǎn)單的控制構(gòu)造和良好的開關(guān)特性，便于微機(jī)實(shí)現(xiàn)，而且可靠性高。另外還可省去兩個(gè)高精度電流傳感器。適用于對(duì)動(dòng)態(tài)呼應(yīng)要求不高場(chǎng)所，具有良好的工程適用價(jià)值。單相等效電路直接電流控制 電流滯環(huán)控制 固定開關(guān)頻率控制 電流矢量控制 形狀反響控制 無差拍控制 極點(diǎn)配置法 二次型最優(yōu)控制 Lyapunov方法 非線性形狀反響控制共同特點(diǎn): 有電流閉環(huán)，都具有不錯(cuò)的動(dòng)、靜態(tài)性能。不過這些方案都需求兩個(gè)寬帶的交流電流傳感器，有的方案甚至還需求負(fù)載電流傳感器。 滯環(huán)電流控制是基于瞬時(shí)電流反響的一種常用的非線性控制方式，將實(shí)測(cè)的三相電流與參考信號(hào)比較，然后根據(jù)比較器的輸出決議開關(guān)的形狀。優(yōu)點(diǎn):電流跟蹤精度高，

8、呼應(yīng)快。缺陷:開關(guān)頻率不恒定。開關(guān)頻率的變化會(huì)給驅(qū)動(dòng)維護(hù)電路以及主電路的設(shè)計(jì)帶來困難，對(duì)系統(tǒng)性能也有影響。 PIU*d-同步信號(hào)ia,b,ci*a,b,cI*mUd-滯環(huán)比較器三相VSR電流矢量控制電流矢量控制可以直接控制系統(tǒng)的有功功率和無功功率，它的中心思想是對(duì)三相VSR網(wǎng)側(cè)電流的有功、無功分量進(jìn)展獨(dú)立控制。 a,b,cd,qPIPIa,b,cd,qPWMPI負(fù)載U*dUd-u*pdu*pq6u*pau*pbu*pcI*q=0I*dIqIdL三相VSRia,b,c解 耦算法這種控制方法電流控制精度較高，不僅在穩(wěn)態(tài)時(shí)可以準(zhǔn)確地跟蹤電流指令，實(shí)現(xiàn)無靜差，并且動(dòng)態(tài)性能也較好。但其控制算法比較復(fù)雜。

9、電流矢量控制aaapadiERiLudtqdddpdLiRidtdiLEuqpqqdqdiuELiRiLdt坐標(biāo)變換bbbpbdiERiLudtcccpcdiERiLudt系統(tǒng)的控制構(gòu)造00.050.10.150.20.250.3050100150200250300350400450t / 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 PWM整流器的性能好壞不僅與其控制戰(zhàn)略有關(guān)，還與其本身電路的參數(shù)有很重要的關(guān)系。 交流側(cè)

10、電感的選擇交流側(cè)電感的選擇 6 PWM整流器主電路參數(shù)選擇整流器主電路參數(shù)選擇電感上壓降盡能夠小,普通不大于電源額定電壓的30% 交流側(cè)電流總畸變率THD盡能夠小，普通要求低于5% 在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)交流側(cè)電流的最大超調(diào)量盡能夠小，普通要求小于交流側(cè)額定電流峰值的10% 滿足瞬態(tài)電流跟蹤要求 直流側(cè)電容的選擇直流側(cè)電容的選擇 直流側(cè)電容的大小既關(guān)系到整流器的本錢，更關(guān)系到在各種擾動(dòng)下直流母線電壓的穩(wěn)定性，進(jìn)而關(guān)系到PWM整流器的抗負(fù)載擾動(dòng)性能。 6 PWM整流器主電路參數(shù)選擇整流器主電路參數(shù)選擇可按典型2型系統(tǒng)設(shè)計(jì)PI調(diào)理器，同時(shí)根據(jù)udc的最大動(dòng)態(tài)降落允許值決議C的下限值 。 直流電壓的選擇直流電壓的選擇 對(duì)三相VSR，當(dāng)交流側(cè)線電壓uab0時(shí)，其電路構(gòu)造可等效為 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必需不小于交流側(cè)線電壓基波uab的最大峰值。設(shè)交流側(cè)相電壓的有效值為Up，那么有6 |Up|