基于矢量控制的雙pwm調速系統(tǒng)仿真分析
代同振， 王明渝， 吳喜紅，鄧威
（重慶大學輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術國家重點實驗室，重慶400044）
摘要：針對傳統(tǒng)變頻器采用二極管整流供電的不足，用脈寬調制( pwm)整流器取而代之，構成雙pwm調速系統(tǒng)。在pwm整流器和異步電機數學模型的基礎上，分別設計了相應的解耦矢量控制系統(tǒng)，進而搭建了雙pwm調速系統(tǒng)的simulink仿真模型。仿真結果表明，該系統(tǒng)具有良好的動、靜態(tài)性能，并且實現了嘲側單位功率因數及能量的雙向流動，從而驗證了矢量控制系統(tǒng)設計的有效性。
關鍵詞：雙脈寬調制i矢量控制；單位功率因數
中圈分類號：tm 301.2文獻標識碼：a文章編號：1673-6540(2010)04-0049-05
o 引 言
采用二極管不可控整流的傳統(tǒng)通用變頻器，在工業(yè)領域得到廣泛應用，但其也存在網側電流諧波含量大、功率因數低，能量傳輸不可逆等不足。由全控器件組成的脈寬調制( pwm)整流電路，通過適當的控制，可以使網側電流正弦化、實現單位功率因數，直流電壓恒定可控，甚至能量雙向流動，真正實現綠色電能轉換，從而彌補了傳統(tǒng)二極管整流的不足。經過幾十年的研究和發(fā)展，其拓撲及控制技術已日趨成熟，并已經應用于有源濾波器、超導儲能及高壓直流輸電控制等多個方面。
將pwm整流器作為異步電機矢量控制系統(tǒng)的供電前端，即構成雙pwm系統(tǒng)，其結構框圖如圖1所示。本文首先針對pwm整流器和異步電機同步旋轉坐標系下數學模型中存在的耦合，引入了前饋解耦單元，進而分別設計了空間矢量脈寬調制( svpwm)的電壓、電流雙閉環(huán)pwm整流器矢量控制系統(tǒng)和基于轉予磁場定向的異步電機矢量控制系統(tǒng)；在此基礎上，構建雙pwm調速系統(tǒng)的simulink模型，對矢量控制系統(tǒng)的有效性進行仿真驗證，并詳細分析了系統(tǒng)運行中的幾個重要過程。
1 pwm整流器
1.1pwm整流器的數學模型
三相電壓型pwm整流器拓撲結構如圖l左半部分所示，l為交流側濾波電感，電阻r為表征濾波電感工串聯(lián)等效電阻和功率開關管損耗的總電阻，c為直流側濾波電容，ea、eb、ec為三相平衡的電網相電壓，設為：
可以得到三相pwm整流器在三相靜止坐標系下的數學模型為：
上述數學模型中，ea、eb、ec和ia、ib、ic之間存在耦合，為了更加清晰地了解各個變量之間的關系，利用坐標變換理論，將三相靜止坐標系下的數學模型變換到二相同步旋轉( d-g)坐標系下，其中d軸與電網三相相電壓合成矢量同向，并以角速度m逆時針旋轉。二相同步旋轉坐標系下的數學模型為：
1.2 pwm整流器控制系統(tǒng)設計
根據是否選取瞬態(tài)輸入交流電流作為反饋控制量，pwm整流器控制分為間接電流控制和直接電流控制兩種。后者由于動戀響應快、控制精度高的優(yōu)點，成為pwm整流器控制策略的主流。另外在直接電流控制中利用矢量控制技術，可以將整流器輸入電流分解為有功分量id、無功分量iq，從而可實現對它們的單獨控制，提升系統(tǒng)的控制性能。
而由式(1)可知，d、g軸電流沒有完全解耦，為了實現對兩軸的獨立控制，可采用前饋解耦控制策略。令調制給定電壓為：  將式(2)代人式(1)，可得完全解耦的方程：
式(3)表明，電流內環(huán)實現了解耦，id、iq的控制互不影響。三相pwm整流器雙閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)整體結構框圖如圖2所示，電壓外環(huán)的作用是維持直流母線電壓 |
