电压型PWM整流器的双闭环控制模型的研究概要文档格式.docx
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图1为电压型PWM控制的整流部分,ea,eb,
ec为三相电网电动势,L为交流侧滤波电感,电阻R为滤波电感L的等效电阻和功率开关损耗等效
电阻的合并,C为直流侧电容,RL为负载,eL为直流电动势。
Va,Vb,Vc为上桥臂IGBT管,V3
a,V3
b,
V3
c为下桥臂IGBT管
。
图1 电压型PWM整流器结构图（VSR
—
65— TotalNo.173February2009 冶 金 设 备METALLURGICALEQUIPMENT 总第173期2009
年2月第1期
①作者简介:
谢丹雄,男,1982年出生,武汉科技大学信息科学与工程学院控制理论与控制工程专业硕士在读研究生,研究方向
为新型电气传动系统
3 电压型PWM整流器（VSR的数学模型
对三相静止对称坐标系a,b,c的VSR一般数学模型研究发现,虽然它具有物理意义清晰、直观等特点,但其VSR交流侧均为时变交流量,不利于控制系统的设计。
为此通过坐标变换将三相对称静止坐标系a,b,c转换成以电网基波频率同步旋转的d,q坐标系。
这样,三相对称静止
坐标系中的基波正弦变量将转化成同步旋转坐标系中的直流量,从而简化了控制系统设计。
如图2所示。
其中通用电流矢量I。
图2 静止坐标系a,b,c,同步旋转坐标（d,q及矢量分解
三相VSRdq模型可描叙为:
edeq
=
LP+R -ωLωL LP+R
idiq
+
νdνq
（1
式中 ed,eq———电网电动势矢量Edq的d,q分
量;
νd,νq—
——三相VSR交流侧电压矢量Vdq的d,q分量;
id,iq———三相VSR交流侧电流矢量Idq的
d,q分量;
p———微分算子;
ω———电网基波角频率。
4 三相VSR双闭环控制系统设计
采用前馈解耦控制策略,电流调节器采用PI调节器时,νd,νq的控制方程如下:
νq=-Kip+KiIs
（i3
q-iq-ωLid+eq
（2νd=-Kip+
KiIs
d-id-ωLiq+
ed（3
式中 KiP,KiI———电流内环的比例调节增益和积
分调节增益（下标表示i电流环;
i3
q,i3
d———iq,id电流指令值。
这样,三相VSR网侧的有功、无功分量可实现独立控制。
以电压外环PI调节器控制直流侧
电压和电流内环的给定。
电流内环PI调节器进行快速电流追踪,并实行网侧单位因数正弦波电流控制。
系统控制结构如图3。
图3 电压电流双闭环系统结构模型图
图中,νa、νβ为三相VSR交流侧电压矢量V的α,β分量;
SVPWM为电压空间矢量PWM;
ν3
dc,νdc为直流电压指令值和实际值。
4.1 电流内环的设计
由于iq、id两电流内环的对称性,因而下面以
iq的控制来设计。
考虑电流内环信号采用的延迟
和PWM控制的小惯性特性,已解耦的iq电流内环结构如图4。
图4 电流内环结构图
图4中,Ts为电流内环电流采样周期,KPWM
为桥路PWM等效增益。
在不考虑扰动的情况下,且将PI调节器的传递函数写成零极点的形式,即Kip+
KiI
s
=Kipτis+1
τis、KiI=KiPτi
为了是使电流内环获得较快的跟随性能,按典型Ⅰ型来设计电流调节器,取τi=
L
R
校正后,电流内环的传递函数可简化为Woi（s=
KiPKPWMRτis（1
.5Ts+1（5
由典型Ⅰ型系统参数整定关系,取系统阻尼比ε=0.707,当开关频率足够高时,Ts足够小,电流内环的闭环传递函数简化为
Wci（s=
11+
Rτi
KiPKPWM
1
1+3Tss
（6
4.2 电压外环的设计
电压外环控制的目的是为了稳定VSR直流
75— 谢丹雄等:
电压型PWM整流器的双闭环控制模型的研究2009年2月第1期
侧电压νdc,控制结构图如图5,时变环节0.75m
cos
θ（θ为开关函数基波初始相位角,m为PWM调制比,取最大增益0.75,此时对整个电
压环稳定性影响最大。
为简化控制结构将电压采样小惯性时间常数τν和电流内环等效小时间常数3Ts合并,即Teν=τν+3Ts,且不考虑负载电流iL扰动。
得出电压开环传递函数为Woν（s=0.75Kν（Tνs+1
CTνs2
（Teνs+1
图5 三相VSR电压外环控制结构图
由此,电压环中频宽hν=TνTeν
根据典型Ⅱ型
系统控制器参数整定关系有
0.75Kν
CTν
hν+1
2h2T2
eν
（7
综合考虑电压环控制系统的抗扰性及跟随性,工程上一般取hν=
TνTeν
=5,代入到式（7中得
Tν=5Tev=5（τν+3TsKν=4C/（τν+3Ts
5 系统仿真
仿真软件采用MATLAB中的Simulink。
输入电压220V、频率50Hz,电感L为7.5mH,R为10欧,负载电阻RL为50欧,直流电动势eL为350V,电容100
μF。
开关频率取5KHZ。
在图6中,x轴单位为时间S,y轴单位为电压V和电流
A。
6 结论
采用了双闭环控制策略PWM整流器具有电流谐波小,输入电流正弦波,功率因数趋于1,直流侧电压可调,实现能量双向流动。
在投入运行的磁力吊车系统中减少了谐波“污染”,节省了耗电量,效果显著
图6 系统仿真图
参考文献
[1]张崇巍,张兴.PWM整流器及其控制[M].北京:
机
械工业出版社,2003
[2]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京:
机械工
业出版社,2000
[3]MARIANPCurrentcontroltechniquesforthreephase
voltage-sourcePWMconverters:
ASurrey[J].IEEETransandElectronics,1998,Vol.45（5:
691~703
（收稿日期:
2008-09-28
・业界动态・
首创钢管及冷弯型钢用新型轧辊通过鉴定
山东省科学技术厅委托山东省冶金工业总公司,组织相关领域的两位院士及研究员、博导、教授、高工等13位专家,于2008年11月17日在济南市对山东省四方技术开发有限公司完成的"
钢管及冷弯型钢用新型轧辊的研制与应用"
项目进行了鉴定,鉴定委员会对该成果给予充分肯定。
该项目研发的多元素复合变质的铸造高铬合金材料,从本质上改善了材料的淬透性,解决了传统高铬铸造轧辊抗热裂性差的问题;
探索出控制熔液凝固顺序新工艺,实现了复杂形状轧辊的高质量成型;
生产出的新型轧辊,满足了高频直缝焊管（ERW、无缝钢管和冷弯型钢生产线的工况需求。
该新型轧辊属国内外首创,处于国际先进水平,其中钢管定径辊、矫直辊和冷弯型钢挤压辊的使用性能达到国际领先水平。
取得了显著的经济和社会效益,具有重要的推广价值。
85— 总 第 173 期 冶 金 设 备 2009年2月第1期
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