亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的三相四開關(guān)整流器控制及調(diào)制方法研究

        2022-11-02 03:06:20范乾烜張志李義云李世康任斌
        關(guān)鍵詞:整流器三相矢量

        范乾烜 張志* 李義云 李世康 任斌

        (1. 東莞理工學(xué)院 電子工程與智能化學(xué)院,廣東東莞 523808;2. 深圳大學(xué) 機(jī)電與控制工程學(xué)院,廣東深圳 518061)

        三相兩電平PWM整流器由于能量能雙向流動(dòng)、輸入功率因數(shù)可調(diào)和網(wǎng)側(cè)電流正弦化等優(yōu)點(diǎn),目前在新能源并網(wǎng)發(fā)電、交流傳動(dòng)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[1-3]。相對(duì)于傳統(tǒng)三相兩電平六開關(guān)整流器,三相四開關(guān)整流器拓?fù)渚哂泄β势骷?、成本低、裝置體積小和開關(guān)損耗低等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)又可作為三相六開關(guān)整流器故障時(shí)的容錯(cuò)拓?fù)?,近年來成為研究熱點(diǎn)。

        對(duì)三相四開關(guān)整流器的研究,主要集中在調(diào)制方法和波形控制兩方面[4-20]。文獻(xiàn)[4]將三相四開關(guān)拓?fù)溆糜陔姍C(jī)調(diào)速場合,提出一種四區(qū)間七段式SVPWM方法,得到了較好的輸出電流波形,但未考慮直流側(cè)兩電容電壓波動(dòng)對(duì)輸出波形的影響。文獻(xiàn)[10]針對(duì)直流側(cè)電容電壓波動(dòng)的問題,提出了一種自適應(yīng)SVPWM方法,使得輸出電壓和電流不平衡的問題得到較好的改善。文獻(xiàn)[11]通過選取不同的零矢量開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行組合,得到幾種不同的SVPWM方法。目前也有一些文獻(xiàn)對(duì)三相四開關(guān)整流器控制方法展開研究[16-19]。文獻(xiàn)[16]提出一種無電流傳感器的控制策略,實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)情況下較好的控制效果,保證了交流側(cè)單位功率因數(shù)校正和輸入側(cè)電流正弦化,但未考慮負(fù)載變化等動(dòng)態(tài)工況時(shí)的控制效果。文獻(xiàn)[17]建立dq坐標(biāo)系下的整流器數(shù)學(xué)模型,采用了輸入輸出線性化和比例積分的控制方法,實(shí)現(xiàn)了輸入側(cè)功率因數(shù)可調(diào)和電流正弦化的目的,但文章只是簡單將三相六開關(guān)整流器的數(shù)學(xué)模型及控制方法推廣應(yīng)用到三相四開關(guān)整流器拓?fù)渲?,未能?duì)其調(diào)制方法及直流側(cè)電容中點(diǎn)的波動(dòng)等問題進(jìn)行深入分析。此外,模型預(yù)測控制方法也被用于TPFSR電流波形控制[18-19],輸入電流波形的靜動(dòng)態(tài)性能得到改善,但實(shí)現(xiàn)方法較為復(fù)雜。

        綜上,目前對(duì)三相四開關(guān)整流器調(diào)制方法的研究大多基于四區(qū)間SVPWM方法,通過獲取直流側(cè)兩電容電壓和選取不同的零矢量選取得到不同的調(diào)制方式。對(duì)三相四開關(guān)整流器控制方法的研究建立在直流側(cè)兩電容電壓相等的理想數(shù)學(xué)模型,未深入考慮直流側(cè)電容電壓波動(dòng)對(duì)輸出電壓和電流波形的影響。本文首先分別建立αβ和dq坐標(biāo)下TPFSR的精確數(shù)學(xué)模型,并對(duì)直流側(cè)電容電壓波動(dòng)及抑制進(jìn)行深入研究,在dq坐標(biāo)系下提出在故障重構(gòu)橋臂采用電流參考值上疊加兩電容電壓偏移直流分量的方法,實(shí)現(xiàn)兩電容電壓平衡。為了簡化計(jì)算,同時(shí)提出一種簡化的空間矢量脈寬調(diào)制方法和一種載波調(diào)制方法,并從數(shù)學(xué)表達(dá)式上證明了兩種方法的一致性。最后通過設(shè)計(jì)電壓電流雙閉環(huán)的控制器,實(shí)現(xiàn)三相四開關(guān)整流器直流側(cè)電壓恒定、網(wǎng)側(cè)電流正弦和單位功率因數(shù)的目標(biāo)。

        1 三相四開關(guān)整流器數(shù)學(xué)模型

        三相四開關(guān)整流器主電路如圖1所示。采用4個(gè)功率開關(guān)器件(如Sb1~Sb2)來構(gòu)成兩組對(duì)稱的橋臂。直流側(cè)兩個(gè)電容C1和C2容值均為C,電壓分別為udc1和udc2,流過電容上的電流分別為iC1和iC2。輸入側(cè)為三相對(duì)稱理想電壓源,B,C相通過電感L接到B和C橋臂,R為電感L等效電阻。定義開關(guān)變量Sb和Sc代表各相橋臂的輸出狀態(tài),Sb=1表示B相橋臂上管導(dǎo)通,下管關(guān)斷。Sb=0表示B相橋臂上管關(guān)斷,下管導(dǎo)通;C橋臂與B橋臂類似。

        圖1 三相四開關(guān)整流器主電路圖

        根據(jù)基爾霍夫電壓和電流定律,可以得到

        (1)

        (2)

        其中,VAN,VBN和VCN為橋臂輸出電壓,其表達(dá)式如下:

        (3)

        由于三相電壓和三相電流之和為零,由式(1)和式(2)可以得到

        (4)

        結(jié)合式(1)、式(2)和式(3),可以得到TPFSR狀態(tài)空間模型為

        (5)

        (6)

        其中,db,dc為B和C相開關(guān)占空比,且0≤db≤1,0≤dc≤1; 由式(6)可得到直流側(cè)兩電容電壓之和與兩電容的差值的表達(dá)式如下:

        (7)

        (8)

        其中udc=udc1+udc2。由式(8)可知,兩電容電壓差值與A相電流有關(guān),若直流側(cè)兩電容電壓不相等,則可以采用A相疊加電容電壓偏移直流分量的方式,具體表達(dá)式如式(9)所示:

        (9)

        其中,udc2(0)和udc1(0)分別表示為直流側(cè)兩電容電壓的初始值。

        1.1 αβ靜止坐標(biāo)系下數(shù)學(xué)模型

        通過式(10)所示的Clark變換,則基于αβ靜止坐標(biāo)系下TPFSR的數(shù)學(xué)模型可以表示為式(11)所示。

        (10)

        (11)

        (12)

        直流側(cè)電容電壓之和與兩電容的差值可以表示為

        (13)

        (14)

        1.2 dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下數(shù)學(xué)模型

        通過式(15)所示的Park變換,則基于dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下TPFSR的數(shù)學(xué)模型可以表示為式(16)所示

        (15)

        (16)

        則dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下橋臂側(cè)輸出電壓VdN和VqN可以表示為

        (17)

        直流側(cè)電容電壓之和與兩電容的差值可以表示為

        (18)

        (19)

        本節(jié)考慮了直流側(cè)電容電壓不相等這一固有現(xiàn)象,建立了兩種坐標(biāo)系下TPFSR的精確數(shù)學(xué)模型。由式(14)和式(19)可知,兩電容差值在αβ靜止坐標(biāo)系下與電流iα有關(guān),而在dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下與電流id,id和旋轉(zhuǎn)角度θ有關(guān)。下一節(jié)將利用這一數(shù)學(xué)關(guān)系,實(shí)現(xiàn)對(duì)直流側(cè)兩電容電壓均壓控制,對(duì)TPFSR調(diào)制方法展開研究。

        2 調(diào)制算法研究

        目前已有不少文獻(xiàn)對(duì)TPFSR的調(diào)制方法展開了研究[10-15],由于四開關(guān)整流器只有四種開關(guān)狀態(tài),可以通過選取不同的零矢量得到不同的調(diào)制方法。

        2.1 簡化SVPWM調(diào)制算法

        本節(jié)提出一種簡化的SVPWM方法,圖2為兩電容電壓不相等時(shí)TPFSR的空間矢量圖,不同開關(guān)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的電壓表達(dá)式如表1所示。圖2(a)為傳統(tǒng)四區(qū)間方法得到的空間矢量圖,本文提出的一種簡化的SVPWM方法,如圖2(b)所示。根據(jù)uβ是否大于零,可以將矢量圖劃分為兩個(gè)區(qū)間,其開關(guān)時(shí)序圖如圖3所示。當(dāng)參考矢量位于區(qū)間Ⅰ時(shí),矢量作用順序?yàn)閂1(00)→V2(10)→V3(11)→V2(10)→V1(00);根據(jù)伏秒平衡原理,如式(20)所示

        (20)

        可得參考電壓矢量位于區(qū)間Ⅰ時(shí)輸出電壓矢量作用的時(shí)間。

        表1 電壓矢量表

        圖2 三相四開關(guān)整流器空間矢量圖

        圖3 三相四開關(guān)整流器矢量時(shí)序圖

        (21)

        由式(21)和圖3可以得到橋臂B和C開關(guān)管Sb1和Sc1占空比為

        (22)

        當(dāng)參考矢量位于區(qū)間Ⅱ時(shí),矢量作用順序?yàn)閂1(00) →V4(01) →V3(11) →V4(01) →V1(00);根據(jù)伏秒平衡原理,即式(23)所示

        (23)

        可得參考電壓矢量位于區(qū)間Ⅱ時(shí)輸出電壓矢量作用的時(shí)間

        (24)

        由式(24)和圖3可以得到橋臂B和C開關(guān)管Sb1和Sc1占空比為

        (25)

        由式(22)和(25)可以得到,當(dāng)參考矢量位于區(qū)間Ⅰ和區(qū)間Ⅱ時(shí),開關(guān)管Sb1和Sc1具有相同的占空比表達(dá)式,如表2所示。

        表2 簡化的空間矢量電壓方法

        2.2 SPWM調(diào)制算法

        正弦載波調(diào)制方法具有實(shí)現(xiàn)方式簡單,不需要復(fù)雜運(yùn)算等優(yōu)點(diǎn),得到了廣泛關(guān)注。式(26)將橋臂側(cè)輸出電壓轉(zhuǎn)換到αβ靜止坐標(biāo)系。

        (26)

        由式(26)可以得到

        (27)

        同時(shí)根據(jù)圖4所示,uα和uβ可以表示為

        圖4 參考電壓矢量投影圖

        (28)

        其中,|ur|為參考矢量模長,θ為參考電壓矢量與α軸之間的夾角。則式(27)進(jìn)一步可以轉(zhuǎn)換為

        (29)

        橋臂B到電容中點(diǎn)A(O),相當(dāng)于半橋電路,其調(diào)制波的表達(dá)式為式(30)所示。同理可以得到橋臂C調(diào)制波的表達(dá)式

        (30)

        其中,uBm和uBm分別為表示橋臂B,C的調(diào)制波。由式(30)可以得到開關(guān)管Sb1和Sc1占空比為式(31)

        (31)

        比較式(31)和式(25)可以發(fā)現(xiàn)兩者具有相同的數(shù)學(xué)表達(dá)式,從而兩種調(diào)制方法本質(zhì)上是一致的,并且SPWM調(diào)制方法不需要進(jìn)行區(qū)間判斷,更適合數(shù)字實(shí)現(xiàn)。同時(shí)由式(29)可知,采用SPWM方法,兩路調(diào)制波相位相差60°。

        3 控制方法

        由前面建立的三相四開關(guān)整流器精確的數(shù)學(xué)模型可知,可以分別基于αβ靜止坐標(biāo)系或dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)。由于αβ靜止坐標(biāo)系下電壓電流信號(hào)為交流信號(hào),采用傳統(tǒng)基于PI調(diào)節(jié)器不能實(shí)現(xiàn)對(duì)參考信號(hào)的無靜差跟蹤,而dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下電壓電流參考信號(hào)為直流信號(hào),采用傳統(tǒng)基于PI調(diào)節(jié)器能實(shí)現(xiàn)對(duì)參考信號(hào)的無靜差跟蹤,為了使得控制簡單,本節(jié)將采用dq坐標(biāo)系下電壓電流雙閉環(huán)進(jìn)行控制器的設(shè)計(jì),控制框圖如圖5所示。

        圖5 三相四開關(guān)整流器控制框圖

        3.1 電流環(huán)、電壓環(huán)

        電流內(nèi)環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖如圖6所示,以d軸為例,忽略電壓擾動(dòng)量ed,可以得到電流id內(nèi)環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)為

        圖6 電流內(nèi)環(huán)控制結(jié)構(gòu)

        (32)

        表3 系統(tǒng)及控制參數(shù)

        為了獲得較快的電流跟隨性能,按照典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器[1],圖7為系統(tǒng)電流環(huán)的伯德圖。

        圖7 電流環(huán)伯德圖

        圖8 電壓外環(huán)控制結(jié)構(gòu)

        圖9 電壓環(huán)伯德圖

        為了獲得穩(wěn)定的直流側(cè)電壓,電壓外環(huán)可以按照典型II型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電壓調(diào)節(jié)器,圖8為電壓外環(huán)控制結(jié)構(gòu),不考慮負(fù)載電流iL擾動(dòng)。電壓環(huán)的伯德圖如圖9所示,系統(tǒng)的截止頻率為30 Hz。

        3.2 電容電壓平衡控制

        為了使得直流側(cè)兩電容電壓相等,在系統(tǒng)控制環(huán)路增加了電容電壓平衡控制環(huán)路。由前面理論分析可知,dq坐標(biāo)系下直流側(cè)兩電容電壓差值與電流id,iq和旋轉(zhuǎn)角度θ有關(guān),根據(jù)式(19),將直流側(cè)兩電容電壓差值引入到電流控制環(huán)路,如圖5所示。

        4 仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果

        為了驗(yàn)證所提出的TPFSR的調(diào)制和控制方法的正確性和有效性,進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。系統(tǒng)參數(shù)如表3所示,實(shí)驗(yàn)采用數(shù)字信號(hào)處理器TMS320F28035為主控芯片,功率管采用IGBT,型號(hào)為FGA25N120,仿真參數(shù)與實(shí)驗(yàn)參數(shù)一致。

        圖10為帶滿載3 kW,輸入電壓和輸入電流穩(wěn)態(tài)時(shí)的仿真和實(shí)驗(yàn)波形,由圖10可知,電流波形正弦度較好,且電壓電流同相位,輸入側(cè)保證單位功率因數(shù)。

        圖10 輸入電壓和輸入電流波形

        圖11為滿載時(shí),直流側(cè)兩電容電壓穩(wěn)定在350 V。由于A相電感直接連接兩電容中點(diǎn),分別對(duì)直流側(cè)兩電容進(jìn)行充電和放電,因此兩電容電壓含有基波頻率的交流分量。

        圖12為負(fù)載功率從1 kW突變到3 kW時(shí),直流母線電壓和輸入電壓電流波形,由圖可知,系統(tǒng)具有較好的動(dòng)態(tài)性能,直流側(cè)兩電容電壓平衡度較好。綜上所述,采用本文所提的控制和調(diào)制方法,TPFSR表現(xiàn)出較好的靜動(dòng)態(tài)性能。

        圖11 輸入電流和直流電壓波形

        圖13 輸入電流和直流電壓暫態(tài)波形

        5 結(jié)語

        建立了TPFSR的精確數(shù)學(xué)模型,提出了一種簡化的空間矢量脈寬調(diào)制和載波調(diào)制方法,并對(duì)兩種調(diào)制方法本質(zhì)上的一致性進(jìn)行了詳細(xì)的理論推導(dǎo)。提出了采用將直流側(cè)電容電壓偏移值引入到故障橋臂電流內(nèi)環(huán)控制中,實(shí)現(xiàn)了直流側(cè)兩電容電壓的平衡控制。同時(shí)采用同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下電壓電流雙閉環(huán)控制方法,實(shí)現(xiàn)輸出直流電壓恒定和網(wǎng)側(cè)電流波形正弦化的控制。最后搭建了仿真和實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對(duì)所提的調(diào)制和控制方法進(jìn)行了驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,系統(tǒng)具有很好的靜動(dòng)態(tài)性能,所提的調(diào)制和控制方法具有實(shí)現(xiàn)簡單和易于數(shù)字編程實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。

        猜你喜歡
        整流器三相矢量
        矢量三角形法的應(yīng)用
        三電平PWM整流器下的地鐵牽引供電系統(tǒng)探討
        三相異步電動(dòng)機(jī)保護(hù)電路在停車器控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
        基于矢量最優(yōu)估計(jì)的穩(wěn)健測向方法
        三相電壓型PWM 整流器研究
        三角形法則在動(dòng)態(tài)平衡問題中的應(yīng)用
        PWM整流器啟動(dòng)瞬時(shí)電流過沖抑制策略
        兩級(jí)式LCL型三相光伏并網(wǎng)逆變器的研究
        三相PWM整流器解耦與非解耦控制的對(duì)比
        基于DSP和FFT的三相無功功率測量
        人妻少妇中文字幕在线观看| 国产美熟女乱又伦av果冻传媒| 日韩中文字幕精品免费一区| 中文字幕丰满人妻被公强| 不卡的高清av一区二区三区| 色偷偷偷久久伊人大杳蕉| 在线综合网| 国产丝袜美腿诱惑在线观看| 中文字幕在线看精品乱码| 国产日产综合| 欧美在线专区| 中文天堂一区二区三区| 午夜被窝精品国产亚洲av香蕉| 亚洲国产成人精品无码区二本 | 男人的天堂av网站| 国产剧情av麻豆香蕉精品| 91精品国产闺蜜国产在线| 国产内射一级一片高清内射视频 | 亚洲av国产精品色午夜洪2 | 国产精品三级av一区二区| 色播视频在线观看麻豆| 丰满多毛的大隂户毛茸茸 | 少妇性饥渴无码a区免费| 国产又黄又爽视频| 亚洲女同av一区二区在线观看| 亚洲综合国产成人丁香五月激情 | 免费视频成人 国产精品网站| 91精品人妻一区二区三区水蜜桃| 日本一本之道高清不卡免费| 91日本精品国产免| 成人精品国产亚洲av久久| 蜜桃视频免费进入观看| 一本加勒比hezyo无码人妻| 国产在线欧美日韩精品一区二区| 亚洲国产精品久久久婷婷| 国产二级一片内射视频播放| 欧美日韩电影一区| 蜜臀av一区二区三区精品| 国产大屁股视频免费区| 欧美 国产 日产 韩国 在线| 水蜜桃一二二视频在线观看免费|