PDF《基于 MATLAB 的三相电压型 PWM 整流系统仿真》

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3 1 (3) 为了方便控制系统设计,我们以 A 相电压自 然过零点为电网起始时刻,则可得三相电网电压 的时域表达式为: ? ? ? ? ? + = ? = = )

3 /

2 sin( )

3 /

2 sin( sin π ω π ω ω t U u t U u t U u sa sa sa (4) 则电压空间合成矢量为: ) cos (sin ) (

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2 t j t U u u u U sc sb sa s ω ω α α ? = + + = (5) 可见电网电势 Us 是一个在复平面内的旋转 矢量,在t=0 时刻 Us 位于 α-β 坐标系的 β 负半 周,如果以 Us 定向,则为了获得单位功率因数, 电流 id 应该与 Us 同相,而维持 iq =0.这样同步 旋转 d-q 系的 d 轴在 t=0 时刻应该与 Us 重合, 此时系统交流侧稳态矢量图如图

2 所示. 图2整流系统交流侧稳态矢量图 根据图

2 可以得到 d-q 坐标系和 α-β 坐标 系之间的转换关系: ? ? ? ? ? + = ? = t u t u u t u t u u a q d ω ω ω ω β β α sin cos cos sin (6) 由式(3)和(6)可得在 d-q 坐标系下有: di dt di dt du dt R L S L R L S L S C S C i i u L L C u u i d q dc d q d q d q dc sd sq L ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? + ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ω ω * * * *

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0 1

0 0

0 1

0 0

0 1 (7) 由(7)可知同步旋转坐标系下, 两相电流之间 存在耦合关系.这一性质说明,如果在旋转坐标 系下设计电流控制器,应当考虑电流之间的这种 耦合关系,可以使用前馈解耦的方式设计控制器 [2,4] .如图

3 为整流器控制系统框图. 由图

3 可以看出整个系统是一个典型的双环 调节系统,设电流内环 PI 调节的传递函数为: 船电技术

2009 年第2期Vol.29 No.2 2009.2

45 + - PI - + PI + - + + - PI - - + 整流器LωLω*dc U dc U * d i d i q i * q i sd e sq e rd u rq u 图3控制系统框图

1 (8) iI i iP iP i iP iI i K S K K S S K K τ τ τ + + = = 由典型 I 型系统参数整定关系[3] ,当取系统 阻尼比 ε=0.707 时可得:

3 i iP S PWM R K T K τ = (9)

3 iP iI i S PWM K R K T K τ = = (10) 其中 KPWM 为桥路 PWM 等效增益. 将电压外环是一个典型的 II 型系统,根据三 阶最佳整定法[3] 得到电压环 PI 传递参数为:

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4 8 v ev ev T T K T = = (11) 图4系统仿真框图

4 系统仿真 根据前面建立的双闭环控制器和交流电压 前馈组合而成复合控制器模型,利用 Matlab7.0 进行了仿真,仿真参数如表 1. 系统仿真采用 MATLAB/Simulink 仿真平台, 仿真框图如下图

4 所示.采用基于前馈解耦控制 算法的直接电流控制方式,电压外环、电流内环 船电技术

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46 的双环串级控制结构,调制方式采用 SVPWM 调制,设定直流侧输出电压给定值

600 V. 表1仿真参数 参数名称 数值 电网相电压 uS/ V

180 电网频率 fS/ Hz

200 交流侧电感 LS/ mH

5 交流侧等效电阻 RS/? 0.3 直流母线电容 Cdc/?F

480 直流端负载电阻 RL/?

60 我们对系统在 a 相正弦输入电压初始相位角 为0时开始运行, 带60 ? 负载起动直至稳定, 以 及系统负载从

60 ? 突变到

40 ? 进行了仿真,得 到如下波形: 图5系统起动波形 图6稳态时三相电流波形 图7系统功率因数

5 结论 从仿真波形的结果来看系统带载起动迅速, 起动到稳定不到 0.1 s,且输出电压稳定,超调很 小,输入侧功率因数可达 0.99 以上,稳态性能达 到了预期要求.负载由

60 ? 变为

40 ? 时输出电 压波动不明显,输出电压稳定性好,有较快的动 态响应速度,达到了设计要求和仿真研究目的. 图8负载突变时输出电压波形 图9负载突变时 A 相电流和电压波形 参考文献: [1] 熊健. 三相电压型高频 PWM 整流器研究. 华中理 工大学博士学位论文. 武汉: 华中科技大学图书馆, 1999. [2] 张崇巍, 张兴. PWM 整流器及其控制. 北京: 机械 工业出版社, 2003, 10. [3] 陶永华 新型 PID 控制及其应用 机械工业出版社 2002,11. [4] Ye Y,Kazerani M,Quintana V H.A novel modeling and control method for three - phase PWM converters . PESC.