安徽理工大學(xué) 賈淼淼

三相PWM整流器雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真研究

安徽理工大學(xué) 賈淼淼

介紹了三相PWM整流器在三相靜止坐標(biāo)系和d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中簡(jiǎn)易數(shù)學(xué)模型，建立電流內(nèi)環(huán)和電壓外環(huán)雙閉環(huán)PWM整流器簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型。由MATLAB建立系統(tǒng)進(jìn)行仿真，實(shí)現(xiàn)直流側(cè)電壓穩(wěn)定輸出，分析了整流器中參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響。

PWM整流器；PI調(diào)節(jié)；閉環(huán)控制；MATLAB仿真

1. 引言

三相電壓型PWM整流器能將交流電轉(zhuǎn)穩(wěn)定直流電壓，實(shí)現(xiàn)能量雙向流動(dòng)，應(yīng)用廣泛。本文根據(jù)坐標(biāo)變換建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，采用解耦控制和PI調(diào)節(jié)。經(jīng)MATLAB仿真，得到了較好的結(jié)果，對(duì)相關(guān)參數(shù)對(duì)整流器的影響進(jìn)行了仿真分析。

2. 三相PWM整流器數(shù)學(xué)模型

三相電壓型PWM整流器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 三相PWM整流器主電路結(jié)構(gòu)

2.1 基于（a,b,c）靜止坐標(biāo)數(shù)學(xué)模型

由基爾霍夫定律和三相對(duì)稱負(fù)載得整流器在(a,b,c)中數(shù)學(xué)模型：

2.2 基于d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的數(shù)學(xué)模型

將(a,b,c)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，將變換矩陣代入式(1)，得在d-q中數(shù)學(xué)模型：

3. 雙閉環(huán)控制

圖2 電流內(nèi)環(huán)簡(jiǎn)化框

圖3 電壓外環(huán)簡(jiǎn)化框圖

其中TS為采樣周期；KPWM為整流器的等效增益。

4. 仿真分析

通過MATLAB搭建雙閉環(huán)PWM整流器仿真模型，結(jié)果如圖4所示。整流時(shí)輸出電壓0.07s后穩(wěn)定為600V，交流側(cè)電壓、電流同相，電流有功分量28A，無功分量0A。在電路直流側(cè)加入1000V直流電模擬逆變過程，輸出電壓0.05s后穩(wěn)定在600V，交流側(cè)電壓、電流反相，實(shí)現(xiàn)能量雙向流動(dòng)，電流有功分量-15A，無功分量0A。從圖4看出該系統(tǒng)可以穩(wěn)定輸出電壓，實(shí)現(xiàn)能量雙向流通，但交流側(cè)電流不夠平滑，存在諧波，分析系統(tǒng)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響。

圖4 整流、逆變仿真結(jié)果

經(jīng)過仿真得出：電感對(duì)直流側(cè)輸出電壓和交流側(cè)電流都有影響。電感增大，交流側(cè)電流變得更加平滑，但系統(tǒng)調(diào)整時(shí)間變長(zhǎng)，直流側(cè)輸出電壓穩(wěn)定性下降，經(jīng)放大發(fā)現(xiàn)電感過大時(shí)輸出電壓紋波比較嚴(yán)重，交流側(cè)的電流分量也波動(dòng)很大。通過仿真看出電容對(duì)交流側(cè)電流影響較小，因此只分析電容對(duì)直流側(cè)輸出電壓影響。隨著電容值增大，調(diào)整時(shí)間也相應(yīng)增大，但輸出電壓紋波減小。電流環(huán)中Kp增加，超調(diào)量減小，調(diào)整時(shí)間增大；Ki增大時(shí)，超調(diào)量增加，調(diào)整時(shí)間縮短；電壓環(huán)中Kp增大，超調(diào)量先減小后增大，但變化不大，調(diào)整時(shí)間明顯減少；Ki增大，超調(diào)量增大，且Ki過大會(huì)引起振蕩，不能穩(wěn)定輸出，因此雙閉環(huán)中參數(shù)值設(shè)定要相互協(xié)調(diào)，根據(jù)要求取合適的參數(shù)。參數(shù)調(diào)整后輸出電壓超調(diào)量較小，能更快的穩(wěn)定輸出電壓。

5. 結(jié)束語

三相電壓型PWM整流器可穩(wěn)定輸出直流電壓，實(shí)現(xiàn)能量雙向流動(dòng)。本文建立了簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型，通過MATLAB搭建三相電壓型PWM整流器雙閉環(huán)系統(tǒng)，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，驗(yàn)證了其正確性。在仿真過程中可改變

系統(tǒng)中相關(guān)參數(shù)，能直觀地觀察到仿真結(jié)果隨參數(shù)的變化情況，進(jìn)行參數(shù)調(diào)整之后的系統(tǒng)輸出穩(wěn)定，跟隨性強(qiáng)，響應(yīng)時(shí)間更短，為實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)具體要求進(jìn)行參數(shù)設(shè)定提供了依據(jù)。

[1]王兆安,劉進(jìn)軍.電力電子技術(shù)(第5版)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

[2]孫美玲,王鵬彰,周煒.三相電壓型PWM整流電路的控制與實(shí)驗(yàn)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2016(10):122-124+126.

[3]張曉峻.三相大功率PWM整流器系統(tǒng)的研究[D].哈爾濱工程大學(xué),2010.

[4]曹世華.三相電壓型空間矢量PWM整流器的研究[D].西安理工大學(xué),2008.