基于矢量控制的雙pwm調(diào)速系統(tǒng)仿真分析
代同振， 王明渝， 吳喜紅，鄧威
（重慶大學(xué)輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶400044）
摘要：針對(duì)傳統(tǒng)變頻器采用二極管整流供電的不足，用脈寬調(diào)制( pwm)整流器取而代之，構(gòu)成雙pwm調(diào)速系統(tǒng)。在pwm整流器和異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，分別設(shè)計(jì)了相應(yīng)的解耦矢量控制系統(tǒng)，進(jìn)而搭建了雙pwm調(diào)速系統(tǒng)的simulink仿真模型。仿真結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有良好的動(dòng)、靜態(tài)性能，并且實(shí)現(xiàn)了嘲側(cè)單位功率因數(shù)及能量的雙向流動(dòng)，從而驗(yàn)證了矢量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有效性。
關(guān)鍵詞：雙脈寬調(diào)制i矢量控制；單位功率因數(shù)
中圈分類號(hào)：tm 301.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a文章編號(hào)：1673-6540(2010)04-0049-05
o 引 言
采用二極管不可控整流的傳統(tǒng)通用變頻器，在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，但其也存在網(wǎng)側(cè)電流諧波含量大、功率因數(shù)低，能量傳輸不可逆等不足。由全控器件組成的脈寬調(diào)制( pwm)整流電路，通過(guò)適當(dāng)?shù)目刂�，可以使網(wǎng)側(cè)電流正弦化、實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)，直流電壓恒定可控，甚至能量雙向流動(dòng)，真正實(shí)現(xiàn)綠色電能轉(zhuǎn)換，從而彌補(bǔ)了傳統(tǒng)二極管整流的不足。經(jīng)過(guò)幾十年的研究和發(fā)展，其拓?fù)浼翱刂萍夹g(shù)已日趨成熟，并已經(jīng)應(yīng)用于有源濾波器、超導(dǎo)儲(chǔ)能及高壓直流輸電控制等多個(gè)方面。
將pwm整流器作為異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的供電前端，即構(gòu)成雙pwm系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。本文首先針對(duì)pwm整流器和異步電機(jī)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下數(shù)學(xué)模型中存在的耦合，引入了前饋解耦單元，進(jìn)而分別設(shè)計(jì)了空間矢量脈寬調(diào)制( svpwm)的電壓、電流雙閉環(huán)pwm整流器矢量控制系統(tǒng)和基于轉(zhuǎn)予磁場(chǎng)定向的異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)；在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建雙pwm調(diào)速系統(tǒng)的simulink模型，對(duì)矢量控制系統(tǒng)的有效性進(jìn)行仿真驗(yàn)證，并詳細(xì)分析了系統(tǒng)運(yùn)行中的幾個(gè)重要過(guò)程。
1 pwm整流器
1.1pwm整流器的數(shù)學(xué)模型
三相電壓型pwm整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖l左半部分所示，l為交流側(cè)濾波電感，電阻r為表征濾波電感工串聯(lián)等效電阻和功率開(kāi)關(guān)管損耗的總電阻，c為直流側(cè)濾波電容，ea、eb、ec為三相平衡的電網(wǎng)相電壓，設(shè)為：
可以得到三相pwm整流器在三相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型為：
上述數(shù)學(xué)模型中，ea、eb、ec和ia、ib、ic之間存在耦合，為了更加清晰地了解各個(gè)變量之間的關(guān)系，利用坐標(biāo)變換理論，將三相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型變換到二相同步旋轉(zhuǎn)( d-g)坐標(biāo)系下，其中d軸與電網(wǎng)三相相電壓合成矢量同向，并以角速度m逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。二相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型為：
1.2 pwm整流器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
根據(jù)是否選取瞬態(tài)輸入交流電流作為反饋控制量，pwm整流器控制分為間接電流控制和直接電流控制兩種。后者由于動(dòng)戀響應(yīng)快、控制精度高的優(yōu)點(diǎn)，成為pwm整流器控制策略的主流。另外在直接電流控制中利用矢量控制技術(shù)，可以將整流器輸入電流分解為有功分量id、無(wú)功分量iq，從而可實(shí)現(xiàn)對(duì)它們的單獨(dú)控制，提升系統(tǒng)的控制性能。
而由式(1)可知，d、g軸電流沒(méi)有完全解耦，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)兩軸的獨(dú)立控制，可采用前饋解耦控制策略。令調(diào)制給定電壓為：  將式(2)代人式(1)，可得完全解耦的方程：
式(3)表明，電流內(nèi)環(huán)實(shí)現(xiàn)了解耦，id、iq的控制互不影響。三相pwm整流器雙閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，電壓外環(huán)的作用是維持直流母線電壓 |
