三相電壓型PWM整流器的研究畢業(yè)論文

河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)摘

要隨著社會(huì)的高速發(fā)展電能在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民日常生活中發(fā)揮著起來(lái)越重要的作用，然而與之同時(shí)與國(guó)民生產(chǎn)生活密切相關(guān)的電力電子換流裝置，如變頻器、高頻開關(guān)電源逆變電源等各種換流裝置在廣泛的運(yùn)用中給電網(wǎng)帶來(lái)了大量的無(wú)功功率與嚴(yán)重的諧波污染。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，具有網(wǎng)側(cè)電流接近正弦波、功率因數(shù)近似為、直流側(cè)輸出電壓穩(wěn)定負(fù)載擾動(dòng)能力強(qiáng)并且能夠在四象限運(yùn)行整流器應(yīng)運(yùn)而生，成功地取代了不可控二極管整流器和相控的晶閘管整流器并成為電力電子技術(shù)研究的熱點(diǎn)。本言研究的主要對(duì)象就是應(yīng)用最為廣泛的三相電壓型整流器。首先，本文介紹了PWM整流器研究的背景與意義，綜述了技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀，引出了三相電壓型PWM整流器，并分析了三相電壓PWM整流器的工作原理，并在此基礎(chǔ)上建立了其在ABC三相靜止坐標(biāo)系同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系-兩相靜止坐標(biāo)系三個(gè)不同坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。其次，本文PWM整流器的電流控制策略進(jìn)行了深入的研究，分析了間接電流控制和直接電流控制的優(yōu)缺點(diǎn)，確定了采用直接電流控制，并對(duì)雙閉環(huán)控制器PWM整流器主回路參數(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；引入了電壓空間矢量，闡述了空間電壓矢量控制的控制算法。最后本文在理論分析的基礎(chǔ)上利用MTALAB供的電力電子工具箱在仿真環(huán)境下建立了三相VSR型PWM整流器主回路及控制器的模型并進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果的分析，表明了該方案能夠滿足網(wǎng)側(cè)電流近似正弦和高功率因數(shù)的要求，驗(yàn)證了方案的正確性和可行性。關(guān)鍵詞：三相電壓PWM整流器；直接電流控制；雙閉環(huán)控制；電壓空間矢量PWM；Matlab仿真

河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)ABSTRACTWiththerapiddevelopmentofmodernsociety,thepowerinmodernindustryplaysanincreasinglyimportantrole,butinthenationalproductionandlifearecloselyrelatedwiththepowerelectronicconverterdevices,suchasthefrequencyconverters,high-frequencyswitchingpowerinvertersandothervariousconverterstheuseofthedevicewillgiveourpowergridtobringalotunfavorablefactors,suchasalargeamountofandharmonic,lowpowerfactor,orevencausesevereelectromagneticpollution,resultingintheuseofotherequipmentsarenotnormalinsamenetwork.WiththedevelopmentofpowerelectronicandPWMtechnology,therectifierofvoltagestabilityandhasoperateinthefour-quadrant,etc.Itbecomesagreenpowerconversiondevice.Therefore,themainresearchsubjectofthispaperisthethree-phasevoltagesourcePWMrectifier.Firstly,thearticleintroducesthebackgroundandsignificanceofthePWMrectifier'sresearch,overviewsPWMtechnology'sdevelopmenthistoryandstatus,raisesthethree-phasevoltagesourcePWMrectifier,andanalysedtheworkingprincipleofthree-phasevoltagesourcePWMrectifier,onthisbasisestablisheditsmathematicalmodelonABCstaticcoordinatesystem,d-qsynchronousrotatingreferenceframeand-two-phasestaticcoordinatesystemthreedifferentcoordinatesystem,inaddition.Secondly,thisarticlecurrentcontrolstrategyofPWMindepth,analysestheshortcomingandadvantagebetweenindirect-currentcontrolanddirectcurrentcontrol,makeadecisionofemploymentofdirectcurrentcontrolbasedonfixedswitchingfrequency,andsystematicdesignsparameterofdoubleclosedloopcontrollerandPWMconvertermaincircuitparameters.BringinVoltageSpaceVector,andoverviewthearithmeticofitFinally,InofferedbyMATLABandtoverifyandfeasibilitybyanalysingresults.

河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)Keywords：Three-phaseVoltageSourcePWMRectifiers;Directcurrentcontrol;Doubleloopcontrol;SpaceVectorPWM;dual-loopcontrolsystem;Matlabsimulation

河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)目錄1緒....................................................................11.1PWM整流器研究的背景與意.........................................11.2PWM整流器的產(chǎn)生與發(fā)展現(xiàn).........................................21.2.1PWM整流器的產(chǎn)生.............................................21.2.1電流型PWM整流器.............................................21.2.3電壓型PWM整流器.............................................31.2.4PWM整流器的發(fā)展現(xiàn)狀.........................................41.3本課題研究的主要內(nèi)...............................................52三相VSR原理分析與建..................................................62.1三相VSR的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)................................................62.2PWM基本原理分...................................................62.3三相VSR的數(shù)學(xué)模型................................................92.3.1三相VSR在三相靜止坐標(biāo)系的數(shù)學(xué)模...........................92.3.2三相VSRd-q模型的建......................................3三相VSR控制系統(tǒng)設(shè)...................................................173.1VSR的電流控....................................................173.1.1間接電流控................................................173.1.2直接電流控制................................................183.2三相VSR雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)......................................3.2.1電流內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)........................................203.2.2電壓外環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)........................................233.2三相PWM整流器參數(shù)的設(shè)..........................................3.2.1交流側(cè)電感的設(shè)............................................233.2.2直流側(cè)電容的設(shè)............................................284三相VSR的空間矢量控.................................................304.1三相VSR空間矢量PWM控制的基本原...............................304.2三相VSR空間電壓矢量分..........................................4.3SVPWM整流器的控制算............................................324.3.1扇區(qū)的確..................................................33

河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)4.3.2矢量作用時(shí)間的確..........................................4.3.3開關(guān)矢量的確定..............................................375Matlab仿............................................誤！未定義簽。5.1基于空間電壓矢量的直接電流控制的三相PWM整流器的仿真錯(cuò)誤！未定義書。5.1.1基于空間電壓矢量PWM波生成模塊模型建立錯(cuò)誤！定義書簽。5.1.2PWM整流器的主回路及控制系統(tǒng)模型的建立錯(cuò)誤！定義書簽。5.2PWM整流器仿真波................................錯(cuò)誤！未定義簽。6總結(jié)與展.............................................................40致.....................................................................41參考文.................................................................42

河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)1緒論1.1PWM整流器研的背景與意隨著現(xiàn)代社會(huì)的高速發(fā)展在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和人們?nèi)粘Ｉ钪泻芏鄨?chǎng)合都離不開對(duì)電的需求，但是由于近些年來(lái)煤炭、石油、天然氣等不可再生能源不斷地被大量過(guò)度地開采，有專家預(yù)測(cè)在未來(lái)的80多年以后，人類將再無(wú)這些能源可以使用，人類將面臨能源枯竭的尷尬境地，隨之而來(lái)將會(huì)引起人們對(duì)電能的恐慌。如何更好的節(jié)約能源發(fā)環(huán)保和可持續(xù)利用的新能源成了當(dāng)今世界亟待解決的問(wèn)題，特別是與國(guó)民生產(chǎn)生活密切相關(guān)的電力電子變換裝置，如變頻器、高頻開關(guān)電源、逆變電源等各種變換裝置的研究備受關(guān)注。因?yàn)檫@些變換裝置大量被使用的同時(shí)，必定會(huì)帶來(lái)一些不利因素在這些大部分變換裝置使用中首先需要整流環(huán)節(jié)將交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓，而整流環(huán)節(jié)主要是通過(guò)功率二極管或者晶閘管組成的整流電路；這種方式在交流側(cè)容易造成電流波形畸變，并向電網(wǎng)注入大量的無(wú)功功率和諧波，將會(huì)給電網(wǎng)造成嚴(yán)重的電磁污染，以致影響同網(wǎng)其他設(shè)備的正常使用，同時(shí)還存在功率因數(shù)低、直流電壓波動(dòng)等問(wèn)題，所以既能有效治理電網(wǎng)污染并提高電能利用率，又能環(huán)保節(jié)能的綠色能源措施越來(lái)越受到眾多研究組織的關(guān)注和重視。能夠有效解決變換裝置所帶來(lái)的負(fù)面效應(yīng)的根本措施就是需要求變換裝置實(shí)現(xiàn)整流環(huán)節(jié)網(wǎng)側(cè)電流達(dá)到正弦化，工作于單位功率因數(shù)等特性。一般來(lái)說(shuō)，要想能夠消除電網(wǎng)諧波且獲得高功率因數(shù)的途徑，主要有兩種：一種是在系統(tǒng)中加入補(bǔ)償器，如靜止無(wú)功補(bǔ)償(StaticVarCompensator)、有源電力濾波(ActivePowerFilter)等達(dá)到補(bǔ)償無(wú)功功率和諧波的目的；一種是改進(jìn)整流環(huán)節(jié)的裝置，優(yōu)化電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制算法，使自身實(shí)現(xiàn)抑制諧波并可調(diào)節(jié)功率因素的效能。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的進(jìn)步與飛速發(fā)展，功率半導(dǎo)體器件的性能也在逐步地提高，特別是全控型功率開關(guān)器件的不斷出現(xiàn)，以及PWM控制技術(shù)的應(yīng)用，使整流器得以誕生。PWM整流器采用的是全控開關(guān)器件，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作頻率高且容易實(shí)現(xiàn)，通過(guò)控制開關(guān)器件的通斷就可以控制整流器輸入的電流波形，實(shí)現(xiàn)電壓電流同相位或反相位，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)近似達(dá)到1，諧波含量少，直流側(cè)電壓可控，并且這種結(jié)構(gòu)的整流器能在四象限運(yùn)行，可以工作在整流或逆變狀態(tài)，是真正意義上的綠色裝置，因此對(duì)PWM整流器的控制研究意義重大。1

河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)1.2PWM整流器的生與發(fā)展現(xiàn)PWM整1957年，美國(guó)通用電氣公司研制出第一個(gè)商用晶閘管，標(biāo)志著電力電子技術(shù)的誕生。它由于能夠根據(jù)不同的用電場(chǎng)合，完成交—直、交—交、直—交、直—直的電能形式的變換，滿足生產(chǎn)與生活的需求，在此后的幾十年間得到大規(guī)模的應(yīng)用。八十年代初隨著對(duì)電力電子裝置產(chǎn)生的諧波對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的影響的認(rèn)識(shí)不斷加深，一些學(xué)者開始研究如何提高功率因數(shù).BelliniFigalli首先用GTO實(shí)現(xiàn)了真正意義上的單相流器，其功率因數(shù)接近1。到了代后期，由于普遍應(yīng)用以及IGBT的大量使用促使PWM整流器向高頻化發(fā)展化可以大大提高了交流輸入電流波形的正弦度，減少了直流輸出電壓紋波，提高了功率因數(shù)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。PWM整流器按直流儲(chǔ)能形式可分為電壓型和電流型電網(wǎng)相數(shù)可分類為單相電路、三相電路和多相電路；PWM開關(guān)調(diào)制可分為硬開關(guān)調(diào)制和軟開關(guān)調(diào)制；按橋路結(jié)構(gòu)可分類為半橋電路和全橋電路調(diào)制電平可分為兩電平電路電平電路和多電平電路。盡管分類方法多種多樣但最基本的分類方法就是將整流器分類成電壓型和電流型兩大類，這主要是因?yàn)殡妷盒汀㈦娏餍蚉WM整流器，無(wú)論是在主電路結(jié)構(gòu)、PWM信號(hào)發(fā)生以及控制策略等方面均各有各自的特點(diǎn)，并且兩者間存在電路上的對(duì)偶性。其他分類方法就主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而言，均可歸類于電流型或電壓型整流器之列。1.2.1電流型PWM流CSR(電流型PWM整流器)的顯著特征是直流側(cè)采用電感進(jìn)行直流儲(chǔ)能，從而使CSR直流側(cè)呈現(xiàn)高阻抗的電流源特性采用的CSR構(gòu)有單相和三相直流儲(chǔ)能電感外，與比，其交流側(cè)增加了濾波電容，作用是與網(wǎng)側(cè)電感一起組成LC階低通濾波器，以慮除側(cè)諧波電流，并抑制CSR交流側(cè)諧波電壓。CSR功率開關(guān)管支路上順向串聯(lián)二極管，其主要目的是阻斷反向電(一般大功率開關(guān)管大都集成有反并聯(lián)二極管)，并提高功率開關(guān)管的反向耐壓能力。三相電流型PWM整流器的結(jié)構(gòu)圖如下：2

河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)圖1-1三CSR拓結(jié)構(gòu)1.2.3電壓型PWM流電壓型PWM整流器(VoltageSourceRectifier.VSR)最顯著拓?fù)涮卣骶褪侵绷鱾?cè)采用電容進(jìn)行直流儲(chǔ)能而使VSR直流側(cè)呈低阻抗的電壓源特性于其電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于控制，響應(yīng)速度快，成為目前研究及實(shí)際應(yīng)用較多的整流類型。電壓型PWM整流器有以下幾種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：?jiǎn)蜗喟霕颉⑷玍SR拓?fù)?，三相半橋、全橋VSR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、三電VSR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和基于軟開關(guān)調(diào)制的VSR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其中三相電壓型PWM整流器就是本文研究的對(duì)象。圖1-2給出了三相半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。通常所謂的三相橋式電路即指三相半橋電路。關(guān)于三相PWM整流器的工作原理將在下一節(jié)中專門論述三相電壓型整流器也是本文進(jìn)行電路建模、參數(shù)計(jì)算和控制器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。3

河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)圖1-2三半橋VSR拓結(jié)構(gòu)PWM整PWM流器的研究始于20世80年代，這一時(shí)期由于自關(guān)斷器件的日趨成熟及應(yīng)用，推動(dòng)了術(shù)的應(yīng)用與研究。Alfred,HoltzJoachim首先提出基于可關(guān)斷器件的三相全橋PWM整流器拓?fù)浼捌渚W(wǎng)側(cè)電流幅相控制策略并實(shí)現(xiàn)了電流型流器網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)正弦波電流控制。年Hirofumi提出了基于PWM整流器拓?fù)涞臒o(wú)功補(bǔ)償器控制策略這實(shí)際上就是電壓型PWM整流器早期設(shè)計(jì)思想。到20世紀(jì)80年代末，隨著A.W.Green等人提出了基于坐標(biāo)變換的整流器連續(xù)離散動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型及控制策略，PWM整流器的研究發(fā)展到一個(gè)新的高度。自20紀(jì)90年代以來(lái)，PWM整流器一直是學(xué)術(shù)界關(guān)注和研究的熱點(diǎn)。隨著研究的深人，基于整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制的拓展，相關(guān)的應(yīng)用研究也發(fā)展起來(lái)，如有源濾波器超導(dǎo)儲(chǔ)能交流傳動(dòng)高壓直流輸電以及統(tǒng)一潮流控制等這些應(yīng)用技術(shù)的研究，又促進(jìn)了PWM整流器及其控制技術(shù)的進(jìn)步和完善。這一時(shí)期PWM整流器的研究主要集中于以下幾個(gè)方面1)PWM整流器的建模與分析;2)電壓型PWM整流器的電流控制;3)主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究;4)系統(tǒng)控制策略研究;5)電流源型PWM整流器研究;4

河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)前主要的研究領(lǐng)域有如下五個(gè)方面:1.關(guān)于PWM整流器的建模研究2.關(guān)于電壓型PWM整流器的電流控制策略研究3.關(guān)于PWM整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研究4.PWM整流器系統(tǒng)控制策略的研究隨著PWM整流器及其控制策略研究的深入研究人員相繼提出了一些較為新穎的系統(tǒng)控制策略，分述如下:（1）無(wú)電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)傳感器及無(wú)網(wǎng)側(cè)電流傳感器控制（2）基于Lyapunov穩(wěn)定性理論的PWM整流器控制（3）PWM整流器的時(shí)間最優(yōu)控制（4）電網(wǎng)不平衡條件下的PWM整流器控制1.3課題研究主要內(nèi)容由于三相電壓型PWM整流器具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制性能優(yōu)良，運(yùn)行于四象限，工作在單位功率因數(shù)的狀態(tài)下，諧波含量少，符合環(huán)保節(jié)能的要求，所以本文選擇三相電壓型PWM整流器為課題，主要研究以下幾個(gè)方面內(nèi)容：(1)對(duì)所研究的三相電壓型PWM整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行深入分析對(duì)整流和逆變狀態(tài)下的電流換流過(guò)程進(jìn)行分析，并根據(jù)系統(tǒng)要求對(duì)主電路的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)選取。(2)根據(jù)系統(tǒng)的主電路結(jié)構(gòu)對(duì)三相電壓型PWM整流器在三相靜止坐標(biāo)系與同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下進(jìn)行數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)，并對(duì)系統(tǒng)的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)電壓空間矢量調(diào)制進(jìn)行了分析。(3)利用MATLAB\simulink計(jì)了電網(wǎng)平衡下PWM整流器的仿真模型，最后搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)電網(wǎng)平衡狀態(tài)下的穩(wěn)態(tài)整流進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析研究。(4)最后對(duì)本文進(jìn)行全文總結(jié)，對(duì)下一步工作研究展望做簡(jiǎn)要敘述。5

河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)2三相VSR原理分析與建模2.1三相拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電壓型PWM整流器(VoltageSourceRectifier.VSR)最顯著拓?fù)涮卣骶褪侵绷鱾?cè)采用電容進(jìn)行直流儲(chǔ)能，從而使VSR直流側(cè)呈低阻抗的電壓源特性。圖1-2給出了三相半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。通常所謂的三相橋式電路即指三相半橋電路。三相電壓型PWM整流器也是本文進(jìn)行電路建模、參數(shù)計(jì)算和控制器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。三相電壓型PWM整流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2-1圖ee為三相對(duì)稱電源相電abc壓iii為三相線電流；、~VD分別是絕緣柵雙極型晶體管和續(xù)流二a6極管；V為直流電壓RL為濾波電抗器的電阻和電感C為直流側(cè)電容R為負(fù)載；dcLi

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為負(fù)載電流。圖2-1三半橋VSR拓結(jié)構(gòu)2.2PWM基本原理析從電力電子技術(shù)發(fā)展來(lái)看整流器是較早應(yīng)用的一種變換裝置。整流器的發(fā)展經(jīng)歷了由不控整流器(二極管整流)、相控整流器晶閘管整流)到PWM整流器(可關(guān)斷功率開關(guān))的發(fā)展歷程。傳統(tǒng)的相控整流器，雖應(yīng)用時(shí)間較長(zhǎng)，技術(shù)也較成熟，且被廣6

LL河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)LL泛使用，但仍然存在以下問(wèn)題:（1）晶閘管換流引起網(wǎng)側(cè)電壓波形畸變;（2）網(wǎng)側(cè)諧波電流對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生諧波“污染”（3）深控時(shí)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)降低;（4）閉環(huán)控制時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)相對(duì)較慢。雖然二極管整流器，改善了整流器網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)，但仍會(huì)產(chǎn)生網(wǎng)側(cè)諧波電流以“污染”電網(wǎng);另外二極管整流的不足還在于其直流電壓的不可控性。針對(duì)上述不足PWM整流器已對(duì)傳統(tǒng)的相控及二極管整流器進(jìn)行了全面改進(jìn)其關(guān)鍵性的改進(jìn)在于用全控型功率開關(guān)取代了半控型功率開關(guān)或二極管PWM斬控整流取代了相控整流或不控整流。因此，PWM整流器可以取得以下優(yōu)良性能:（1）網(wǎng)側(cè)電流為正弦波;（2）網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)控制(如單位功率因數(shù)控制;（3）電能雙向傳輸;（4）較快的動(dòng)態(tài)控制響應(yīng)。顯然，PWM整流器已不是一傳統(tǒng)意義上的AC/DC變換器。由于電能的雙向傳送，當(dāng)流器從電網(wǎng)吸取電能時(shí)，其運(yùn)行于整流工作狀態(tài)而當(dāng)整流器向電網(wǎng)傳電能時(shí)，其運(yùn)行于有源逆變工作狀態(tài)。所謂單位功率因數(shù)是指：當(dāng)PWM整流器運(yùn)行于整流狀態(tài)時(shí)，網(wǎng)側(cè)電壓、電流同相(正阻特性);當(dāng)整流器運(yùn)行于有源逆變狀態(tài)時(shí)，其網(wǎng)側(cè)電壓、電流反相(負(fù)勝特)。進(jìn)一步研究表明，由PWM整流器其網(wǎng)側(cè)電流及功率因數(shù)均可控，因而可被推廣應(yīng)用于有源電力濾波及無(wú)功補(bǔ)償?shù)确钦髌鲬?yīng)用場(chǎng)合。

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L圖2-2PWM整器型電路圖PWM整流器實(shí)際上是一個(gè)交、直流側(cè)可控的四象限運(yùn)行的變流裝置。為便于理解，以下首先從模型電路闡述整流器的原理。圖2-2為流器模型電路，可以看出:PWM整流器模型電路由交流回路功率開關(guān)管橋路以及直流回路組成其中交流回路包括交流電動(dòng)勢(shì)e以及網(wǎng)側(cè)電感L等;直流回路包括負(fù)載電R及負(fù)載電動(dòng)等;功7

LL河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)LL率開關(guān)管橋路可由電壓型或電流型橋路組成。當(dāng)不計(jì)功率開關(guān)管橋路損耗時(shí)，由交、直流側(cè)功率平衡關(guān)系得viidc式中v、i是模型電路交流側(cè)電壓、電流;i是模型電路直流側(cè)電壓、電流。由上式不難理解通過(guò)模型電路交流側(cè)的控制可以控制其直流側(cè)反之也成立。以下著重從模型電路交流側(cè)入手，分析PWM整流器的運(yùn)行狀態(tài)和控制原理。D

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L

CB

B(c)(d)圖2-3PWM整器交流側(cè)穩(wěn)態(tài)矢量關(guān)系穩(wěn)態(tài)條件下，PWM整流器交流側(cè)矢量關(guān)系如圖所示。為簡(jiǎn)化分析，對(duì)于整流器模型電路，只考慮基波分量而忽略PWM諧波分量，并且不計(jì)交流側(cè)電阻。這樣可從圖2-3分析:當(dāng)以電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)矢量為參考時(shí)，通過(guò)控制交流電壓矢量V即可實(shí)現(xiàn)PWM整流器的四象限運(yùn)行。若假設(shè)I不變，因此LI也因此不變?cè)谶@種情況下PWM流器交流電壓矢端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡構(gòu)成了一個(gè)以為半徑的圓。當(dāng)電壓矢端點(diǎn)位于圓軌跡A點(diǎn)時(shí)，電流矢量I比電動(dòng)勢(shì)滯后90度，此時(shí)PWM整流器網(wǎng)側(cè)呈現(xiàn)電感特性，如圖2-3a所示當(dāng)電壓矢V端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至圓軌跡B端點(diǎn)時(shí)，電流矢I與電動(dòng)勢(shì)矢量平行且同向，此時(shí)PWM整流器網(wǎng)側(cè)呈現(xiàn)正電阻特性，如圖2-3b所示;當(dāng)電壓矢端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至圓軌跡C點(diǎn)時(shí)，電流矢I比電動(dòng)勢(shì)矢超前90度此時(shí)整流器網(wǎng)側(cè)呈現(xiàn)純電容特性如所示;當(dāng)電壓矢V端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至圓軌跡D點(diǎn)時(shí)，電流矢I與電動(dòng)勢(shì)矢量E平行且反向，此時(shí)PWM整流器網(wǎng)側(cè)呈現(xiàn)負(fù)阻特性，如圖示。以上，B,C,D點(diǎn)是整流器四象限運(yùn)行的四個(gè)特殊工作狀態(tài)點(diǎn)，進(jìn)一步分析，可得PWM整流器四象限運(yùn)行規(guī)律如下8

acL河南理工大學(xué)畢業(yè)acL(1)電壓矢端點(diǎn)在圓軌跡AB上運(yùn)動(dòng)時(shí)PWM整流器運(yùn)行于整流狀態(tài)此時(shí)PWM整流器需從電網(wǎng)吸收有功及感性無(wú)功功率電能將通過(guò)整流器由電網(wǎng)傳輸至直流負(fù)載值得注意的是當(dāng)PWM整流器運(yùn)行在B點(diǎn)時(shí)則實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)整流控制而在A點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，PWM整流器則不從電網(wǎng)吸收感性無(wú)功功率，而只從電網(wǎng)吸收有功功率(2)當(dāng)電壓矢V端點(diǎn)在圓軌跡BC上運(yùn)動(dòng)時(shí)，整流器運(yùn)行于整流狀態(tài)。此時(shí)，PWM整流器需從電網(wǎng)吸收有功及容性無(wú)功功率，電能將通過(guò)整流器由電網(wǎng)傳輸至流負(fù)載。當(dāng)流器運(yùn)行至C時(shí)，PWM整流器將不從電網(wǎng)吸收有功功率，而只從電網(wǎng)吸收容性無(wú)功功率。(3)當(dāng)電壓矢端點(diǎn)在圓軌跡上運(yùn)動(dòng)時(shí)，PWM整流器運(yùn)行于有源逆變狀態(tài)。此時(shí)整流器向電網(wǎng)傳輸有功及容性無(wú)功功率能將從整流器直流側(cè)傳輸至電網(wǎng)。當(dāng)PWM整流器運(yùn)行至D點(diǎn)時(shí)，便可實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)有源逆變控制。(4)當(dāng)電壓矢端點(diǎn)在圓軌跡上運(yùn)動(dòng)時(shí)，PWM整流器運(yùn)行于有源逆變狀態(tài)。此時(shí)，PWM整流器向電網(wǎng)傳輸有及感性無(wú)功功率，電能將從PWM整流器直流側(cè)傳輸至網(wǎng)。實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行的控制方法有:一、可以通過(guò)控制PWM整流器交流側(cè)電壓，間接控制網(wǎng)側(cè)電流二、可以通過(guò)網(wǎng)側(cè)電流的閉環(huán)控制直接控制整流器的網(wǎng)側(cè)電流。2.3三相數(shù)學(xué)模型相VSR在三所謂三相VSR一般數(shù)學(xué)模型就是根據(jù)三相拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相靜止坐標(biāo)系(a,b,c)中利用電路基本定律(基爾霍夫電壓流定律對(duì)VSR所建立的一般數(shù)學(xué)描述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上圖2-1所示。針對(duì)三相VSR一般數(shù)學(xué)模型的建立，通常作以下假設(shè)（1）電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)為三相平穩(wěn)的純正弦波電動(dòng)勢(shì)e,e,);（2）網(wǎng)側(cè)濾波電感L線性的，且不考慮飽和;（3功率開關(guān)損耗以電阻R示即實(shí)際的功率開關(guān)可由理想開關(guān)與損耗電R，串聯(lián)等效表（4描述VSR能量的雙向傳輸相VSR直流側(cè)負(fù)載由電R和直流電e串L聯(lián)表示。9

f河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)f由上述假設(shè)得到三相電壓型PWM整流器的主電路數(shù)學(xué)模型如圖2-4所示。圖、ae為三相對(duì)稱電源相電壓(在圖中用e(t)表示iii為三相線電流；v為bc直流電壓為濾波電抗器的電阻和電感；為直流側(cè)電容R為負(fù)載；i為負(fù)載LL電流。、S、為整流器的開關(guān)函數(shù)。c圖2-4三相整流器的主電路數(shù)模型根據(jù)三相VSR特性分析需要相VSR一般數(shù)學(xué)模型的建立可采用開關(guān)函數(shù)描述的一般數(shù)學(xué)模型，采用開關(guān)函數(shù)描述的一般數(shù)學(xué)模型是VSR開關(guān)過(guò)程的精確描述，較適合于VSR的波形仿真。以三相撲結(jié)構(gòu)為例，建立采用開關(guān)函數(shù)描述的VSR一般數(shù)學(xué)模型，如圖所示，當(dāng)直流電動(dòng)=0，直流側(cè)為純電阻負(fù)載，此時(shí)三相只能運(yùn)行于整流模L式e三相VSR既可運(yùn)行于整流模式又可運(yùn)行于有源逆變模式當(dāng)運(yùn)行于有源Ldc逆變模式時(shí)，三VSR將:所發(fā)電能向電網(wǎng)側(cè)輸送，有時(shí)也稱這種模式為再生發(fā)電模;當(dāng)。e時(shí)，三相VSR也只能運(yùn)行于整流模式。Ldc為分析方便，首先定義單極性二值邏輯開關(guān)函S為s0

c

（2-1）表示上橋臂導(dǎo)通，下橋臂關(guān)斷表示上橋臂關(guān)斷，下橋臂導(dǎo)通。k將三VSR功率管損耗等值電阻R流濾波電感等值電R合并R=R+R,fs采用基爾霍夫電壓定律建立三相VSRa相回路方程10

aaaaadcNodtdtaabcabaaaaadcNodtdtaabcabcaL

didt

v)

（2-2）V導(dǎo)通VSa=1，且vaa

aN

;V關(guān)斷V，開關(guān)函Sa=0，aav=0，所vaN

aN

S，式(2-2)改寫成di)

（2-3）同理，可得b相,c相方程如下：L

diRiv)dc

（2-4）diLcRiv)cNo考慮到三相對(duì)稱系統(tǒng)，eia聯(lián)立式（2-3）~式（2-6

（2-5）（2-6）v

No

v3

,b,c

（2-7）在圖2-3中，任何瞬間總有三個(gè)開關(guān)管導(dǎo)通，其開關(guān)模式8種，因此，直流側(cè)電i可描述為issabcc另外，對(duì)直流側(cè)電容正極節(jié)點(diǎn)處應(yīng)用基爾霍夫電流定律，得

（2-8）C

dvssdcLdtRL

（2-9）聯(lián)立式（2.3）~式（2.9）得三相電壓型PWM流器在三相靜止坐標(biāo)系（下的開關(guān)函數(shù)數(shù)學(xué)模型為：diLRiab)v3diSbRiab)vdt3diSRi)v3vCdcssdcLL引入狀態(tài)變量X后，可寫成狀態(tài)變量的表達(dá)形式為：11

（2-10）

ai1ai1aii,b,c河南理工大ai1ai1aii,b,cZBE

（2-11）其中，

Xa

ib

ic

v

（2-12）100S)3i,b,c)i,b,c0)3S0a

（2-13）Z

L000

0L00

0000L00

（2-14）

1

00

B

00

10

010

（2-15）

0

0

0

e

eiL

（2-16）X

a

b

c

dvdc

T

（2-17）2.3.2三相d-q模型的立前面對(duì)三相靜止坐標(biāo)系a,b,c）中的SR般數(shù)學(xué)模型進(jìn)行研究分析。雖VSRabc坐標(biāo)系下一般數(shù)學(xué)模型具有物理意義清晰、直觀等特點(diǎn)，但是在這種模型中VSR交流側(cè)均為具有一定頻率、幅值和相角的正弦時(shí)變交流量，因而不利于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。一般的SR采用電壓電流雙閉環(huán)控制，當(dāng)電流內(nèi)環(huán)采PI節(jié)器時(shí)，三相靜止坐標(biāo)系中的PI調(diào)節(jié)器無(wú)法實(shí)現(xiàn)電流無(wú)靜差控制。通過(guò)坐標(biāo)變換將三相（）靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換12

mmIi河mmIi成以電網(wǎng)基波頻率同步旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo)系。通過(guò)這樣的變換，靜止坐標(biāo)系中的基波正量將轉(zhuǎn)化成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的直流量，對(duì)直流給定I調(diào)節(jié)器則可以實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差控制，從而提高穩(wěn)態(tài)電流控制精度。而且旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中存在有功電流和無(wú)功電流的解耦，有利于實(shí)現(xiàn)VSR的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在三相VSRd-q型建立過(guò)程中，常用到兩類坐標(biāo)變換，一類是將三相靜止對(duì)稱坐標(biāo)系(a,b,c)變換成兩相垂直靜止坐標(biāo)系(D一類是將三相靜止對(duì)稱坐標(biāo)系a,b,c)變換成二相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系(dq)，或是將二相靜止垂直坐標(biāo)系(DQ)變換成二相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系(d，q)，以電流矢I為例，分別討論兩類坐標(biāo)變換1三相靜止坐標(biāo)系(a,b,c)到二相靜止垂直坐標(biāo)系D，Q)的變換圖2-5表示了三相靜止坐標(biāo)(a,b,c)與二相靜止垂直坐標(biāo)系空間位置關(guān)系。其中Q軸與a軸重合，而D軸滯后a軸90相角。IQ軸間相角IQ-D軸上投影滿足：

iisinQ

2

（2-18）圖（、）標(biāo)系與（a、b、）標(biāo)系另外I在a、b、c軸上的投影為13

m2bi0im2bi0iamiIcos(bmi由三角函數(shù)關(guān)系及聯(lián)立上式推得12223定義零軸分量

（2-19）（2-20）i

13

(i)

（2-21）聯(lián)立式（2-20）,（2-21）式，并寫成矩陣形式1122

（2-22）22兩相靜止坐標(biāo)系(D，Q)到兩相兩步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（，q）的變換矩陣為C

2r

sin

（2-23）2三相靜止坐標(biāo)系(a,b,c)到二相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d,q)的變換在三相電路中，兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（d,q中的q軸分量常表示有功分量，而d軸分量則常用以表示無(wú)功分量如圖2-5所示。三相靜止對(duì)稱坐標(biāo)（a,b,c中，E、I

分別表示三相電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)矢量和電流矢量，并且

、

I

以電網(wǎng)基波角頻

逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。根據(jù)瞬時(shí)無(wú)功功率理論，在描述三相電量時(shí)，將兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（q）中q軸與電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)矢量E軸E矢量q軸）方向的電流分量i定義為有功電流，而比矢量E滯90

o

相角的（d軸方向電流分i定義為無(wú)功電流另外，初始條件下，令軸與a軸重合。如圖2-6所示，若令矢量Ia軸相角q軸與a軸相角則14

mdqa,bammmdqa,bammci()idb0ciIcos(Ii22矢Ia,b,c三相靜止坐標(biāo)軸的投iii為IcosIm2iIcos(3

（2-24）（2-25）圖２坐標(biāo)系d,q)坐標(biāo)（）及矢量分解定義零軸分量為1i(i)3聯(lián)立上式可得式中15

（2-26）（2-27）

q2河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)q22cos(322sin122

（2-28）經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)分析得三相VSR在兩相dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型為：

diLddddiLqCdc(is)dL

（2-29）16

U河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)U3相控制系統(tǒng)設(shè)通過(guò)第2章對(duì)三相電壓型PWM整流器的工作原理分析得出了通過(guò)控制網(wǎng)側(cè)的輸入電流，就可以實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)和PWM流器四象限里運(yùn)行，所以對(duì)網(wǎng)側(cè)的電流控制也是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)控制的關(guān)鍵。此外，在實(shí)際應(yīng)用中，還需要穩(wěn)定直流側(cè)的電壓，對(duì)這一目標(biāo)采用電壓外環(huán)的控制加以實(shí)現(xiàn)。3.1VSR的電流控VSR的建模及工作原理分析表明，當(dāng)其正常工作時(shí)，在能夠穩(wěn)定直流側(cè)電壓的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)在受控功率因數(shù)條件下的正弦波形電流控制。另一方面，當(dāng)應(yīng)用于有源電力濾波器等領(lǐng)域時(shí)，對(duì)其網(wǎng)測(cè)電流的控制決定了系統(tǒng)性能的指標(biāo)的優(yōu)劣。因此，VSR電流控制策略是十分重要的。常規(guī)的VSR控制系統(tǒng)一般采用雙閉環(huán)控制，即電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)控制。目前VSR電流控制技術(shù)根據(jù)是否引入電流閉環(huán)，分為兩大類，即間接電流控制和直接電流控制。間接電流控制或被稱為相位幅值控制，顧名思義它不是直接對(duì)電流控制，其實(shí)質(zhì)是通過(guò)PWM的控制，在整流器交流器產(chǎn)生幅值和相位都能夠控制的正弦電壓，并使該電壓與電網(wǎng)電壓通過(guò)對(duì)電感的作用，形成幅值和相位也能夠控制的正弦基波電流，從而達(dá)到控制電流的目的。盡管間接電流控制的動(dòng)態(tài)性能欠佳，但因其控制簡(jiǎn)單、成本低廉，在對(duì)PWM整流器動(dòng)態(tài)性能要求不高的場(chǎng)合，間接電流控制仍然有一定的應(yīng)用前景。應(yīng)用SPWM技術(shù)，通過(guò)對(duì)調(diào)制電壓的控制就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整流器輸入電壓相位和幅值的調(diào)節(jié)。為了穩(wěn)定輸出電壓，間接電流控制需要引入電壓閉環(huán)反饋。間接電流控制原理框圖如圖3-1。

abc幅值相位控制

調(diào)制

ABC主電路圖3-1間接電流控制原理框圖17

河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)整流器負(fù)載波動(dòng)時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)輸入電壓的幅值和相位按一定的軌跡移動(dòng)，可以使整流器重新達(dá)到穩(wěn)態(tài)且輸入功率因數(shù)保持不變。實(shí)際上，間接控制策略的目標(biāo)就是根據(jù)檢測(cè)到的輸出電壓和電網(wǎng)電壓信號(hào)，控制整流器輸入電壓矢量按需要的軌跡移動(dòng)。間接電流控制雖有一定的應(yīng)用空間，但其缺點(diǎn)卻是不可忽略的。其缺點(diǎn)如下：（a）系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能不佳，整流器的輸入電感具有較大時(shí)間常數(shù)，而幅相控制沒(méi)有采取任何措施補(bǔ)償電感的時(shí)滯作用；（b）動(dòng)態(tài)過(guò)程中存在直流電流偏移和很大的電流過(guò)沖，而控制器本身沒(méi)有限流功能，因而需要有過(guò)流保護(hù)；（c）控制信號(hào)的運(yùn)算過(guò)程中乃至電路的參數(shù)，控制信號(hào)對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的波動(dòng)較為敏感。針對(duì)上述缺點(diǎn)有一些改進(jìn)的辦法比如引入電流微分或動(dòng)態(tài)解耦的串聯(lián)補(bǔ)償利用零極點(diǎn)對(duì)消的原理可心改善整流器的電流響應(yīng)特性，在間接電流控制基礎(chǔ)上增加功率因數(shù)角閉環(huán)，通過(guò)模糊控制器對(duì)交流側(cè)電壓幅值和相位進(jìn)行前饋補(bǔ)償，可心使PWM整流器在電網(wǎng)電壓波動(dòng)或電路參數(shù)變化等擾動(dòng)下保護(hù)單位功率因數(shù)和穩(wěn)定的直流輸出電壓。這些改進(jìn)方案的提出，可以促進(jìn)間接電流控制實(shí)用化。VSR直接電流控制是針對(duì)間接電流控制的不(動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢、對(duì)參數(shù)敏感)而提出來(lái)的。這種直接電流控制與間接電流控制在結(jié)構(gòu)上的主要差別在于，前者具有網(wǎng)側(cè)電流閉環(huán)控制后者則無(wú)網(wǎng)側(cè)電流閉環(huán)控制時(shí)也使網(wǎng)側(cè)電流控制對(duì)系統(tǒng)參數(shù)不敏感，從而增強(qiáng)了電流控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對(duì)網(wǎng)壓而言，電流內(nèi)環(huán)實(shí)質(zhì)起到前饋?zhàn)饔?；控制電路具有限流保護(hù)能力，由于系統(tǒng)在每一個(gè)載波周期都對(duì)電流進(jìn)行比較，因此故障情況下過(guò)電流保護(hù)迅速，可靠性高。直接電流控制方案物理意義清晰，控制電路簡(jiǎn)單，控制效果良好。直接電流控制中雙閉環(huán)控制是目前應(yīng)用最廣泛，最實(shí)用化的控制方式，其中電壓外環(huán)是控制直流側(cè)電壓的，并給電流內(nèi)環(huán)提供指令電流；電流內(nèi)環(huán)則根據(jù)指令電流進(jìn)行電流快速跟蹤控制。由于VSR電流內(nèi)環(huán)性能不僅影響直流側(cè)電壓響應(yīng)而且當(dāng)應(yīng)用于諸如有源電力濾波器(APF)等領(lǐng)域時(shí)其網(wǎng)側(cè)電流的控制性能便決定了系統(tǒng)性能指標(biāo)的優(yōu)劣而直接電流控制策略的研究引起了學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注先后提出了固定開關(guān)頻率電流控制、滯環(huán)電流控制等。其中，固定開關(guān)頻PWM電流控制其算法簡(jiǎn)便，物理意義清晰且實(shí)現(xiàn)較方便另外由于開關(guān)頻率固定因而網(wǎng)側(cè)變壓器及濾波電感設(shè)計(jì)較容易，18

河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)并且有利于限制功率開關(guān)損耗。但該方案的主要缺點(diǎn)是，在開關(guān)頻率不高條件下，電流動(dòng)態(tài)響應(yīng)相對(duì)較慢，且電流動(dòng)態(tài)偏差隨電流變化率而相應(yīng)變化。相比之下，滯環(huán)P電流控制則具有較快的電流響應(yīng)，且電流跟蹤動(dòng)態(tài)偏差由滯環(huán)寬度確定，而不隨電流變化率變化而變動(dòng)。但該方案主要不足就是，開關(guān)頻率隨電流變化率變化而波動(dòng)，造成網(wǎng)側(cè)濾波電感設(shè)計(jì)困難，功率模塊應(yīng)力及開關(guān)損耗增大，因而在大功率變流領(lǐng)域難以應(yīng)用，為此提出了基于固定開關(guān)頻率的滯環(huán)PWM電流控制策略。1固定開關(guān)頻率PWM電流控制基本原理及控制算法所謂固定開關(guān)頻率PWM電流控制，一般是PWM載波(如三角波)頻率固定不變，而以電流偏差調(diào)節(jié)信號(hào)作為調(diào)制波的PWM控制方法，其電流環(huán)控制結(jié)構(gòu)如圖所示。圖3-2固開關(guān)頻率PWM電控閉環(huán)結(jié)構(gòu)2滯環(huán)PWM電流控制當(dāng)開關(guān)頻率人按一定規(guī)律變化時(shí)，電流跟蹤性能將得以改善，電流偏差將在某一限定值內(nèi)基本不變，這對(duì)要求電流跟蹤精度較高的控制系統(tǒng)十分重要。而滯PWM電流控制則可以實(shí)現(xiàn)上述要求這種電流控制結(jié)構(gòu)中無(wú)傳統(tǒng)的電流調(diào)節(jié)器如P,PI調(diào)節(jié)器等)，取而代之的是一非線性環(huán)節(jié)—滯環(huán)。當(dāng)電流偏差超越滯環(huán)寬度時(shí)，主電路開關(guān)切換，并迫使電流偏差減小，顯然這是一種典型的非線性控制。研究表明，滯PWM電流控制具有較好的穩(wěn)定性和快速性。3.2相VSR雙閉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)在三相VSR控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，一般采用雙閉環(huán)控制，即電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)。雙閉環(huán)控制系統(tǒng)中的電壓外環(huán)是為了控制穩(wěn)定直流側(cè)電壓根據(jù)電壓的大小調(diào)整整流器工作的狀態(tài)，并給電流內(nèi)環(huán)輸出給定值；電流內(nèi)環(huán)是使檢測(cè)的輸入電流能夠跟蹤給定電流，實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)的整流或逆變?cè)谇懊娣治稣髌鲾?shù)學(xué)模型中在三相靜止abc坐標(biāo)19

q2dq河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)q2dq系下難以設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，而且對(duì)系統(tǒng)控制做不到無(wú)靜差，所以，雙閉環(huán)控制建立在同步旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo)系下數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的。而在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下d軸和軸變量之間相互耦合么d-q坐標(biāo)系耦合狀態(tài)下進(jìn)行解耦望一個(gè)變量?jī)H受另一個(gè)變量控制，系統(tǒng)解耦方法一般采用串聯(lián)補(bǔ)償解耦和前饋補(bǔ)償解耦本文研究的系統(tǒng)主要采用前饋補(bǔ)償解耦控制的方法。其控制結(jié)構(gòu)圖如下：圖-3整器控制結(jié)構(gòu)圖由前面敘述可以知道，三相的d-q模型可以描述為

diLdqdiLRiqqdCdc(is)ddqL

（3-1）式中——電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)矢量E分量；q20

ddiPiPdisiPKsiPdiddiPiPdisiPKsiPdiiPdi*v——三相VSR交流側(cè)電壓矢V的分量；dqii——三相VSR交流側(cè)電流矢量的Idq分量。dq從三相VSR的d-q模型方程式可以看出，由于的d、軸變量相互耦合，給控制器的設(shè)計(jì)造成一定困難。為此，可以采用前饋解耦控制策略，當(dāng)電流調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器時(shí)，v的控制方程如下：dKKiIsKKiI

)(i*)dqd)(i*)

（3-2）式中，K、K——電流內(nèi)環(huán)比例調(diào)節(jié)增益和積分調(diào)節(jié)增益；iPiIii—idq

i的電流指令值。d將式（3-2）帶入式（3-1化簡(jiǎn)可得

KRKiI/KiI/L

KKiILs

（3-3）顯然，式（3-3）表明：基于前饋的控制算式3-2）使VSC電流內(nèi)環(huán)ii）實(shí)現(xiàn)了解耦控制。由此可以畫出電流內(nèi)環(huán)的解耦控制結(jié)構(gòu)，如下圖：圖3-4三相VSR電流內(nèi)環(huán)解耦控結(jié)構(gòu)由于兩電流內(nèi)環(huán)的對(duì)稱性，因而下面i控制為例討論電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)。考慮電q21

iIK6L河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)iIK6L流內(nèi)環(huán)信號(hào)采樣的延遲和PWM的小慣性特性，T為電流內(nèi)環(huán)電流采樣周期（即為PWM開關(guān)周期K

PWM

為橋路PWM等效增益，T模擬PWM的小慣性特性。已解耦i電q流內(nèi)環(huán)結(jié)構(gòu)如圖3-5所示。ei

*

1s

KKiIip

0.5Ts

1/R1L/)s

i圖3-5電流內(nèi)環(huán)結(jié)構(gòu)將PI調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)改寫成零極點(diǎn)形式，即

KKiIKiPiPKKiPi

ii

（3-4）將小時(shí)間常合并，得到簡(jiǎn)化后電流環(huán)結(jié)構(gòu)如圖3-6所示。si

*q

K

ip

sii

1/RL)s

i圖3-6電內(nèi)環(huán)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)由此可以按照典型Ⅱ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器從圖得到電流內(nèi)環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)為W(soi

KKiPPWMis2si

(3-5)為了盡量提高電流響應(yīng)的快速性，對(duì)典型Ⅱ型系統(tǒng)而言，可設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)闹蓄lh，i工程上常hT。按照典型Ⅱ型系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)關(guān)系有iisKKhiPiii

(3-6)解得:

KiPKiI

(hL6Li2KTKiPWMsiPTKiPWM

(3-7)22

C4河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)C4三相VSR的電壓環(huán)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)如下圖所示。U

*

K(1s)VVsV

Ts

sC

U

圖3-7三VSR電壓環(huán)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)構(gòu)KT—電壓外環(huán)PI調(diào)節(jié)器參數(shù);v由于電壓外環(huán)的主要控制作用是穩(wěn)定三相VSR流電壓，故其控制系統(tǒng)整定時(shí)，應(yīng)著重考慮電壓環(huán)的抗擾性能。Ⅱ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)恒值給定可以實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差跟蹤，顯然，同樣可按典型Ⅱ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電壓調(diào)節(jié)器，由圖3-7電壓環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)為W(s由此，得電壓環(huán)中頻h為v

K(svvCT(v

(3-8)v

TvTev

(3-9)由典型Ⅱ型系統(tǒng)控制器參數(shù)整定關(guān)系，得KhvvCT2Tvv

(3-10)綜合考慮電壓環(huán)控制系統(tǒng)的抗擾性和跟隨性，h/，計(jì)算出電壓環(huán)節(jié)vev器參數(shù)為)vK5(T)evs3.2相PWM整流參數(shù)的設(shè)

(3-11)在VSR系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，交流側(cè)電感的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。這是因VSR交流側(cè)電感的取值23

LL河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)LL不僅影響到電流環(huán)的動(dòng)、靜態(tài)響應(yīng)，而且還制約VSR輸出功率、功率因數(shù)以及直流電壓。VSR交流側(cè)電感的作用歸結(jié)如下：(1)隔離電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)與VSR交流側(cè)電壓。通過(guò)交流側(cè)電壓幅值、相位的PWM控制，或通過(guò)VSR交流側(cè)電流幅值、相位的PWM控制都可實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行。(2)慮除VSR交流側(cè)PWM諧波電流，從而實(shí)現(xiàn)交流側(cè)正弦波電流或一定頻帶范圍內(nèi)的任意電流波形控制。(3)使VSR獲得良好電流波形的同時(shí)，還可向電網(wǎng)傳輸無(wú)功功率，甚至實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)純電感、純電容運(yùn)行特性。(4)使VSR控制系統(tǒng)獲得了一定的阻尼特性，從而有利于控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。(5)使VSR具有Boost型PWMAC/DC變換性能以及直流側(cè)受控電流源特性?？梢?jiàn)，VSR交流側(cè)電感對(duì)VSR系統(tǒng)的影響和作用是綜合的。以下將從穩(wěn)態(tài)條件下滿足VSR輸出有功(無(wú)功)功率以及電流波形品質(zhì)指標(biāo)兩方面討論交流側(cè)電感的設(shè)計(jì)。1滿足功率指標(biāo)時(shí)電感的設(shè)計(jì)穩(wěn)態(tài)條件下，VSR流側(cè)矢量關(guān)系如圖3-8，圖中忽略了VSR交流側(cè)電阻R,且只討論基波正弦電量。由圖3-8看出：當(dāng)不變，且I一定條件下，通過(guò)控制VSR交流側(cè)電壓V的幅值、相位可實(shí)VSR四象限運(yùn)行量V點(diǎn)軌跡是以V為半徑的圓VI，因此VSR交流側(cè)穩(wěn)態(tài)矢量關(guān)系體現(xiàn)了對(duì)其交流側(cè)電感的約束。E——交流電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)

V——VSR交流側(cè)相電壓I——交流側(cè)相電流

V

L

——交流側(cè)電感電壓β

EV

A

θ

VL

C

αφI

B圖3-8VSR穩(wěn)態(tài)交流側(cè)矢量關(guān)系24

dcLdc222LL2LLLIEIE2mmmmmdcmmmdcm河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)dcLdc222LL2LLLIEIE2mmmmmdcmmmdcm圖3-8中，B、D點(diǎn)為VSR單位功率因數(shù)整流、逆變狀態(tài)運(yùn)行點(diǎn)，A、C點(diǎn)為純電感、純電容特性運(yùn)行點(diǎn)，并且通過(guò)、β坐標(biāo)軸將VSR運(yùn)行狀態(tài)分為四個(gè)運(yùn)行象限。當(dāng)VSR直流側(cè)電V確定后，VSR交流側(cè)電壓最大峰值也得以確定，既：

max

Mv

（3-12）M——PWM相電壓最大利用率為使得四象限運(yùn)行特性，應(yīng)可處于圓軌跡上任一點(diǎn)，為此必須確保VSR能輸出足夠大的V。但由于VMv，因此必須限制VSR交流側(cè)電感，使V足夠小，才能使VSR四象限運(yùn)行，且可以輸出足夠大的交流電流。VSR交流側(cè)功率因數(shù)角φ

用余弦定理得VEEcos

EVV將I代入式（簡(jiǎn)得

（3-13）

2

222

（3-14）求解上式得L

sinEsin

sin2EE22

（3-15）式中Em——電網(wǎng)相電動(dòng)勢(shì)峰值；Im——VSR交流側(cè)相電流基波峰值；Vm——VSR交流側(cè)相電壓基波峰值。由上面可得：VMv將式（3-16）代入（3-15）得

（3-16）L

Esin

E

2

2

2

v

2

dc

2

（3-17）顯然式（3-17）中的分子大于零，所以V

E

（3-18）式（3-18）體現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)VSR四象限運(yùn)行時(shí)直流側(cè)電取值的下限。對(duì)于三相VSR，若采用SPWM控制則M=1/2而采用空間矢量(SVPWM)控制時(shí)，則25

mmmmmadcadcasaavacmmmmmadcadcasaavacM/3。所以，在該仿真系統(tǒng)中有以上的參數(shù)可得：則：

346.4V

（3-19）本文選取直流側(cè)電壓值為：400V。設(shè)三相VSR采用SVPWM控制，且忽略VSR損耗，則EIcos

（3-20）

EIsin

（3-21）M/3式中p——三相VSR交流側(cè)有功功率;q——三相VSR交流側(cè)無(wú)功功率。將式（3-19）代入（3-17）得：L

2

m

cos

m

2

2

2

2

（3-22）L

1*0.141*0.992002223100*

2L0.03052滿足瞬態(tài)電流跟蹤指標(biāo)時(shí)的電感設(shè)計(jì)電感的設(shè)計(jì)還需要考慮滿足VSR瞬態(tài)電流跟蹤指標(biāo)要求，即要快速電流跟蹤，又要抑制諧波電流。以弦波電流控制為例，當(dāng)電流過(guò)零時(shí)，其電流變化率最大，此時(shí)電感應(yīng)足夠小，以滿足快速跟蹤電流要求;另一方面，在正弦波電流峰值處，諧波電流脈動(dòng)最嚴(yán)重，此時(shí)電感應(yīng)足夠大，以滿足抑制諧波電流要求。為進(jìn)一步簡(jiǎn)化分析，以下討論只考慮VSR正弦波電流控制。對(duì)于三相VSR，a相電壓方程：

diRivs(s)]3

（3-23）若忽略VSR交流側(cè)電阻R,且

dc3

()，則上式簡(jiǎn)化為26

11dcsaabc1S2S2dcsadcb21ss1dcmsSdcm1ama11dcsaabc12a211dcsaabc1S2S2dcsadcb21ss1dcmsSdcm1ama11dcsaabc12a2dcsaab2m121Lvmax

s

（3-24）仍考慮三相VSR單位功率因數(shù)正弦波電流控制并討論滿足瞬態(tài)電流跟蹤要求時(shí)的電感設(shè)計(jì)先分析滿足快速電流跟蹤要求時(shí)的電感設(shè)計(jì)慮電流過(guò)零處附近一個(gè)開關(guān)周期Ts中的電流跟蹤瞬態(tài)過(guò)程。穩(wěn)態(tài)條件下，0時(shí)，sevL()T時(shí)，sTvL()若滿足快速電流跟蹤要求，則必須滿足

（3-25）（3-26）T

IIT

（3-27）合式（3-25）到式（3-26）得L

2v3I

（3-28）T時(shí)，將取得最大電流變化率，且

2

（3-29）以下分析抑制諧波電流時(shí)電感得設(shè)計(jì)電流峰值處附近一個(gè)開關(guān)周T中的電流跟蹤瞬態(tài)過(guò)程。穩(wěn)態(tài)條件下，0時(shí)，L

v()3

（3-30）T時(shí)，vv()Tv峰值附近s，所vE)ETmmax

（3-31）（3-32）式中

——最大允許諧波電流脈動(dòng)量。本文選20%*10有上式可得到L的最小值，即：L0.0021因此滿足電流瞬態(tài)跟蹤指標(biāo)時(shí)，三相VSR電感取值范圍為：2.1mH27

（3-33）

d0depRLedeLe河南理工大學(xué)畢d0depRLedeLe這里我們?nèi)=11mH來(lái)進(jìn)行仿真。3.2.2直側(cè)容設(shè)在VSR主電路參數(shù)設(shè)計(jì)中，除交流側(cè)電感參數(shù)設(shè)計(jì)外，另一重要參數(shù)設(shè)計(jì)是V直流側(cè)電容設(shè)計(jì)，VSR直流側(cè)電容主要作用如下:(1)緩沖VSR交流側(cè)與直流負(fù)載間的能量交換，且穩(wěn)定直流側(cè)電壓。(2)抑制直流側(cè)諧波電壓。從滿足電壓環(huán)控制的跟隨性指標(biāo)看，VSR流側(cè)電容應(yīng)盡量小，以確保VSR直流側(cè)電壓的快速跟蹤控制，而從滿足電壓環(huán)控制的抗干擾性指標(biāo)分析，直流側(cè)電容應(yīng)盡量大，以限制負(fù)載擾動(dòng)時(shí)的直流電壓動(dòng)態(tài)降落。從滿足VSR直流電壓的跟隨性指標(biāo)角度設(shè)計(jì)電容并假設(shè)三相從直流電壓穩(wěn)態(tài)最低值躍變到直流電壓額定值的動(dòng)態(tài)過(guò)程三相VSR直流電壓最低值三相交流側(cè)接入電網(wǎng)且功率管不調(diào)制時(shí)，由于功率管中續(xù)流二極管的作用，此時(shí)三VSR相當(dāng)于一個(gè)三相二極管整流器，其整流電壓平均V為式中

V1V——三相VSR網(wǎng)側(cè)線電壓有效值。

（3-34）三相VSR額定直流電壓，是額定直流負(fù)載條件下，VSR直流側(cè)輸出額定功率時(shí)的直流電壓，即

（3-35）式中

——VSR

直流側(cè)額定輸出功率;R——額定直流負(fù)載電阻;V——VSR額定直流電壓。有上面可得：輸出功率P2.7直流側(cè)電壓：V400V計(jì)算可得：RLe仿真系統(tǒng)中我們?nèi)Le當(dāng)三相VSR直流電壓指令階躍給定為額定直流電壓指令值時(shí)若電壓調(diào)節(jié)器采用調(diào)節(jié)器，則在三相際直流電壓未超過(guò)指令值前，電壓調(diào)節(jié)器輸出一直飽和。由于電壓調(diào)節(jié)器輸出表示三相VSR交流側(cè)電流幅值指令，因此若忽略電流內(nèi)環(huán)的慣性，則此時(shí)三相VSR直流側(cè)將以最大電流I對(duì)直流電容及負(fù)載充電，從而使三相直流電壓以最快速度上升V為直流電壓初始值，且

CdIdm028

（3-36）

IIIRIRd0rIIdcIIIRIRd0rIIdcdeLede1rsdcamdcamV并將其代入上式，得1

Lede

（3-37）求解上式得t

1

ln

dm0dmde

（3-38）由跟隨性指標(biāo)，若要求三VSR直流電壓以初始躍變到額定直流電V時(shí)的上升時(shí)間不大t，則

Cln

dmLedm

r

（3-39）由，所以工程上常取VIV將式（3-38）代入（3-39

（3-40）

t0.74R

（3-41）從滿足直流電壓抗干擾性指標(biāo)角度設(shè)計(jì)電容，并假設(shè)是從空載到滿載的擾動(dòng)。則電容下限值滿足其中

4LPC2UEU3為直流最大動(dòng)態(tài)降落。

（3-42）代入上式計(jì)算我們仿真系統(tǒng)中?。篊uF由3.2.1和3.2.2兩節(jié)內(nèi)容，通過(guò)計(jì)算確定仿真系統(tǒng)主回路參數(shù)：R=0.1，L=11mH,uF5029

aoaabobacabaoaabobacabc4三相VSR的空間矢量控4.1三相間矢量PWM控制的本原理20世紀(jì)70～80年代期間，為了對(duì)交流電機(jī)負(fù)載進(jìn)行控制，德國(guó)的Blaschke等人提出了矢量變換控制的方法，將三相交流電機(jī)系統(tǒng)通過(guò)矢量變換，轉(zhuǎn)換至兩相坐標(biāo)系中進(jìn)行控,從而在不高的開關(guān)頻率1～3kHz）條件下,提高了電壓型逆變器的電壓利用率和電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)性能?？臻g矢量（SVPWM控制策略是依據(jù)變流器空間電壓矢量的切換來(lái)控制變流器的一種新穎的控制策略。如果拋開磁場(chǎng)定向控制中所包含的關(guān)于電機(jī)的物理概念，那么這種控制方式實(shí)際上是一種將三相系統(tǒng)的電壓統(tǒng)一考慮并轉(zhuǎn)換至兩相系統(tǒng)中進(jìn)行研究的方法。其實(shí)現(xiàn)方式和電機(jī)模型沒(méi)有本質(zhì)上的聯(lián)系，因此將其移植到三相非電機(jī)負(fù)載可逆整流器的控制中，控制效果不會(huì)受到影響。SVPWM制方式，實(shí)質(zhì)上是一種不同于規(guī)則采樣方式的脈寬調(diào)制波產(chǎn)生方式，其最大特點(diǎn)體現(xiàn)在對(duì)三相系統(tǒng)的統(tǒng)一表達(dá)和控制，以及對(duì)幅值和相位的同時(shí)控制。PWM整流器控制的關(guān)鍵就是確定六個(gè)開關(guān)管的開通狀態(tài)和時(shí)間，其狀態(tài)必須滿足在同一時(shí)間只有三個(gè)開關(guān)管處于導(dǎo)通狀態(tài)，另三個(gè)開關(guān)管處于判斷狀態(tài)；同一橋臂上下兩個(gè)管子處于互補(bǔ)狀態(tài)，避免上下橋臂直通。空間矢量算法就是根據(jù)整流器交流側(cè)所需的V

確定開關(guān)管的工作狀態(tài)。4.2相VSR空間壓矢量分三相空間電壓矢量描述了三相VSR流側(cè)相電壓vv)在復(fù)平面上ab0的空間分布，易得：2

(4-1)vs()(4-2)vs()3(4-3)v()開關(guān)函數(shù)組合代入上面的式子即得到相應(yīng)的三相交流側(cè)電壓值，如30

dcdcdcdcdcdcdcdcdcdcdcdcdcdcdc3aoco河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)dcdcdcdcdcdcdcdcdcdcdcdcdcdcdc3aoco下表所示：表4-1不開關(guān)組合時(shí)的電壓值Sa

Sb

Sc

v

v

v

0

0

0

0000001111

0110011

1010101

/3/3/3vv/0

/3vv/3/3v/30

v/3v3//30分析上表可以得到相VSR不同開關(guān)組合時(shí)的交流側(cè)電壓可以用一個(gè)模為的空間電壓矢量在復(fù)平面上表示出來(lái)：2v

j(k

k1,...,6（4-4）由于三相VSR開關(guān)的有限組合，因而其空間電壓矢量只23

條，如圖（）所示，其中V(0,0,0)、V(1,1,1)由于模為零而稱為“零矢量07顯然，某一開關(guān)組合就對(duì)應(yīng)一條空間矢量，該開關(guān)組合時(shí)的vv即為該空abc間矢量在三軸(a、b、c)上的投影。波壓v、va

b

、

c0

，三即v

a0

b

c

，則可在復(fù)平面內(nèi)定義電壓空間矢量

23

(e

j2

j

)

(4-5)31

VaocoaNbNNoaN河南理工大VaocoaNbNNoaNbV3VV(001)c

ImV2V(000)a0VReV(101)6圖4-1三VSR空間電壓矢量分式（4-5）表明：如vv是角頻率為ω的三相對(duì)稱正弦波電壓，那么矢abc量V既為模為相電壓峰值，且以角頻率ω按逆時(shí)針?lè)较騽蛩傩D(zhuǎn)的空間矢量，而空間矢量V在三相坐標(biāo)軸（a,b,c）上的投影就是對(duì)稱的三相正弦量。實(shí)際上，對(duì)于對(duì)稱的三相VSR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，有

23

(e

j2

j

)2))j/3v)ej23

23

j2e

2/3

(4-6)4.3SVPWM整流器的控制法按照傳統(tǒng)的SVPWM算方法，如圖所，

、

為空間矢量V*

上的坐標(biāo)值，tanV

V。通常情況下，由tan

確V*在空間矢量上的角度，進(jìn)而通過(guò)反正切函數(shù)及正弦函數(shù)求出矢量作用的時(shí)TTDSP進(jìn)行的數(shù)字算法難以用1傳統(tǒng)方法計(jì)算電壓空間矢量的位置和作用時(shí)間，因?yàn)榉凑杏?jì)算復(fù)雜，若采用查表法又會(huì)浪費(fèi)較大的空間。本文采用的是一種電壓空間矢量的簡(jiǎn)單算法，可直接采用參考電壓來(lái)判斷扇區(qū)和作用時(shí)間。32

Rf河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)RfV(110)2V

VT2VT11

VsV

V1

圖4-2V在

坐標(biāo)系的分布根據(jù)空間電壓矢V在坐標(biāo)系（分別為

）的分量，定義3個(gè)參考量、B、C

2

（4-7）定義函數(shù)：

12x0(x)00

（4-8）根據(jù)式NAsignB(C)計(jì)算得到系NV所屬扇區(qū)的關(guān)系如表3.1所示。表4-2與扇區(qū)的對(duì)應(yīng)關(guān)系表N所屬扇區(qū)

3Ⅰ

1Ⅱ

5Ⅲ

4Ⅳ

6Ⅴ

2Ⅵ三相VSR空間電壓矢量共有8條，除2條零矢量外，其6條非零矢量對(duì)稱均勻分布在復(fù)平面上對(duì)于任一給定的空間電壓矢由8條三相VSR空間電壓矢量合成，如圖所示。33

V(111)23212112sinvdc河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)V(111)23212112sinvdcImV(010)ⅡⅢV(011)V(000)0ⅣⅤV

V(110)VVⅠReVV(100)sⅥV(101)圖4-3空電壓矢量分區(qū)及合成2v上圖中，6模為的空間電壓矢量將復(fù)平面均分成六個(gè)扇形區(qū)域I-VI，對(duì)于任一扇形區(qū)域中的電壓矢

均可由該扇形區(qū)兩邊的空間電壓矢量來(lái)合成如V復(fù)平面上勻速旋轉(zhuǎn)就對(duì)應(yīng)得到了三相對(duì)稱的正弦量實(shí)際上由于開關(guān)頻率和矢量組合的限制

的合成矢量只能以某一步進(jìn)速度旋轉(zhuǎn)從而使矢量端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡為一多邊形準(zhǔn)圓軌跡。顯然，PWM開關(guān)頻率越高，多邊形準(zhǔn)圓軌跡就越接近圓。V

在I區(qū)時(shí)，

可VV合成，依據(jù)平行四邊形法則，有TVVT

(4-9)式中

T—VV矢量在一個(gè)開關(guān)周期中的持續(xù)時(shí)間；2T

——PWM開關(guān)周期令零矢量V0.7的持續(xù)時(shí)間T，則VV間的夾角

TT20.7，由正弦定律算得

(4-10TT*23

)

(4-11)又因?yàn)閂│=V│=,則聯(lián)立上面兩式子，易得134

svI河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)πsvITγ)TmTλsTTT式中m——SVPWM調(diào)制系數(shù)，并且mV*

(4-12)(4-13)對(duì)于零矢量的選擇要考應(yīng)使開關(guān)狀態(tài)變化盡可能少降低開關(guān)損耗。7在一個(gè)開關(guān)周期中，令零矢量插入時(shí)間T，若其中插的時(shí)間T=kT，則插V的時(shí)間則T=（kT,其中0≤k<1。70.7實(shí)際上，對(duì)于三相VSR某一給定的電壓空間矢V下討論均考VVSR空間矢量區(qū)域的合成。

，常有以下幾種合成方法，以方法一：該方法將零矢均勻地分布在V*矢量的起、終點(diǎn)上，然后依次VV按三角形方法合成，如（a）所示另外再?gòu)脑摵铣煞ǖ拈_關(guān)函數(shù)波形上(見(jiàn)圖4-4（b)分析，一個(gè)開關(guān)周期中，VSR上橋臂功率管共開關(guān)次，由于開關(guān)函數(shù)波形不對(duì)稱，因此PWM諧波分量主要集中在開關(guān)頻率f以2上。

V

*TT

V

TT

V

VR

e

/2

/2（）

V

*

合成

(b)開函數(shù)波形圖4-4合方法一35

I0、212107河南理工大I0、212107方法二：m

S(110)S

*S

e

/2

/

TT

T//2(a)V*合

(b)開關(guān)函數(shù)波形圖