電壓型PWM整流器VSR及控制系統(tǒng)的matlab仿真訓(xùn)練

電壓型PWM整流器VSR及控制系統(tǒng)的matlab仿真訓(xùn)練整流器原理與分類PWM(PulseWidthModulation)整流器是采用全控型器件組成的高頻整流電路。按橋路結(jié)構(gòu)分類按直流儲能形式分類PWM整流器電壓型（VSR）電流型（CSR）半橋電路A理論部分整流器原理與分類VSR顯著特征：直流側(cè)采用電容進(jìn)行直流儲能，從而使VSR直流側(cè)呈低阻抗的電壓源特性。CSR顯著特征：直流側(cè)采用電感進(jìn)行直流儲能，從而使VSR直流側(cè)呈高阻抗的電流源特性。A理論部分整流器的控制方式間接電流控制(IndirectCurrentControl)：又稱為幅相控制,通過對整流器交流側(cè)電壓基波分量的幅值和相位進(jìn)行控制，間接實現(xiàn)對網(wǎng)側(cè)電流的控制.直接電流控制(DirectCurrentContorl)：與間接電流控制主要區(qū)別在于引入了電流環(huán)，提高了系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度。直接電流控制中雙閉環(huán)控制是目前應(yīng)用最廣泛，最實用化的控制方式，其中電壓外環(huán)是控制直流側(cè)電壓的，并給電流內(nèi)環(huán)提供指令電流;電流內(nèi)環(huán)則根據(jù)指令電流進(jìn)行電流快速跟蹤控制.A理論部分3.三相橋式VSR的數(shù)學(xué)模型分類按坐標(biāo)系按描述方式靜止坐標(biāo)系(abc)模型旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系(dq)模型開關(guān)函數(shù)描述模型占空比描述模型A理論部分3.三相橋式VSR的數(shù)學(xué)模型三相電壓型PWM整流器主電路A理論部分3.三相橋式VSR的數(shù)學(xué)模型uAO,uBO,uCO:對稱三相交流電源相電壓;ia,ib,ic:網(wǎng)側(cè)相電流;U0:直流輸出電壓;RL:負(fù)載;uab,ubc,uca:整流器的輸入電壓:iL:負(fù)載電流;N、O點:別為直流輸出中點和電源的中性點。A理論部分3.三相橋式VSR的數(shù)學(xué)模型整流電路橋側(cè)線電壓分析橋側(cè)線電壓表示為uab，ubc，uca。由于各相平衡，以uab為例:uab=uaN-ubNuaN是a對直流中點N間的電壓;ubN是b對N間的電壓.橋側(cè)線電壓是單極性PWM波，幅值為U0。uaN=U0/2S1導(dǎo)通-U0/2S4導(dǎo)通A理論部分3.三相橋式VSR的數(shù)學(xué)模型A理論部分3.三相橋式VSR的數(shù)學(xué)模型整流電路橋側(cè)相電壓分析Sa,Sb,Sc為開關(guān)信號，Sp(p=a,b,c)=1(上橋臂導(dǎo)通，上橋臂關(guān)斷);Sp(p=a,b,c)=0(下橋臂導(dǎo)通，上橋臂關(guān)斷);對整流器的交流側(cè)應(yīng)用KVL：A理論部分3.三相橋式VSR的數(shù)學(xué)模型三相VSR在三相靜止坐標(biāo)系下(a,b,c)的一般數(shù)學(xué)模型：A理論部分4.電壓矢量定向控制策略電壓矢量控制方案即為：為基于d-q軸同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的電壓矢量控制方案。其中d-q軸是以指定速度轉(zhuǎn)動的二相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。λ是d軸的定向角。電網(wǎng)相電壓為：各相電流基波分量：φ是相電流基波對相電壓的相位角，PWM整流器可以在φ為任意值下運行。A理論部分4.電壓矢量定向控制策略將兩相靜止坐標(biāo)系的α軸與三相靜止坐標(biāo)系中的a軸重合。將a相電壓定在兩相靜止坐標(biāo)的β軸上.定義整流器網(wǎng)側(cè)相電壓和相電流的空間矢量分別為:A理論部分4.電壓矢量定向控制策略電壓矢量UN和電流矢量IN在α-β坐標(biāo)系中以角速度ω隨時間按逆時針方向旋轉(zhuǎn)，并保持相位差φ不變。設(shè)旋轉(zhuǎn)直角d-q坐標(biāo)系也以角速度ω在空間按逆時針方向旋轉(zhuǎn)，則在該坐標(biāo)中的電壓、電流矢量均為靜止矢量，它們在坐標(biāo)軸上的分量均為直流量。電流IN在d軸和q軸的分量可表示為:A理論部分4.電壓矢量定向控制策略電壓矢量定向控制策略是將兩相旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo)系的d軸定向為與電網(wǎng)電壓矢量UN同軸，把對網(wǎng)側(cè)相電流的控制轉(zhuǎn)化為對電流IN在d軸和q軸的直流分量的控制，從而簡化了PWM整流系統(tǒng)控制器的設(shè)計。A理論部分5.整流器開關(guān)控制信號的產(chǎn)生關(guān)鍵：確定六個開關(guān)管的開通狀態(tài)和時間。整流電路中GIBT的開關(guān)控制信號是采用SPWM方式,將正弦調(diào)制信號ug和對稱三角波載波信號uc進(jìn)行比較產(chǎn)生的。IGBT的開關(guān)頻率固定,等于三角波載波信號的頻率fc。A理論部分5.整流器開關(guān)控制信號的產(chǎn)生各相正弦調(diào)制信號uga,ugb,ugc，幅值均為Ugm，頻率與網(wǎng)壓頻率相同;Ψ：各相正弦調(diào)制信號滯后網(wǎng)壓的角度，調(diào)制比m：Ucm：對稱三角波的幅值。A理論部分5.整流器開關(guān)控制信號的產(chǎn)生各相開關(guān)控制脈沖的寬度由ug和uc的交點決定。各相開關(guān)控制脈沖的特點:1.各相橋上下臂控制信號在相位上互補，以避免上、下橋臂直通而造成短路；2.各相開關(guān)控制信號的幅值相同，均為Ugm；3.任何時間，橋中有三個開關(guān)控制脈沖處于高電位，與此對應(yīng)，此時有三個開關(guān)管處于導(dǎo)通狀態(tài)。4.各相脈沖占空比由調(diào)制比決定。A理論部分6.總結(jié)采用電壓矢量定向控制策略的三相橋式VSR雙閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖A理論部分6.總結(jié)電壓外環(huán)控制直流側(cè)的輸出電壓，并向電流內(nèi)環(huán)提供指令電流。直流電壓調(diào)節(jié)器的直流輸出量作為電流IN的d軸分量的給定值，將它與q軸分量給定值一起利用二相旋轉(zhuǎn)d一q坐標(biāo)系進(jìn)行Park變換，將直流電流分量給定轉(zhuǎn)化為三相正弦電流給定，并把它作為電流調(diào)節(jié)器指令電流。電流內(nèi)環(huán)能根據(jù)指令電流對網(wǎng)側(cè)相電流進(jìn)行快速跟蹤控制。從電壓外環(huán)得到的指令電流與網(wǎng)側(cè)相電流比較，差值經(jīng)電流PI調(diào)節(jié)器處理后與一個頻率固定的三角波信號相比較得到PWM控制信號。A理論部分6.總結(jié)如果指令電流比網(wǎng)側(cè)相電流大，其差值信號為正，經(jīng)正弦波與三角波調(diào)制后，可使下橋臂整流器件導(dǎo)通，從而使網(wǎng)側(cè)相電流增加;如果差值信號為負(fù)，經(jīng)正弦波與三角波調(diào)制后，可使上橋臂整流器件導(dǎo)通，網(wǎng)側(cè)相電流將減小。指令電流信號正弦波形越好，三角波的頻率越高(載波比高)，則整流器網(wǎng)側(cè)相電流波形的正弦因數(shù)就越高。這種方案，整流系統(tǒng)的開關(guān)頻率是固定的且與三角波的頻率相同，是一種線性化的PWM方法。A理論部分1.三相VSR系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖B仿真部分2.主電路濾波環(huán)節(jié)直流側(cè)濾波i0為直流側(cè)輸出電流，iL是負(fù)載電流。交流側(cè)濾波B仿真部分3.主電路參數(shù)選擇交流側(cè)電感參數(shù)1.電感不能太小

2.電感不能太大B仿真部分3.主電路參數(shù)選擇直流側(cè)電容參數(shù)C設(shè)計電容時應(yīng)兼顧兩個方面:

1.滿足電壓環(huán)控制的跟隨性指標(biāo)，直流環(huán)節(jié)電容應(yīng)盡量小，以確保

系統(tǒng)直流輸出電壓的快速跟蹤控制；2.滿足電壓環(huán)控制的抗擾性能指標(biāo)，直流環(huán)節(jié)電容應(yīng)盡量大，以限

制負(fù)載擾動時直流電壓的降落。B仿真部分直流側(cè)電容起到如下作用:穩(wěn)定直流輸出電壓;抑制直流環(huán)節(jié)諧波電壓。4.坐標(biāo)變換計算定向角λλ是電網(wǎng)電壓矢量UN的定向角。dq-abc變換Id*:電流矢量IN在d軸的分量，有功分量；Iq*:電流矢量IN在q軸的分量，無功分量。B仿真部分5.雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計三相VSR控制電路應(yīng)具有以下基本功能:1.實現(xiàn)網(wǎng)側(cè)電流正弦化，保證λ=1(或-1)；2.調(diào)壓:直流輸出電壓隨給定值U0*而變；3.穩(wěn)壓:給定值不變時，UO應(yīng)在網(wǎng)壓波動和負(fù)載變化時維持恒定。4.電路具有雙向傳輸電能的能力，即可實現(xiàn)電流的雙象限運行。B仿真部分5.雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計設(shè)計雙環(huán)控制系統(tǒng)的一般原則是:

先設(shè)計內(nèi)環(huán)后設(shè)計外環(huán)。設(shè)計步驟：先選擇調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定，同時滿足所需的控制精度。

再選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)，滿足動態(tài)性能指標(biāo)。B仿真部分5.雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計PWM整流系統(tǒng)的傳遞函數(shù)—電流內(nèi)環(huán)以a相為例，Ψ是橋側(cè)線電壓Uba滯后UAO的相角?？紤]電路工作在整流狀態(tài)時，Ia和UAO同相，φ=0。B仿真部分5.雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計PWM整流系統(tǒng)的傳遞函數(shù)—電流內(nèi)環(huán)慮到當(dāng)控制電壓改變時，PWM整流器的輸出要到下一個周期才能改變，所以將脈寬調(diào)制器和PWM整流器合起來近似成一階小慣性環(huán)節(jié)，它的傳遞函數(shù)可以近似為：KPWM=U0/Ua*——脈寬調(diào)制器和PWM整流器的放大倍數(shù)；U0——

PWM整流器的輸出電壓；Ua*——脈寬調(diào)制器的控制電壓。脈寬調(diào)制器和PWM整流器的延時最大不超過一個開關(guān)周期，一般取開關(guān)周期的一半，所以c。B仿真部分5.雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計PWM整流系統(tǒng)的傳遞函數(shù)—電流內(nèi)環(huán)考慮到電流環(huán)快的跟隨性能，采用典型I型系統(tǒng)設(shè)計電流調(diào)節(jié)器。PI電流調(diào)節(jié)器的零點抵消控制對象中一個大的慣性環(huán)節(jié)，可使系響應(yīng)更快；其中：B仿真部分5.雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計PWM整流系統(tǒng)的傳遞函數(shù)—電流內(nèi)環(huán)按典型I型系統(tǒng)參數(shù)的整定關(guān)系，當(dāng)取系統(tǒng)阻尼比時，系統(tǒng)的動態(tài)性能最佳。PI電流調(diào)節(jié)器參數(shù)整定：積分飽和問題B仿真部分5.雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計PWM整流系統(tǒng)的傳遞函數(shù)—電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)的化簡：閉環(huán)：按典型II型系統(tǒng)參數(shù)的整定關(guān)系：hv:中頻寬工程上一般取5B仿真部分6.開關(guān)信號的生成三角波載波發(fā)生器開關(guān)控制信號采用SPWM方式將調(diào)制信號ugn*(n=a,b,c)和對稱三角波載波信號uc進(jìn)行比較產(chǎn)生開關(guān)控制信號.B仿真部分7.基于開關(guān)函數(shù)的VSR模型6個PWM開關(guān)邏輯信號a+，a-，b+，b-，c+，c-