基于DSP的PWM整流器控制策略和应用研究图文.docx
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基于DSP的PWM整流器控制策略和应用研究图文
北京交通大学
硕士学位论文
基于DSP的PWM整流器控制策略和应用研究
姓名:
訾振宁
申请学位级别:
硕士
专业:
电力系统及其自动化
指导教师:
郑琼林;林飞
20071201
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图2.1是三相半桥和三相全桥PWM整流器主电路拓扑结构。
通常所谓的三相桥式电路是指三相半桥电路。
从结构上看,三相全桥PWM整流器实际是由三个独立的单相全桥PWM整流器组成,它较三相半桥PWM整流器主电路功率开关器件增加一倍,交流侧需要变压器隔离,结构复杂。
也正因为如此,三相全桥PWM整流器可以接入到三相四线制电网,当电网不平衡时,不会严重影响其控制性能。
而三相半桥PWM整流器在三相电网不平衡时,为满足不同的控制要求,控制策略要进行相应的改变,控制算法复杂。
2.1.2工作原理
从拓扑结构上看,PWM整流器可以实现能量的双向传输:
当PWM整流器从电网吸收电能时,其处于整流状态;当PWM整流器向电网输出电能时,其处于逆变状态。
PWM整流器实际上是一个交、直流侧可控的四象限变流装置。
图2-2PWM整流器等效电路模型
Figure2-2EquivalentcircuitofPWMrectifier
图2-2为电压型PWM整流器模型电路。
图中£为交流电感,胄为交流侧等效电阻,C为直流电容。
交流电感的主要作用为:
隔离电网电动势与整流器交流侧电压,控制整流器交流侧电压实现四象限运行;滤除交流电流谐波:
储能,实现整流器与电网传递无功功率;使整流器具有升压变换(Boost特性。
直流电容的主要作用为:
缓冲交流侧与直流负载之间的能量交换,稳定直流电压;抑制直流侧谐波电压。
参照PWM逆变电路的工作原理,按照正弦信号调制波和三角载波相比较的方法对桥臂上下开关管进行PWM调制,就可以在桥臂的交流侧产生正弦调制的电压波形,波形中除了含有与正弦信号波同频率且幅值成比例的基波分量外,还含有与三角载波有关的频率很高的谐波。
由于电感的滤波作用,这些高次谐波只会使交流电流产生很小的脉动。
如果忽略这种脉动,当正弦信号的频率和电源频率相同时,交流电流为频率与电网频率相同的正弦波。
只考虑基波分量,忽略PWM谐波分量,下面的矢量方程式成立。
雷=v+Ua,L+Ri(2.1
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图3-6VFOC系统A相电压电流和三相交流侧功率
Figure3-6Aphasevoltage,currentandacsidepowerofVFOCsystem整流器稳定在单位功率因数运行,交流侧电压电流同相。
三相瞬时功率测量得到的瞬时功率有些震荡,但是能够反映出系统的有功无功功率的大小和变化趋势。
如图所示,无功功率并不完全等于零,分析可知有以下原因:
l、坐标变换角度不够准确导致坐标变换的定向不够准确;
2、系统作为一个离散系统,从采样到运算输出PWM波,至少存在一个开关周期的延时。
3.3控制策略的实现
3.3.1控制系统设计
3.3.1.1控制系统硬件
五电压篮盛箍控制箧堕砥究
整流器主电路结构见图3.14。
交流侧电源由三相380V交流电源经自耦调压器输出,经三相电感L接至三相整流桥中点,cl为直流侧支撑电容,直流母线上串联充电电阻Rl,继电器K1节点与之并联,在系统上电时电源经Rl对cl充电,防止产生过大的冲击电流。
当充电结束时,控制器控制Kl闭合,切除电阻。
直流输出经开关K2接负载R1。
功率开关采用EUPEC的P25R12KE3,为三相桥臂六个IGBT封装的模块。
Tvl、1、,2、TV3为电压传感器分别测量交直流电压“。
.、甜。
、“。
;TAl、TA2、TA3为电流传感器分别测量三相交流电流i、‘、t。
o实验系统主电路元件参数选择见表3—2。
当PWM整流器采用虚拟磁链定向矢量控制方法用磁链估计得到的坐标变换角度代替原电压定向控制系统产生的坐标变换角度。
达到稳态运行的时候,变压器原边线电压%与相电流‘的波形如图3.15所示,电流探头档位是100mY档。
图3—15稳态运行电压c么与相电流‘
Figure3-15腑僻of%andio
当调节系统工作的单位功率因数时,对于三相对称得系统,线电压配。
超前ur曲60度,即超前乇90度。
如图3—16所示,【么超前‘90度,验证了系统工作在单位功率因数的状态。
使用磁链估计得到的角度,验证系统能够以单位功率因数稳定的工作,并且无功功率也任意可调,达到了类似于电压定向矢量控制的控制性能。
同时本文还在实验中实现了虚拟磁链定向矢量控制的启动问题,尝试使用了给系统零矢量、给系统估计初值和延长直流电压斜坡给定时间等三种方法,实验结果,前两种方法的效果不是十分理想,可能是初值估计控制器的设计有待进一步改进,估计效果欠佳导致。
而采用延长直流电压斜坡给定时间的方法取得了很好的启动效果。
将斜坡给定时间延长到0.6秒,系统参数AC200V,给定DC电压
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