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

1、图1为电压型P WM 控制的整流部分,e a ,e b ,e c 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,R L 为负载,e L 为直流电动势。V a ,V b ,V c 为上桥臂I G BT 管,V 3a ,V 3b ,V 3c 为下桥臂I G BT 管 。图1电压型P WM 整流器结构图（VSR65Total No .173February 2009冶金设备M ET ALLURGI C AL E QU I P ME NT 总第173期2009年2月第1期作者简介:谢丹雄,男,1982年出生,武汉科技大学信息科学

2、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P WM 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VSR dq 模型可描叙为:e d e

3、q=L P +R -L L L P +Ri d i q+d q（1式中e d ,e q 电网电动势矢量E dq 的d,q 分量;d ,q 三相VSR 交流侧电压矢量V dq 的d,q 分量;i d ,i q 三相VSR 交流侧电流矢量I dq 的d,q 分量;p 微分算子;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P I 调节器时,d ,q 的控制方程如下:q =-K ip +K iI s（i 3q -i q -L i d +e q（2d =-K ip +K iI sd -i d -L i q +e d （3式中K iP ,K iI 电流内环的比例调节

4、增益和积分调节增益（下标表示i 电流环;i 3q ,i 3d i q ,i d 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P I 调节器控制直流侧电压和电流内环的给定。电流内环P I 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,a 、为三相VSR 交流侧电压矢量V 的,分量;S VP WM 为电压空间矢量P WM;3dc ,dc 为直流电压指令值和实际值。4.1电流内环的设计由于i q 、i d 两电流内环的对称性,因而下面以i q 的控制来设计。考虑电流内环信号采用的延迟和P WM 控制

5、的小惯性特性,已解耦的i q 电流内环结构如图4。图4电流内环结构图图4中,T s 为电流内环电流采样周期,K P WM为桥路P WM 等效增益。在不考虑扰动的情况下,且将P I 调节器的传递函数写成零极点的形式,即K ip +K iIs=K ip i s +1i s 、K iI =K iP i为了是使电流内环获得较快的跟随性能,按典型型来设计电流调节器,取i =LR校正后,电流内环的传递函数可简化为W oi （s =K iP K P WM R i s （1.5T s +1（5由典型型系统参数整定关系,取系统阻尼比=0.707,当开关频率足够高时,T s 足够小,电流内环的闭环传递函数简化为W

6、 ci （s =11+R iK iP K P WM11+3T s s（64.2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P WM 整流器的双闭环控制模型的研究2009年2月第1期侧电压dc ,控制结构图如图5,时变环节0.75mcos（为开关函数基波初始相位角,m 为P WM 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和电流内环等效小时间常数3T s 合并,即T e =+3T s ,且不考虑负载电流i L 扰动。得出电压开环传递函数为W o （s =0.75K （T s +1CT s 2（T e s +1图

7、5三相VSR 电压外环控制结构图由此,电压环中频宽h =T T e ,根据典型型系统控制器参数整定关系有0.75K CT h +12h 2T 2e （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h =T T e =5,代入到式（7中得T =5T ev =5（+3T s K =4C /（+3T s5系统仿真仿真软件采用MAT LAB 中的Si m ulink 。输入电压220V 、频率50Hz,电感L 为7.5mH,R 为10欧,负载电阻R L 为50欧,直流电动势e L 为350V,电容100F 。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

8、结论采用了双闭环控制策略P WM 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.P WM 整流器及其控制M .北京:机械工业出版社,20032陈伯时.电力拖动自动控制系统M .北京:机械工业出版社,20003MAR I A N P Current contr ol techniques f or three phasevoltage -s ource P WM converters:A Surrey J .I EEE Trans and Elect

9、r onics,1998,Vol .45（5:691703（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（ER W 、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