基于DSP的PWM整流器控制策略和應(yīng)用研究_圖文

1、北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文基于DSP的PWM整流器控制策略和應(yīng)用研究姓名:訾振寧申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別:碩士專業(yè):電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化指導(dǎo)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)。通常所謂的三相橋式電路是指三相半橋電路。從結(jié)構(gòu)上看,三相全橋PWM整流器實(shí)際是由三個(gè)獨(dú)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(guān)器件增加一倍,交流側(cè)需要變壓器隔離,結(jié)構(gòu)復(fù)雜。也正因?yàn)槿绱?三相全橋PWM整流器可以接入到三相四線制電網(wǎng),當(dāng)電網(wǎng)不平衡時(shí),不會(huì)嚴(yán)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(shí),為滿足不同的控

2、制要求,控制策略要進(jìn)行相應(yīng)的改變,控制算法復(fù)雜。2.1.2工作原理從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上看,PWM整流器可以實(shí)現(xiàn)能量的雙向傳輸:當(dāng)PWM整流器從電網(wǎng)吸收電能時(shí),其處于整流狀態(tài);當(dāng)PWM整流器向電網(wǎng)輸出電能時(shí),其處于逆變狀態(tài)。PWM整流器實(shí)際上是一個(gè)交、直流側(cè)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(cè)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(dòng)勢(shì)與整流器交流側(cè)電壓,控制整流器交流側(cè)電壓實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行;濾除交流電流諧波:儲(chǔ)能,實(shí)現(xiàn)整流

3、器與電網(wǎng)傳遞無功功率;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(cè)與直流負(fù)載之間的能量交換,穩(wěn)定直流電壓;抑制直流側(cè)諧波電壓。參照PWM逆變電路的工作原理,按照正弦信號(hào)調(diào)制波和三角載波相比較的方法對(duì)橋臂上下開關(guān)管進(jìn)行PWM調(diào)制,就可以在橋臂的交流側(cè)產(chǎn)生正弦調(diào)制的電壓波形,波形中除了含有與正弦信號(hào)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(guān)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(huì)使交流電流產(chǎn)生很小的脈動(dòng)。如果忽略這種脈動(dòng),當(dāng)正弦信號(hào)的頻率和電源頻率相同時(shí),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

4、立。雷=v+Ua,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(cè)功率Figure3-6Aphasevoltage,currentandac sidepowerofVFOC system 整流器穩(wěn)定在單位功率因數(shù)運(yùn)行,交流側(cè)電壓電流同相。三相瞬時(shí)功率測(cè)量得到的瞬時(shí)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(shì)。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(biāo)變換角度不夠準(zhǔn)確導(dǎo)致坐標(biāo)變換的定向不夠準(zhǔn)確;2、系統(tǒng)作為一個(gè)離散系統(tǒng),從采樣到運(yùn)算輸出PWM波,至少存在一個(gè)

5、開關(guān)周期的延時(shí)。3.3控制策略的實(shí)現(xiàn)3.3.1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.3.1.1控制系統(tǒng)硬件 五電壓籃盛箍控制篋墮砥究整流器主電路結(jié)構(gòu)見圖3.14。交流側(cè)電源由三相380V交流電源經(jīng)自耦調(diào)壓器輸出,經(jīng)三相電感L接至三相整流橋中點(diǎn),cl為直流側(cè)支撐電容,直流母線上串聯(lián)充電電阻Rl,繼電器K1節(jié)點(diǎn)與之并聯(lián),在系統(tǒng)上電時(shí)電源經(jīng)Rl對(duì)cl充電,防止產(chǎn)生過大的沖擊電流。當(dāng)充電結(jié)束時(shí),控制器控制Kl閉合,切除電阻。直流輸出經(jīng)開關(guān)K2接負(fù)載R1。功率開關(guān)采用EUPEC的P25R12KE3,為三相橋臂六個(gè)IGBT封裝的模塊。Tvl、1、,2、TV3為電壓傳感器分別測(cè)量交直流電壓“。.、甜。、“。;TAl、TA2、TA

6、3為電流傳感器分別測(cè)量三相交流電流i、t。o 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主電路元件參數(shù)選擇見表32。當(dāng)PWM整流器采用虛擬磁鏈定向矢量控制方法用磁鏈估計(jì)得到的坐標(biāo)變換角度代替原電壓定向控制系統(tǒng)產(chǎn)生的坐標(biāo)變換角度。達(dá)到穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的時(shí)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(yùn)行電壓c么與相電流Figure3-15腑僻of%and io當(dāng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作的單位功率因數(shù)時(shí),對(duì)于三相對(duì)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(yàn)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(jì)得到的角度,驗(yàn)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(diào),達(dá)到了類似于電壓定向矢量控制的控制性能。同時(shí)本文還在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了虛擬磁鏈定向矢量控制的啟動(dòng)問題,嘗試使用了給系統(tǒng)零矢量、給系統(tǒng)估計(jì)初值和延長(zhǎng)直流電壓斜坡給定時(shí)間等三種方法,實(shí)驗(yàn)結(jié)果,前兩種方法的效果