三相電壓型PWM整流器空間矢量控制研究和仿真分析

1、三相電壓型整流器空間矢量控制研究和仿真分析武漢通信指揮學(xué)院裝備管理應(yīng)用教研室王會濤重慶通信學(xué)院衛(wèi)星通信教研室鄧軍宣化通信訓(xùn)練基地通信維護(hù)教研室姚彬摘要：以電壓空間矢量控制的基本原理和概念為基礎(chǔ)，結(jié)合軟件包構(gòu)建了三相整流器空間矢量控制系統(tǒng)的仿真模型，并詳細(xì)給出各模型的具體參數(shù)。仿真結(jié)果顯示，該方法簡單，控制精度高，用于三相整流器中具有良好動、靜態(tài)性能。關(guān)鍵詞：矢量控制；整流器；仿真概述傳統(tǒng)的PWM控制技術(shù)多用于兩電平電路的驅(qū)動控制，其主要方法是正弦脈寬調(diào)制（SPWM），調(diào)制波為正弦波，依靠三角載波和調(diào)制波的比較得出交點實施控制，其電壓利用率低，諧波含量大。而隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展和多電平電路的出

2、現(xiàn)，涌現(xiàn)出很多新的控制方法像優(yōu)化PWM方式、滯環(huán)電流控制方式、空間電壓矢量控制方式等等。其中，空間電壓矢量控制通過合理地選擇、安排開關(guān)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換順序和通斷持續(xù)時間，改變多個脈沖寬度調(diào)制電壓的波形寬度及其組合，達(dá)到較好的控制。相對SPWM控制，具有電壓利用率高、諧波含量小、大大改善了系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)性能，具有結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)、控制精度高等特點。本文采用空間矢量控制的控制策略，并對整流電路采用電壓外環(huán)PI和電流內(nèi)環(huán)PI控制相結(jié)合的方法，建立三相電壓型PWM矢量控制方案的仿真模型，并對其進(jìn)行分析研究。圖三相電壓型空間矢量控制方案圖電源技術(shù)年月三相電壓型整流器控制方案圖1為三相電壓型PWM整流器空間

3、矢量控制方案圖。它是由主電路和控制回路這兩部分組成，其中，控制回路主要由輸入電流和輸出電壓檢測、坐標(biāo)變換、PI控制器和SVPWM脈沖產(chǎn)生等部分組成。其原理如下：三相交流電通過三相電壓型整流電路整流為穩(wěn)定的直流電壓。同時，控制回路對主電路的輸入電流和輸出直流電壓進(jìn)行檢測，一方面，將檢測值 與給定值 進(jìn)行比較后送入PI控制調(diào)節(jié)器，輸出值與電流 比較并將其輸出送入PI控制器變?yōu)殡妷盒盘?，再?jīng)坐標(biāo)變換送入SVPWM脈沖產(chǎn)生單元，完成電壓閉環(huán)控制；另一方面，將檢測的輸入電流經(jīng)坐標(biāo)變換與給定電流 比較，送入PI控制器變?yōu)殡妷盒盘?，再?jīng)坐標(biāo)變換送入SVPWM脈沖產(chǎn)生單元，完成電流的閉環(huán)控制。矢量控制單元通過

4、矢量運算，生成所需要的PWM波，控制雙向變換器，達(dá)到輸出電壓的穩(wěn)定和輸入側(cè)交流電流的正弦化?？刂葡到y(tǒng)方案圖中的PI控制模塊、坐標(biāo)變換模塊和矢量控制模塊的工作原理參考文獻(xiàn)1，其具體參數(shù)需要在仿真中確定。空間矢量控制的整流器仿真模型建立和分析仿真模型的建立利用Matlab/Simulink軟件包，根據(jù)控制方案圖建立其仿真模型，其仿真模型主要包括主電路模型、控制電路模型和功率因數(shù)計算模型等。(1) 主電路模型主電路仿真模型如圖2所示。它主要由輸入電源模塊、三相整流器模塊和一些電壓、電流測量單元組成。圖主電路模型（2）控制電路模型圖控制電路模型電源技術(shù)年月控制電路仿真模型如圖3所示。它主要由PI控制器

5、模型、坐標(biāo)變換模型以及矢量控制器模型等部分組成。其中，坐標(biāo)變換和矢量控制器仿真模型的建立主要根據(jù)矢量控制原理搭建而成2，其仿真模型如圖4所示。圖仿真模型（3）功率因數(shù)計算模型圖功率因數(shù)計算模型仿真結(jié)果根據(jù)上面搭建的仿真模型，給定仿真參數(shù)假定如下：交流側(cè)輸入為三相260V交流電壓，交流側(cè)電感取3.4mH，直流側(cè)濾波電容為1000f，給定直流輸出電壓為650V，開關(guān)頻率10KHZ，負(fù)載電阻為40。在t=0.05s時，突加負(fù)載使負(fù)載電阻由40變?yōu)?0。仿真結(jié)果如下所示。圖輸入相電壓和電流穩(wěn)態(tài)波形圖輸出直流電壓穩(wěn)態(tài)波形圖功率因數(shù)響應(yīng)曲線輸入電壓電流圖輸入電流隨負(fù)荷波動曲線圖輸出直流電壓隨負(fù)荷波動曲線結(jié)束語根據(jù)電壓空間矢量控制的基本概念和控制方案圖，建立三相電壓型PWM整流器空間矢量控制的仿真模型，并對每個模塊進(jìn)行詳細(xì)的分析。從圖6圖8可以看出采用這種控制方案輸出直流電壓響應(yīng)速度快，輸入交流側(cè)電流波形為正弦波且與輸入交流電壓相位相同，基本實現(xiàn)了單位功率因數(shù)。另外從圖9和圖10可以看出，當(dāng)突加負(fù)載時，整流器輸入側(cè)電流幅值變大并有少許的波動，但很快就恢復(fù)為正弦波，同時輸出側(cè)直流電壓降低，但很快也恢復(fù)到給定的650V直流電壓。通過仿真結(jié)果可以看出采用空間矢量控制的整流器具有很好的動態(tài)特性和穩(wěn)定性。參考文獻(xiàn)：蔡昌文，張波三相電壓型整流器（）的建模及其控制策略技術(shù)與應(yīng)用，：張崇巍，