永磁无刷直流电机控制论文-电流环时序方法在PWM整流器中的应用.pdf

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王剑,等:电流环时序方法在PWM整流器中的应用 为0以实现单位功率因数运行。此时有 载波 t+ 7 t+27s Lu=E+(al iq) 当电网电压增大时,|a|也相应增大。当E增 大至一定程度时,|u将超出式(13)的限制,整流 相 桥就逐渐失去对交流侧电流i和i的控制能力,进 PWM 输出 而无法控制直流母线电压。根据式(14),此时可以 控制无功电流i>0,使u|减小至满足式(13)。因 Td= lp PWM 此,通过控制产生一定的无功电流,可以增强PWM ra≈0→}}计算1 整流器抵御电网电压升高的能力。 采样↑ PwM输出 4实验结果 ↑PWM更新 图4改进的电流环时序 在PWM整流器上对本文所述的方法进行了实 验验证,实验装置主要参数为:交流侧电感5.1mH, 与式(8)相比较,开环截止频率增加至3倍,因此闭直流母线电容1.1mF,直流母线电压设定值620V 环截止频率也将增加至约3倍。 输入线电压380V,开关频率1.2kHz,采样频率2.4 从图4中还可以看出,要实现改进的电流环时 kHz。 序,零电压矢量输出的时间必须大于计算时间Tc 实验使用的控制芯片是TI公司的 在电压指令幅值u确定的情况下,零电压矢量作TMs3202812,工作频率150MHz。实测得到电流 用时间的最小值为 环采样和计算时间小于6s,而采样周期为T=417 1145。由式(13)计算出电压空间矢量输出的最大值被 lde 限制为整流桥输出能力的97%。 如果2个电压零矢量l和u的作用时间相同,各占 首先验证了新的电流环时序对提高带宽的作 To/2,则DSP计算所需的时间必须满足 用,测量了电流闭环的输出对输入的频率响应。由于 7≤=1--3n4.(12q轴和d轴的电流环结构完全相同,因此仅针对d轴 电流环进行了实验。 对于确定的采样周期T。和计算时间Ta,由式(12) 图5为实验测得的电流环闭环频率响应曲线 得到改进的电流环实现的必要条件,即 10 n≤7-27 0 13 ude T 2 其中ud/3是三相整流桥工作在线性调制区时, 00000 所能发出的电压空间矢量的幅值的最大值 由此可见,要实现改进的电流环时序,必须将发 妥-180 出的电压空间矢量幅值限制为整流桥交流侧电压空 -270 1000 间矢量输出能力的(T。-2Ta)/Ts f/hz (a)典型时序 3改进电流环在PwM整流器的实现 10 当PWM整流器运行于稳态时,d轴和α轴电流 都是直流量,其变化率为零。如果将q轴定向于电网 LLLLLL ⊥LL 电压,并且忽略交流电抗器的电阻压降,由式(2得 到整流桥维持稳态运行所需的电压矢量幅值 uq t ld wlid)+(ulia)? E-( 要-180 270 ILlite LL 100 1000 f 其中:E是电网电压矢量的幅值;i是有功电流,由 (b)改进时序 负载决定不讨随意控制是无功電流通常控制 abolishing Hous图5两种时序下电流环的频率响应 cnki. net 清华大学学报(自然科学版) 2009,49(10) 图5a为典型的电流环时序得到的曲线,截止频率约 800 52Hz;图5b为改进电流环时序得到的曲线,截止频 率约178Hz。这表明,通过牺牲约3%的电压输出能 800 力,可以获得3倍以上的电流环带宽。 10 将改进时序应用于PWM整流器,并验证无功 电流对提高直流母线电压控制能力的作用。为使效 -10 果明显,PWM整流器运行于空载状态,即有功电 流几乎为零,只需提供平衡直流母线电容损耗和开 10 关损耗所需的功率。实验模拟的是输入线电压由额 700 定的380V升至427V。 图6和图7是对无功功率釆取不同控制策略得 20 40 60 80100 到的实验波形采样值,图中曲线从上至下依次是: t/ms ab线电压、a相电流、d轴电流和直流母线电压。图 图7电网电压升高时本文的吸收无功功率控制波形 6为只采用单位功率因数控制得到的实验结果,由 新的电流环时序对整流桥输出的电压空间矢量 于PWM整流器空载运行并且无功电流控制为零, 的幅值有一定限制,削弱了整流桥对网侧电流的控 交流侧相电流也几乎为零,但是直流母线电压不能制能力,使直流母线电压抵抗电网电压升高的能力 控制在620V,而是升高至640V左右。图7为增加变差。在电网电压升高时,控制整流桥从电网吸收 定无功电流的方法得到的实验结果,a相电流落定的落后无功功率,可以增强对网侧电流的控制,因 后ab线电压约120,说明功率因数角约为90;无功而增强对直流母线电压的控制。 电流约为7A,直流母线电压稳定在620V,这表明 当电网电压升高时,PWM整流器从电网吸收一定 的无功功率确实有利于稳定直流母线电压。 参考文献( References [1 WuR, Dew an S B, Slemon g r, et al. An alys is of an 800 AC to-DC voltage source converter u sing PWM with ph as e and am plit ude con trol [J]. EEE Trans on Industr y A pp lications,1991,27(2):355-364 10 [2 Bhow mik S, Spee R, A lexander G C, et al. New simp lified control al gor ith m for s yn chronous rectifiers [C]// Proceedings of the 1995 Ieee econ 2lst Inter nat ional Con ference on Indus trial Electronics. Control 10 Instrumen tation. Orlando. FL. USA. 1995: 494-499 WANAWMmNH-wmywA 13 WuR, Dew an S B, Slemon GR, et al. A PWMACtO-DC 10 converter w it h fixed s w it ching frequency [J]. IEEE Trans 700 on /nd ust ry A pp lications, 1990, 26(5):880-885 [4 Blasko V, Kaura V. A new mat hem at ical model and control of a three -phase AC - DC volt age source converter[ J]. IEEE 40 60 100 Trans on Power Electronics, 1997, 12(1):116-123 t/ms [5 Blasko V, Kaura V, Niew iadoms ki W, et al. Sampling of 图6电网电压升高时单位功率因数控制波形 dis cont inuous vol tage and current signals in el ect rical drives a system appr oach [ J]. IEEE Trans on Industry 5结论 4 pp lications,1998,34(5):1123-1130. 16 Bon-ho B, Seung ki s. A compensation method for tim e 由于受到开关器件性能和散热能力的限制,高 delay of full-digital synch ronous fram e current regul at or of 压大容量PWM整流器开关频率较低,闭环带宽也 PWMAC drives [j IEEE Trans on /ndustry a pp licat ions 低,致使其动态和稳态性能较差。对PWM整流器的 2003,39(3):802-810 [7 Blasko V. Analys is of a hy br id PWM based on modified 内环,即电流环,通过调整电流采样至PWM更新的 s pace vector and triangle -comparison methods [J]. IEEE 时序,可以使闭环带宽提高至原先的3倍左右,大大 Trans on Industr y App licat ions, 1997, 33(3): 756-764 提高了电流环的性能。 o1994-2010ChinaAcademicJOurnalelEctronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net

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