河南理工大学毕业设计
流内环信号采样的延迟和PWM的小惯性特性，取Ts为电流内环电流采样周期（即为PWM开关周期），KPWM为桥路PWM等效增益，0.5Ts模拟PWM的小惯性特性。已解耦的iq电流内环结构如图3-5所示。
eq*iq??1Tss?1Kip?KiIs?KPWM0.5Tss?1??1/R1?(L/R)siq
图3-5 电流内环结构 将PI调节器传递函数改写成零极点形式，即
KiI?is?1?K??KiP?iPs?is? （3-4） ?K?K?iPiI??i ?将小时间常数0.5Ts、Ts合并，得到简化后电流环结构如图3-6所示。
eqi*q??Kip?is?1?is?KPWM1.5Tss?1??1/R1?(L/R)siq
图3-6 电流内环简化结构
由此可以按照典型Ⅱ型系统设计电流内环调节器，从图3-6得到电流内环开环传递函数为
Woi(s)?KiPKPWM?is?1 (3-5) 2?iLs(1.5Tss?1) 为了尽量提高电流响应的快速性，对典型Ⅱ型系统而言，可设计适当的中频宽hi，工程上常取hi??i/1.5Ts?5。按照典型Ⅱ型系统参数设计关系有 解得:
KiPKPWMhi?1??iL2?i2 (3-6)
(hi?1)L6L?K??iP?2?iKPWM15TsKPWM? ? (3-7)
KiP6L?KiI????112.5Ts2KPWMi?
22
河南理工大学毕业设计
3.2.2 电压外环控制系统设计
三相VSR的电压环简化结构如下图所示。
*?Udc?KV(1?TVs)TVs0.75Tevs?11sCUdc
图3-7三相VSR电压环简化结构结构
Kv，Tv—电压外环PI调节器参数;
由于电压外环的主要控制作用是稳定三相VSR直流电压，故其控制系统整定时，应着重考虑电压环的抗扰性能。Ⅱ型系统设计对恒值给定可以实现无静差跟踪，显然，同样可按典型Ⅱ型系统设计电压调节器，由图3-7得电压环开环传递函数为 Wov(s)?由此，得电压环中频宽hv为 hv?0.75Kv(Tvs?1) (3-8) 2CTvs(Tevs?1)Tv (3-9) Tev由典型Ⅱ型系统控制器参数整定关系，得
0.75Kvhv?1?22 (3-10) CTv2hvTev综合考虑电压环控制系统的抗扰性和跟随性，取hv?Tv/Tev?5，计算出电压环PI调节器参数为
?Tv?5Tev?5(?v?3Ts)?4C4C ? (3-11) Kv???5Tev5(?v?3Ts)?3.2三相PWM整流器参数的设计
3.2.1 交流侧电感的设计
在VSR系统设计中，交流侧电感的设计至关重要。这是因为VSR交流侧电感的取值
23
河南理工大学毕业设计
不仅影响到电流环的动、静态响应，而且还制约着VSR输出功率、功率因数以及直流电压。VSR交流侧电感的作用归结如下：
(1)隔离电网电动势与VSR交流侧电压。通过VSR交流侧电压幅值、相位的PWM控制，或通过VSR交流侧电流幅值、相位的PWM控制都可实现VSR四象限运行。
(2)虑除VSR交流侧PWM谐波电流，从而实现VSR交流侧正弦波电流或一定频带范围内的任意电流波形控制。
(3)使VSR获得良好电流波形的同时，还可向电网传输无功功率，甚至实现网侧纯电感、纯电容运行特性。
(4)使VSR控制系统获得了一定的阻尼特性，从而有利于控制系统的稳定运行。 (5)使VSR具有Boost型PWM AC/DC 变换性能以及直流侧受控电流源特性。 可见，VSR交流侧电感对VSR系统的影响和作用是综合的。以下将从稳态条件下满足VSR输出有功(无功)功率以及电流波形品质指标两方面讨论VSR交流侧电感的设计。
1 满足功率指标时电感的设计
稳态条件下，VSR交流侧矢量关系如图3-8，图中忽略了VSR交流侧电阻R,且只讨论基波正弦电量。
由图3-8看出：当E不变，且I一定条件下，通过控制VSR交流侧电压V的幅值、相位，即可实现VSR四象限运行，且矢量V端点轨迹是以VL为半径的圆。由于VL??LI，因此VSR交流侧稳态矢量关系体现了对其交流侧电感L的约束。
E——交流电网电动势
βDV——VSR交流侧相电压
VL——交流侧电感电压
I——交流侧相电流
VAEθφIBVLCα
图3-8 VSR稳态交流侧矢量关系
24
河南理工大学毕业设计
图3-8中，B、D点为VSR单位功率因数整流、逆变状态运行点，A、C点为VSR纯电感、纯电容特性运行点，并且通过α、β坐标轴将VSR运行状态分为四个运行象限。当VSR直流侧电压Vdc确定后，VSR交流侧电压最大峰值也得以确定，既：
Vmax ?Mvdc （3-12）
M——PWM相电压最大利用率
为使VSR获得四象限运行特性，F点应可处于圆轨迹上任一点，为此必须确保VSR能输出足够大的V。但由于V?Mvdc，因此必须限制VSR交流侧电感，使VL足够小，才能使VSR四象限运行，且可以输出足够大的交流电流。
VSR交流侧功率因数角φ，??90???，利用余弦定理得
s V?E?VL?2EVLco?222 ?E?VL?2EVLsin? （3-13）
22将VL??LI代入式（3-13），化简得
??L2I?2EIsin??E?V? 0 （3-14）
222求解上式得
L?Esin??E2s2in??V2?E2??
2Emsin??Emsi2n??Vm2?Em2 ? （3-15）
?Im式中 Em——电网相电动势峰值；
Im——VSR交流侧相电流基波峰值； Vm——VSR交流侧相电压基波峰值。
由上面可得：
Vm?Mv d c （3-16）将式（3-16）代入（3-15）得
22Emsin??Emsi2n??M2v2dc?Em L? （3-17）
?Im显然式（3-17）中的分子大于零，所以
Em Vdc? （3-18）
M式（3-18）体现了实现VSR四象限运行时直流侧电压Vdc取值的下限。
对于三相VSR，若采用SPWM控制则M=1/2，而采用空间矢量(SVPWM) 控制时，则
25
河南理工大学毕业设计
M?3/3。 所以，在该仿真系统中有以上的参数可得：
Vdc?
200 （3-19） 33
则： Vdc?346.V4 本文选取直流侧电压值为：400V。
设三相VSR采用SVPWM控制，且忽略VSR损耗，则
3 p?EmImcos ? （3-20）
23 q?EmImsi? （3-21） n
2
M?3/3
式中 p——三相VSR交流侧有功功率;
q——三相VSR交流侧无功功率。 将式（3-19）代入（3-17）得：
1E2msin?cos??Emcos?Em2sin2??V2dc?Em23 （3-22） L?2p?12002*0.141*0.99?200*0.992002*(0.141)2?*3802?20023L?
100*?*3000
L?0.0305H
2 满足瞬态电流跟踪指标时的电感设计
电感的设计还需要考虑满足VSR瞬态电流跟踪指标要求，即要快速电流跟踪，又要
抑制谐波电流。以VSR正弦波电流控制为例，当电流过零时，其电流变化率最大，此时电感应足够小，以满足快速跟踪电流要求;另一方面，在正弦波电流峰值处，谐波电流脉动最严重，此时电感应足够大，以满足抑制谐波电流要求。为进一步简化分析，以下讨论只考虑VSR正弦波电流控制。
对于三相VSR，a相电压方程：
diavdc?Ria?ea?[vdcsa?(sa?sb?sc)] （3-23） Ldt3vdc若忽略VSR交流侧电阻R,且令vsa?ea?(sa?sb?sc)，则上式简化为
3
26
百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库毕业设计-三相电压型PWM整流器的研究(6)在线全文阅读。
相关推荐：