三相半桥可逆整流器的电流控制
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摘 要:为了保证电压型PWM整流器有较好运行性能,对三相半桥可逆整流器的电流控制进行研究。提出一种电流跟踪性能好的滞环电流控制方法。滞环电流控制有较快的动态响应,不需要载波信号,误差可由滞环宽度调节。该方法可使电流控制精度很高,所以对三相半桥可逆整流器的滞环控制原理进行详细的分析,并建立了基于Matlab环境下的仿真模型。仿真结果验证了该设计方案的正确性。
关键词:PWM整流器;滞环控制;Matlab仿真;电流控制
中图分类号:TP27文献标识码:B
文章编号:1004-373X(2009)10-182-02
Current Control of Three-phase Half-bridge Reversible Rectifier
DONG Cuilian,WU Yanhua
(Heilongjiang Institute of Science and Technology,Harbin,150027,China )
Abstract:In order to keep the voltage source rectifier′s good performance,researching into the current control of three phase half-bridge reversible rectifier.This paper brings forward the control way of hysteresis-current with good track performance.Because of hysteresis-current control with delicacies dynamic correspondence,needless three with wave,adjustable-error by hysteresis-width and high precision,control principle of three phase half-bridge reversible rectifier is analyzed in this paper.Then simulation model is set up on the basis of Matlab background,the results of simulation verify the correctness of this scheme.
Keywords:PWM rectifier;hysteresis-control;Matlab simulation;current control
当前,工矿企业对于各种变流器的性能要求越来越高,尤其是在对谐波抑制及功率因数提高等方面。设计了一种基于PWM控制三相半桥可逆整流器,可以很好地控制网侧电流波形和功率因数。
为了使电压型PWM整流器(VSR)具有较好的运行性能,其电流控制方法的选择至关重要。
1 三相半桥可逆整流器的滞环控制
1.1 三相半桥可逆整流器控制框图
滞环电流控制是一种瞬时值反馈控制模式。其基本思想是将电流给定信号与检测到整流器的实际输入电流信号相比较,若实际电流大于给定值,则通过改变整流器的开关状态使之减小,反之则使之增大。这样,实际电流跟随给定电流作锯齿状变化,并将偏差控制在一定范围内。这种简单的Pang-Pang控制方式,硬件电路实现简单,属于实时控制方式,电流响应速度很快,而且电流反馈的存在能够加快动态响应和抑制环内扰动,并通过防止整流器过流而保护功率开关元件,这些优点使的滞环电流控制得到了广泛的应用。其基本控制框图如图1所示。
1.2 滞环控制的原理
图 2为三相电压型半桥可逆整流器的A相主电路图。其中us和is分别表示电源电压和电流;EDC+和EDC-分别表示正电容电压和负电容电压,R为电阻性负载,ib+和ib-分别表示正母线电流和负母线电流;EDC表示总母线电压;IDC为负载直流电流。电路开始工作时,首先对两个电容充电,当EDC+>us正的最大值以及EDC-
图1 滞环电流控制的PWM整流器控制结构框图
图2 三相电压型半桥可逆整流器其A相主电路图
为分析方便,引入一个变量S,S=1,T1或D1导通;S=0,T2或D2导通。忽略网侧电阻Rs,考查S与is和输出电压的关系可得,该整流器电压电流微分方程式如下:
pis=\/Ls(1)
pEDC+=(Sis-EDC/R)/C(2)
pEDC-=\/C(3)
式中:EDC=EDC+-EDC-。p为微分算子,假定电容通过二极管的充电已完成,在一个极小时间Δt内,设电流由is0变到is1,则变化量Δis=is1-is0。由式(1)可得:
Δis=Δt(us-SEDC-(1-S)EDC)/Ls(4)
当S=1时,式(4)变为Δis=Δt(us-EDC+)/Ls。下面分两种情况讨论:
当us≥0时,us-EDC+
当us
两种情况下都有Δis
当S=0时,式 (5)变为Δis=Δt(us-EDC-)/Ls。下面也分两种情况讨论:
当us≥0时,us-EDC->0,则Δis>0;
当us0,则Δis>0。
两种情况下都有Δis>0,则is1>is0,即T2或D2导通时,is增大。这些关系为功率晶体管的开闭控制逻辑提供了依据。
为确保滞环电流控制的实施,EDC+或EDC-在数值上要大于电源电压us的幅值Us。当电源电压us处于正半周时,D1正偏,C0通过D1充电,随着电容C0两端电压的升高,电源电流is下降;但当is≤ir-h时开通T2。由于(us+EDC-)的共同作用,电流is增加,但当is≥ir+h时,T2关断。由于电感Ls的作用,当电流有减小趋势时,电感电势反向,使电源电压us与电感电势的叠加值大于EDC+(us+Lsdis/dt>EDC+),强迫二极管D1导通,进行续流,C0又被充电。如此反复就形成了锯齿状的正半周电源电流,见图3。 当电源电压处于负半周时,情况与正半周类似。
图3 PWM信号产生原理示意图
2 仿 真
为了验证设计方案的正确性,利用Matlab对系统进行仿真研究。
2.1 仿真模型
三相电压型PWM整流器的Matlab仿真基于前文推导的旋转坐标系d,q轴下数学模型以及仿真模型建立。仿真内容选取整流器在整流、逆变状态的电压、电流波形及直流输出电压。仿真时,将PWM整流器分为交流侧和直流侧两部分。交流侧参数:输入三相电压,每相220 V,50 Hz,电感为10 mH,滤波电感L的等效电阻和功率开关管损耗等效电阻的合并值取10 Ω;直流侧参数:负载为50 Ω,输出直流电压660 V,电容2 200 μF,开关频率为5 kHz。仿真求解器算法采用ODE23TB。
2.2 仿真波形
仿真结果如图4、图5所示。其中,图4为整流时的输入电压和输入电流;图5为直流侧输出电压。
图4 整流时的输入电压和输入电流(以a为例)
图5 直流侧输出电压
从仿真结果可很好地看出,三相电压型PWM整
流器在进行整流运行时很好地实现了高功率因数的整流运行,交流侧电网电压和交流侧电流波形均为正弦波,
相位基本相同,即功率因数近似为1。图5中整流器的输出直流响应非常快,系统在0.03 s左右即满足稳定状态,基本达到所需要求。
3 结 语
首先对三相半桥可逆整流器的滞环控制原理进行详细的分析,并建立基于Matlab环境下的仿真模型。仿真结果说明,该设计方案可以使整流器在运行时很好地实现高功率因数和输出直流电压响应快的优点,同时验证了该方案的可行性。
参考文献
[1]王琳,郑士富.三相单位功率因数PWM整流器的研究.电力电子技术,2007,41(3):24-27.
[2]沈安文.单相倍压PWM AC-DC整流器中的电流控制方法.电力电子技术,1997,31(4):79-81.
[3]许S,邹云屏,刘雄,等.单相三电平PWM整流器双闭环控制系统的研究.电力电子技术,2008,42(9):1-3.
[4]张崇巍,张兴.PWM整流器及其控制.北京:机械工业出版社,2003.
[5]戴瑜兴.有源电力滤波器逆变电路的滞环比较控制策略.湖南师范大学自然科学学报,2003,26(3):37-40.
[6]陈伯时.电力电子与电力传动自动化.北京:机械工业出版社,2008.
[7]林渭勋.现代电力电子技术.北京:机械工业出版社,2006.
[8]张一工,肖湘宁.现代电力电子技术原理与应用.北京:科学出版社,1999.
[9]周渊深.电力电子技术与Matlab仿真.北京:中国电力出版社,2005.
[10]陈国臣.PWM逆变技术及应用.北京:中国电力出版社,2007.